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國家自然科學基金委員會及研究資助局聯合科研資助基金: 2011/2012 年度獲資助之研究項目摘要

多輸入多輸出雷達目標個數檢測與定位的先進信號處理
香港首席研究員: 蘇慶祥博士 (香港城市大學)
內地首席研究員: 黃磊博士 (哈爾濱工業大學)

雷達是無線電探測與測距系統的簡稱。作為一種新興技術, 多輸入多輸出(MIMO)雷達採用多個空間分置的發射機和接收機分別同時發射探測信號和接收目標反射信號; 透過對目標反射信號作聯合處理, 以完成目標探測, 定位及成像等重要任務。常規的相控陣雷達只能發射單一的波形信號。相反, MIMO雷達的發射天線能夠同時發射多個獨立的相互正交信號。透過波形分集, MIMO雷達具有比相控陣雷達更優的識辨能力(即可以識辨更多的目標)和更高的空間分辨能力(即可以分辨更相近的目標)。這最終帶來信號檢測與參數估計性能的顯著提升。然而, 為了使得 MIMO雷達由理論概念走向實際應用, 我們還需要解決很多具有挑戰性的關鍵技術問題。譬如, 如何在低信噪比或小樣本情況下實現最優檢測和估計。此外, 多維雷達數據的處理涉及到龐大的計算量, 因此減少算法的複雜度也是我們的主要任務之一。

本項目的目標是研究先進的信號處理方法, 透過採用MIMO雷達信號所具有的特殊結構實現快速精確的目標個數檢測和定位。具體來說,我們將採用隨機矩陣理論研究MIMO雷達目標檢測, 採用子空間技術和張量代數實現目標定位算法研究。 針對各種MIMO雷達應用模型, 我們將對本專案所提出算法的性能進行分析和評估。

用固體中電子及核自旋進行量子計算及量子仿真之理論與實驗研究
香港首席研究員:劉仁保教授 (香港中文大學)
內地首席研究員:杜江峰教授 (中國科學技術大學)

量子計算機將標誌信息技術新時代的來臨。當今量子信息研究的中心課題是可擴展量子計算機之物理實現。在各種可能的選擇中,固體自旋系統是最有希望的系統之一,因為它穩定,易於集成,並且與現有的納米技術兼容。有相互作用的多體系統之量子仿真是量子計算研究的初衷,目前仍是一個最具挑戰性的任務。

本項目的目標在於結合理論與實驗之努力,利用固體中電子及核自旋實現少數幾個量子比特之量子計算及量子仿真。固態系統中量子計算及仿真的幾個重要問題是:在複雜的固態環境中,如何保護量子相干性和操縱高保真的量子門,以及如何擴展系統和控制設計。本項目將會結合理論及實驗來試圖解決這些問題。我們將(一)在噪音環境中利用電子及核自旋設計並實現一個和兩個量子比特的量子門,包括自旋比特的非阿貝爾幾何操控;(二)利用固體中的少數幾個自旋比特,加上脈衝磁共振技術,設計並實現小規模的量子算法,以及模擬量子相變;(三)設計基於自旋系統的固態量子計算機的擴展技術。

本項目研究的具體系統主要是基於碳的固體材料,特別是金剛石。因為輕元素材料的自旋軌道耦合很弱,所以碳材料在室溫下還具有很長的自旋相干時間。實驗技術包括脈衝電子?磁共振,固體核磁共振,和光學探測單個自旋的磁共振。本實驗組已經完整掌握了這些技術。理論方法包括納米系統中的自旋動力學的多體理論、量子相變的量子信息描述、少體自旋系統的精確解、相干性保護的動力學退相干理論、以及自旋系統的幾何操控。本理論組對這些理論工具的發展都做出過重要貢獻。

長遠來看,本項目將會為固態自旋系統中的可擴展量子計算的發展鋪平道路。另外,本項目之研究還可以為高精度磁共振譜帶來技術革新。

可信雲計算的組件設計,在綫評估,與動態優化技術研究
香港首席研究員:呂榮聰教授 (香港中文大學)
內地首席研究員:王懷民教授 (國防科技大學)

雲計算基於互聯網,以按需和共用方式向用戶提供服務。雲應用通常規模巨大,包含大量廣泛分佈的組件,如何確保其可信性,是亟待解決的核心問題。針對該問題,本專案從雲服務品質預測與失效防範、雲服務線上評估與故障檢測、基於容錯與信譽的系統動態優化等方面開展可信雲計算的理論和關鍵技術研究,並設計實現可信雲計算平臺原型系統。通過研究,將使可信雲應用的構建更為簡單高效,為推動我國雲計算研究和產業的發展產生推動作用。

大規模城市場景三維建模理論與方法
香港首席研究員:權龍教授(科技大學)
內地首席研究員:陳寶權教授(中科院深圳先進技術研究院)

大規模城市場景三維建模在城市規劃、國土測繪、智能交通等諸多領域發揮重要作用,本項目在合作雙方原有分別基於圖像和三維點雲進行城市場景建模的研究基礎上,採用移動數據採集平台加載主動、被動傳感器快速獲取城市場景多源數據,並基於多源數據融合深入研究大規模城市場景分割分類及場景中建築物、植物等重要物體的高精度三維重建。本項目旨在發展新的基於多源融合信息的大規模城市場景三維建模理論與方法,為城市三維數字化奠定理論與技術基礎。

大規模數據中心的功耗最小化和資源利用最大化
香港首席研究員:李波博士(科技大學)
內地首席研究員:劉志勇博士(計算技術研究所,中國科學院)

項目摘要數據中心資源利用率低下直接導致了其性能低下和大量能源消耗。本項目旨在研究提高數據中心資源利用率和能耗效率的 理論與技術,我們擬通過對當前數據中心工作負載動態特徵的刻畫與分析,研究資源利用率和能耗效率內在關係和最優化,構建可同時兼顧資源利用率和能耗效率的多目標最優化體系框架和相應模型,在此基礎上,設計實際的任務分配、調度以及虛擬機遷移算法,從而提高數據中心的能耗效益、資源利用率和性能。

內源生物分子光化學特性的基礎和應用研究
香港首席研究員:瞿佳男教授(科技大學)
內地首席研究員:羅毅教授(合肥微尺度物質科學國家實驗室( 籌) , Bio-X
交叉科學部)

本項目是涵蓋光學物理、化學、生命科學和工程等多學科的交叉科學研究。最近,本項目的合作雙方成功地探測到血液內運輸氧氣的載體蛋白質血紅蛋白的雙光子激發螢光,並基於此發展了免標記活體微脈管雙光子激發螢光顯微鏡。我們這個概念性的新發現將為血液疾病和紊亂等相關的醫學診斷技術的發展,以及生物成像用的新型螢光探針的設計帶來重大衝擊。通過本項目,我們將充分探討和優化血紅蛋白多光子螢光特性。設計和合成具有類似於血紅蛋白分子結構的新型生物成像探針。該探針適用於常規的激發光源和探測系統,同時具有類似於內源性血紅蛋白的無毒特性。

骨髓基質細胞分化為雪旺細胞 - 體外誘導的規範化及其在髓鞘再生中的應用
香港首席研究員:岑國欣教授 (香港大學)
內地首席研究員:敖強博士 (清華大學)

本課題最終的目標是能夠把成人骨髓基質細胞(BMSCs)於體外終端分化為雪旺細胞,並種植於軸向引導結構的新型殼聚醣神經導管中,以期用於修復自體中樞或周圍神經的缺損。目前常用可溶性生長因數誘導骨髓基質細胞(BMSCs)所得的"雪旺細胞樣細胞"(SCLCs)表型不穩定,傳代之後出現去分化現象。經我們初步研究,已成功利用大鼠胚胎背根神經節(DRG)神經元與SCLCs共培養,達成取向穩定的雪旺細胞。透過合作研究把該等雪旺細胞種植於仿生神經修復導管,我們亦成功促使大鼠坐骨神經缺損得修復。

要把大鼠骨髓細胞的誘導方案過渡到人源骨髓細胞以應臨牀需要,必先解決替代大鼠DRG神經元、能夠提供誘導信號的感覺神經元的人源問題。因此本課題目標(一)就誘導人源多能幹細胞(iPSCs)成為感覺神經元,並利用這些感覺神經元替代DRG神經元,與人源BMSCs衍生的SCLCs共培養,界導人源SCLCs進入表型穩定的成熟雪旺細胞命運。目標(二)重點就人源BMSCs衍生的成熟雪旺細胞如何種植在具有軸向引導結構的新型殼聚醣神經導管中,用以接駁大鼠坐骨神經斷端,促進神經髓鞘再生及功能恢復。目標(三)是要在胚胎大鼠(E14-15)DRG神經元中,辨出感覺神經元膜蛋白和有關的效應分子,作為生物工程製定感覺神經元代細胞的起點。

本課題是建基於香港方面的首席研究員(岑)及共同研究員(陳)聯同北京方面的首席研究員(敖)協作努力的成果。自2007-2008 年, 又2009年, 北京清華大學敖強博士先後兩次到香港大學醫學院與岑國欣教授、陳應城教授課題組合作研究。適藉岑國欣教授的課題組研究出由大鼠BMSCs衍生SCLCs並誘導大鼠SCLCs進入表型穩定的成熟雪旺細胞命運,有助促進髓鞘再生。敖引進其殼聚醣神經導管, 並於港方以Matrigel 水凝膠基質結合大鼠BMSC來源的雪旺細胞填充到殼聚醣管中,構建組織工程化人工神經修復導管,進而修復大鼠坐骨神經12 mm 的缺損。陳應城教授課題組採用神經電生理學, 配以檢測行為學、組織形態學等指標,全面評價和比較不同動物組間神經再生的速度和質量。因此,我們這組合擁有的優勢是將人源BMSCs衍生的成熟雪旺細胞應用於臨牀修復自體中樞或周圍神經的缺損。

FOXM1維持人源胚胎幹細胞多能性和基因組穩定性的作用研究
香港首席研究員:丘國明博士(生物化學系/李嘉誠醫學院/香港大學)
內地首席研究員:譚擁軍博士(生物醫學工程系/生物學院/湖南大學)

多能幹細胞具有自我更新和分化成不同類型細胞的能力。人類多能幹細胞系(hESC)的建立和體細胞重編程為多能幹細胞(iPSCs)的實現,為個性化的細胞治療和再生醫學奠定了堅實基礎。要充分發揮多能幹細胞的治療潛能,必須充分瞭解幹細胞多能性及其基因組穩定性維持的分子機制。

轉錄因數FOXM1參與增殖細胞和再生細胞的細胞週期調控,缺失FOXM1的細胞不能進行正常的有絲分裂、並表現出染色體不穩定性。本專案中方譚擁軍教授課題組發現FOXM1參與小鼠P19胚胎癌細胞的多能性維持,提示該因數在多能幹細胞中存在重要功能。該研究發現,FOXM1直接調節多能性相關因數OCT4;維持FOXM1表達能阻止多能幹細胞的分化並保持多能性相關因數OCT4、NANOG和SOX2的表達。另外,中方課題組還證實,DNA損傷信號通路增強FOXM1的蛋白穩定性、隨後FOXM1誘導DNA修復基因轉錄而刺激受損DNA的修復,說明FOXM1是DNA損傷後維持基因組穩定性的參與因數。本專案香港大學丘國明教授課題組最近證實,在小鼠成纖維細胞增高FOXM1表達,可引起Bmi-1的表達上調並抑制p19Arf-p53信號通路,從而抑制氧化應激引起的衰老損傷。

依據項目申請人雙方的研究結果,可推測FOXM1可能參與人源多能幹細胞的多能性相關基因和DNA修復基因的調節,是維持人源多能幹細胞正常功能的關鍵因數之一。為驗證這一假設,我們將研究轉錄因數FOXM1 在人源幹細胞多能性和基因組穩定性維持中的關鍵作用:1,通過增高FOXM1 的表達,確立其對人源幹細胞H9維甲酸誘導分化過程的抑制作用,並研究FOXM1能否提高iPSC的產生效率;2,建立H9幹細胞氧化應激與DNA 損傷模型,通過檢測γH2AX, 53BP1和TUNEL水準,探討FOXM1 維持幹細胞基因組穩定的功能;3,純化H9幹細胞中FOXM1 相關的蛋白複合物,通過質譜分析確定FOXM1 互作蛋白,描繪出幹細胞中以FOXM1 為中心的蛋白互作調節網路。本研究將提供FOXM1參與維持人源幹細胞多能性和基因組穩定性的新證據,將為幹細胞技術優化與應用提供理論基礎。

異鉤藤鹼促進細胞自噬和保護神經細胞的功能研究
香港首席研究員:李敏博士 (香港浸會大學中醫藥學院)
內地首席研究員:馬龍教授 (中南大學醫學遺傳學國家重點實驗室)

異常蛋白聚集體在腦內的堆積是神經退行性疾病的重要病理特徵。自噬是細胞內蛋白質和細胞器質量控制、衰老細胞器清除的主要途徑之一,是降解蛋白聚集體的一種有效途徑。通過自噬途徑降解神經細胞中的致病蛋白聚集體,已經成為一種治療神經退行性疾病的新策略。前期研究中,我們從中藥中分離出一種自噬誘導劑----異鉤藤鹼。我們發現異鉤藤鹼可以在神經細胞株(N2a, SH-SY5Y 和 PC12細胞)、原代神經元和果蠅上誘導自噬發生,並且加快神經細胞中野生型和突變型alpha-synuclein單體、alpha-synuclein寡聚體以及alpha-synuclein/ synphilin-1聚集體的降解。鑒於自噬在神經退行性疾病中的保護作用,我們的發現提示異鉤藤鹼也許會成為一種治療包括帕金森病在內的神經退行性疾病的有效藥物。

本次研究將完成以下目標:
1. 應用動物模型,通過表型分析確定異鉤藤鹼在誘導自噬及神經保護中的作用
2. 研究Beclin 1蛋白複合體在異鉤藤鹼誘導的自噬中的作用機制
3. 篩選異鉤藤鹼引起自噬的分子靶點及相關調控基因

為了達成目標,我們將在轉基因小鼠上測試異鉤藤鹼誘導自噬及神經保護作用;檢測Beclin-1在異鉤藤鹼誘導自噬中的作用;通過化學-蛋白組學研究,確定異鉤藤鹼的分子靶點,並且在線蟲上尋找調節異鉤藤鹼作用的基因。

這些結果將幫助我們闡明異鉤藤鹼在神經細胞中誘導自噬的分子機制,並且為把異鉤藤鹼開發為神經退行性疾病治療藥物提供科學依據。

用基因編碼的中和抗體阻斷愛滋病毒的感染
香港首席研究員: 陳志偉 (香港大學李嘉誠醫學院愛滋病研究所)
大陸首席研究員: 周保羅 (中國科學院上海生命科學研究院)

經過二十七年的努力,目前仍然沒有預防和根治愛滋病的疫苗和治療方法。因此,我們需要探討全新的方法和策略。因為用疫苗誘導抗HIV的中和抗體非常困難,我們建議改良中和抗體基因以達到阻斷病毒感染和傳播的目的。我們準備在這個專案中研製兩種基因編碼的中和抗體策略。第一種叫做錨定中和抗體,它可以在細胞表面表達並阻斷HIV進入CD4+ T細胞。最近利用HIV輔助受體CCR5缺陷的細胞成功治癒了一名愛滋病患者,為這種策略提供了直接的依據。第二種叫做分泌型中和抗體,這種抗體和天然中和抗體類似,但允許我們進一步優化基因以促進中和抗體的表達和釋放,對有效阻斷HIV感染非常重要。在猴子研究中,低含量的2G12中和抗體就可以完全保護病毒經粘膜的傳播,也為第二種策略提供了科學依據。因此我們提出假說,結合這兩種策略將產生更強的協同效應,不但可以阻斷HIV的感染和性傳播,還可以減少針對中和抗體耐藥病毒株的出現。為了驗證這個假說,我們提出了兩個具體的研究目標:第一,在轉導的TZM-b1細胞上驗證兩種策略的協同作用以及阻斷多種HIV亞型的假病毒和臨床分離株的效果。第二,在轉導的人T細胞系和原代細胞上,驗證兩種策略的協同作用以及阻斷多種HIV亞型的SHIV和臨床分離株的效果。我們希望通過本項研究找到有效的HIV治療和預防的新策略,為中國乃至世界所用。

同種抗原性特異性Treg誘導人源化小鼠及靈長類動物免疫耐受的實驗研究
香港首席研究員:塗文偉博士(香港大學)
內地首席研究員:陳剛博士(華中科技大學)

器官及骨髓移植現被廣泛地用於治療器官衰竭和惡性及非惡性血液疾病。雖然免疫抑制藥物的使用提升了移植物的存活,但慢性排斥仍然影響其長期存活。同時這些藥物非特異性地抑制免疫反應,可產生不良副作用。所以,於移植中最理想的情況為誘導對異體抗源的持續特異性耐受並且只使用小量或不使用傳統的免疫抑制藥物。抗原特異性調節T細胞通過抑制致病性免疫反應,於維持免疫耐受中擔當重要的角色。於動物中,抗原特異性調節T細胞的過繼轉移能防止如移植物抗寄主疾病和異體移植物排斥等由異體抗原引致的T細胞反應,並同時不影響寄主的整體免疫能力,提示以抗原特異性調節性T細胞為基礎的療法可有效防止這類疾病。近期,我們發展出一套簡單和具有成本效益的創新方法於體外利用異體CD40活化B細胞刺激T細胞去快速地誘導並產生大量具有功能的人類抗原特異性調節CD4 T細胞。本研究,我們擬研究由CD40活化B細胞誘導的抗原特異性調節T細胞於人類化小鼠移植物抗寄主疾病和非人類靈長類動物的腎臟移植手術中的治療效用,並且界定其中的機制。此研究可提高對人類調節T細胞於體內免疫耐受的角色的認識,並發展一套更可靠和更具成本效益的療法去防止移植物抗寄主疾病和異體移植物排斥,以加速調節性T細胞為基礎的療法於人類中的應用。

中國農村燃煤家庭室內大氣顆粒物中有毒元素與多環芳烴的健康影響
香港首席研究員:黃銘洪 (香港浸會大學生物系及裘槎環科所)
內地首席研究員:劉文新 (北京大學城市與環境學院)

本項研究將根據農村家用能源類型不同將在五個區域開展。其中雲南省宣威縣由於常使用發煙的生煤而成為肺癌的流行區;貴州省貴定縣和陝西省安康縣的農村家庭主要用煤作能源物質。北京和香港城區家庭由於主要用液化氣、天然氣和電
來取暖和做飯而被選作對照區。

該研究借助於實驗室分析和調查問卷相結合的方法,研究中國農村燃煤家庭的室內大氣品質狀況,以及室內空氣、粉塵和 懸浮顆粒物中有毒微量重金屬、多環芳烴、及其羥基和硝基取代衍生物的濃度狀況。另外,燃煤家庭室內塵埃和顆粒物對人體暴露細胞系的毒性影響也是該項目的研究重點之一。

新型全熱交換器的傳熱傳質機理研究
香港首席研究員:牛建磊教授 (香港理工大學屋宇設備工程學系)
內地首席研究員:張立志教授 (華南理工大學化工所)

研究一種用於空調新風熱濕回收的新型全熱交換器的傳熱傳質機理,該全熱交換器採用一步法制備的非對稱透濕膜和交叉三角形波紋板流道。 研究內容包括用分形理論建立非對稱醋酸纖維透濕膜的傳熱傳濕模型;用傅立葉頻譜分析方法與大渦模擬研究交叉三角形波紋板流道在過渡流狀態下的流動與對流傳熱傳質規律,以及建立非對稱透濕膜與交叉三角形波紋板流道耦合的全熱交換器的總傳熱傳質數學模型。 利用所建立模型,研究該全熱交換器強化傳熱傳濕的手段和方法,實現新型全熱交換器熱濕回收效率顯著提高,?到顯熱效率0.8,潛熱交換效率0.7以上。

石油烴厭氧生物降解產甲烷的熱動力學和微生物生態學基礎
香港首席研究員:顧繼東(香港大學)
內地首席研究員:牟伯中(華東理工大學)

能源及石油短缺是當前國際上面臨的嚴峻問題。我國已開發的油田已經歷長期的注水開採,經過"三次"採油後,仍有大約30%-50%的石油滯留地下有待開發。地下藏油層是一個缺氧/厭氧的環境利於產甲烷菌生長。在產甲烷條件下,芳烴厭氧生物降解的可行性已經得到証實。有關產甲烷條件下烷烴的生物降解,實驗表明以十六烷為碳源富集培養溝渠污泥過程中可以產生甲烷和CO2﹔但是,到目前為止,仍然沒有分離到純菌種來進行相關生理生化功能及熱力學的研究,在產甲烷條件下藏油層菌群組成及其結構演替方面的研究也很少。石油烴(芳烴和脂肪烴)生物降解生成甲烷的的生化過程需要多種不同微生物參與生物降解轉化的不同環節,這些微生物包括發酵菌,產乙酸菌和產甲烷古菌。隻有這些微生物之間密切合作才能完成將烷烴轉化為甲烷的過程。然而,到目前為止,仍然缺乏對這個過程中所涉及的微生物生態和生化學反應熱力學基礎的認識。

利用微生物的作用,將油藏中難以開採的石油烴原位降解轉化為天然氣(甲烷),再以天然氣的形式開採出來,從而大幅度提高油氣資源的利用效率和開採水平,獲得無需後處理的清潔能源﹔或者,作為戰略資源就地儲備,是當前國際研究的前沿課題。油藏是一個巨大的地質生物反應器,其中含有復雜而多樣的微生物群落,這些微生物的協同作用能夠提高烴降解轉化為甲烷的產量和速率﹔本項目合作雙方近年來的研究表明,以油田產出液為接種物,分別以烷烴和原油為碳源在產甲烷條件下富集培養,在培養過程中檢測到甲烷的產生。產甲烷條件下,烷烴的初始活化是由在烷烴碳鏈上添加富馬酸、無機碳羧化作用、或其他的反應引起的。由於烷烴隻有被降解成小分子有機物 (不超過2個碳原子),才能被產甲烷菌直接利用產生甲烷,所以,這個初始反應機制的研究對深入認識烷烴生物降解產甲烷過程非常關鍵。

發貨人和運輸公司之間運輸服務採購新方法論的研究
香港首席研究員: 林良才教授 (香港城市大學)
內地首席研究員: 王帆教授 (中山大學)

由本項目主要負責人開發的適用於各種方式的交通服務採購平臺已經在許多跨國公司得到廣泛的運用。在此基礎上,本項目的研究目標是通過對該運輸服務採購平臺的改進以開發出新的關於採購和銷售貨運合同的理論或方法。在本研究中,我們將首先開發有創新性的報價-模擬/優化-議價循環的方案。此外, 還將研究報價-基準循環興模擬/優化-需求-費用分析循環的檢驗, 目的是使得運輸服務採購流程的評價更為便利。

智慧均一膠體體微囊的研製及其在藥物釋放中的應用
香港首席研究員:魏濤教授 (香港中文大學)
內地首席研究員:馬光輝教授 (中國科學院過程工程研究所)

膠體體微囊(colloidosomes)是由一些自組裝膠體粒子構成外殼而中空的微尺度膠囊。近年來,它們已被應用於藥物可控釋放,個人護理產品,農藥和化妝品領域,並引起了廣泛的關注和研究。

儘管關於膠體體膠囊的實際應用案例已有所報導,它們作為藥物釋放載體的應用卻仍然十分有限。其原因大致有以下三點:第一,之前的報導的大部分膠體體膠囊是通過將有粒子自組裝油水介面的乳液進行相轉移的方法來製備的,然而此方法易導致微膠囊的損壞從而降低產量。第二,已有的膠體體膠囊體系均具有高穿透性,往往無法完全保護內部包埋的藥物而使藥物在到達目標部位之前已損失掉。第三,現有報導的膠體體膠囊體系的粒徑分佈過寬,此缺點使其無法實現活性藥物成分的精確定量的填埋控制。

此研究提案將通過使用粒徑均一的複乳作為範本的思路來發展製備智慧膠體體的新方法。首先,我們可通過膜乳化技術得到粒徑均一,且由具有pH響應的納米粒子穩定的水包油包水的複乳。這些通過不可逆吸附作用而被穩定在兩層水油介面上的納米粒子,可有效的阻止內外層水相的相互融合,從而可在移除油相時成功保護內層包埋物。這是由表面活性劑和高分子穩定的複乳無法做到的。更重要的是,在移除油相之後,這兩層由納米粒子覆蓋的介面將複合成一個統一堅固且具有pH響應的外殼,繼而形成可響應,且具有雙層納米粒子的膠體體微膠囊。複乳和最後膠體體微膠囊的粒徑可由膜乳化技術中膜的孔徑進行精確控制。我們將會對該膠體體膠囊的穿透性,機械強度和響應性進行進一步調控和研究。最後,我們將利用體外和活體實驗來驗證和實現其作為藥物(例如:胰島素)載體的應用。

該項目的完成將不僅能成功提供一個普遍,行之有效的藥物載體方案,並且可為進一步研製新型口服型藥物載體試劑提供方法和思路。

典型持久性有機污染物和重金屬在珠江三角洲城郊農田生態系統的大氣沉降與擴散交換
香港首席研究員:李向東教授(香港理工大學)
內地首席研究員:張幹博士(中國科學院廣州地球化學研究所)

農田土壤中有毒污染物質的積累將使土壤品質下降,並可能危及農產品安全和區域人體健康。由於受到城市高強度人類活動的影響,城郊農田土壤最易於發生有毒化學品污染累積。對一些重要有毒化學品進入農田的機制和強度進行深入研究,無疑是正確評估城郊土壤的品質演變趨勢的重要科學基礎。

大氣沉降是有毒化學品污染物質進入城郊農田的主要途徑之一。持久性有機污染物(POPs)可通過(幹、濕)大氣顆粒物沉降、雨水溶解沉降,以及氣態擴散交換(對POPs而言)等過程進入農田土壤。區域氣候條件,和地表下墊面類型及其因耕作過程所發生的變化,均可能引起有毒化學品向城郊農田的大氣沉降在機制和強度上發生顯著的變化,但是,目前我們對這些可能變化的發生規律和規模,還缺少系統的研究,和對一些科學問題的深入認識。

珠江三角洲經歷了近三十年的高速發展,已成為舉世矚目的城市群和全球製造業基地,其城郊農田土壤品質演變和作物食品安全,也受到廣泛關注和重視。由於電子製造業高度發達,珠三角環境日益受到溴代阻燃劑(BFRs)的污染,而早期的農業使用也在土壤中殘留了有機氯殺蟲劑(OCPs)污染。珠三角還具有典型的季風控制下的熱帶-亞熱帶氣候環境,尤其是典型的乾冷-濕熱的季節性水-熱因數組合。因此,在珠三角開展城郊農田大氣POPs與重金屬沉降規律的研究,兼具典型性和迫切性。

擬申請專案將針對有機氯農藥 (OCPs) 和溴化阻燃劑 (BFRs)及重金屬在珠三角地區的城郊生態系統的大氣--介面交換行為開展研究。首先,我們將對城郊農田生態系統大氣溴化阻燃劑,有機氯農藥和重金屬的幹濕沉降,實施為期1年的觀測,探討珠江三角洲亞熱帶季風氣候下的季節性水熱組合特徵對目標污染物在典型城郊農田生態系統上的大氣幹濕沉降機制與化學組成的影響。其次,根據水稻耕作過程所伴隨的下墊面及組合變化,系統採集土壤、農田水、大氣、水稻植株,和水稻植株冠層下空氣與沉降等樣品,綜合研究季節性水稻種植方式對水稻田生態系統污染物的大氣--地表交換的影響機制。最後,補充對農田灌溉水、農田退水、所施用農化產品的樣品,估測灌溉與退水量、生物質(水稻秸杆)移除量和農化產品施用量等因素的影響,分析這些樣品中的BFRs和重金屬含量,進一步結合模擬實驗所得到的表觀消解速率,計算珠三角典型城郊農田生態系統(水稻田、蔬菜地)中BFRs和重金屬的輸入、輸出通量,建立相應的生態系統BFRs和重金屬的收支模型,估算其在土壤中的累積速率。該專案的研究成果將有助於加深亞熱帶地區的城郊農田生態系統持久性有機污染物和重金屬生物地球化學過程和動態的認識,及其對土壤品質和食品安全的潛在影響。

應用微流方法設計及制備先進功能材料
香港首席研究員:溫維佳教授(科技大學)
內地首席研究員:秦建華研究員(中科院大連化學物理所)

功能化微球的設計、合成製備是微粒體系統發展的重要方向,在物理、化學、生物和醫藥等領域具有重要應用前景。本項目擬以具體應用目標為導向,以極具發展潛力的微流控系統為平臺,以微通道液滴操控為技術手段,通過微流控系統集成微閥等多種功能單元的集成, 開展核型、殼型及核殼複雜構架的功能化微球的設計和可控制備研究,並將其應用於光催化、藥物緩釋和病毒等領域,為開展功能化微球研究以及複雜結構的構築、調控與應用提供一種重要的技術平臺。

具有聚集誘導發光特性的新型熒光探測傳感器
香港首席研究員:唐本忠教授(科技大學)
內地首席研究員:李振教授(武漢大學)

傳感器的研究具有重要的理論意義和巨大的實際應用價值,不少高性能的傳感器已經在環境監測、食品檢查、交通安全、醫療診斷等方面發揮巨大的作用。本課題擬在雙方多年工作和合作研究基礎上,進一步加強合作,探索基於聚集誘導發光性能的新型傳感器分子,包括化學傳感器和生物傳感器分子,重點在於提高靈敏度和選擇性,獲得可檢測重要研究對象的高性能傳感器及檢測方法,總結結構與性能之間的關係,並積極探索其商品化途徑。

納米多孔金屬的力-電-化學介質多場耦合效應研究
香港首席研究員:張統一教授(科技大學)
內地首席研究員:喬利傑教授(北京科技大學)

材料的表面應力(應變)特性對材料表面化學驅動、吸附、催化、腐蝕、力-電交互作用以及與尺度有關的各種材料行為中起著至關重要的作用。我們利用納米橋和納米多孔金屬,從理論和實驗上來研究納米材料的電化學和尺度有關的力-電-化學介質耦合特性,為建立納米多孔金屬的力-電化學耦合行為的非線性熱力學理論奠定基礎。這將促進熱力學理論和納米技術的發展和並對微傳感器的應用會產生重要影響。

湍流熱對流中浮力和慣性力尺度平衡的實驗研究
香港首席研究員:夏克青教授 (香港中文大學)
內地首席研究員:周全教授 (上海大學)

本項目將在Rayleigh數區間109<Ra<1011內,實驗研究湍流熱對流系統中不同尺度上的浮力和慣性力之間的平衡關係。我們將通過在不同空間尺度上的速度增量和溫度增量的同時同點測量,系統研究並揭示湍動能從大尺度向小尺度級串傳遞的動力學機制。我們還將在不同Ra數下實驗測量局部Bolgiano尺度LB(x)和局部Kolmogorov耗散尺度 LB(x)的空間分佈。

在實驗測量技術方面,我們首次將高精度鐳射多普勒測速技術(LDV)和高精度空間多點測溫技術結合起來以實現速度和溫度的同時同點測量。憑此,我們可以在湍流熱對流系統的慣性子區內的不同尺度上直接研究浮力和慣性力之間的平衡關係。本專案的研究將為"Bolgiano-Obukhov(BO59)標度律是否存在於Rayleigh-Bénard湍流熱對流系統中?"這一長期困擾人們的問題提供一個直接可靠的實驗檢驗。

浮力驅動湍流是自然界中普遍存在的一種非常重要的湍流類型,我們的研究結果將揭示浮力驅動湍流中湍動能和溫度漲落從大尺度向小尺度級串傳遞的物理本質。