数字超材料及其对太赫兹波的调控

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61731010
  • 项目类别:
    重点项目
  • 资助金额:
    290.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0119.电磁场与波
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Cancer is a medical problem that is urgently needed to be solved. In the past 30 years, the effect of surgical treatment for many types of cancer has not been improved significantly, because the boundary of tumor tissues cannot be accurately determined during surgery. Another problem lies in that the patients’ surgery time is greatly extended by the method currently being used, i.e. HE staining method, as it needs patients on the operation table waiting 40 mins to get the test results. Therefore, the development of a rapid medical imaging diagnostic technology is very necessary. Terahertz wave have low photon energy and capability of distinguishing between tumor tissue and normal tissue. In this application, we plan to carry out the theoretical and experimental research on the new principles of manipulating electromagnetic wave utilizing digital metamaterial, solve the key scientific problems including the design of the unit cell of highly efficient and tunable digital metamaterials and top-down or "reverse mode" design and optimization of digital metamaterials. We will also employ the liquid crystal material with a large birefringence effect which was independently developed by Nanjing University for the electronic control components, and finally achieve the efficient and fast modulation of terahertz wave. Based on the above technology, we plan to build a rapid terahertz imaging demonstration system, realize the high speed and high resolution imaging of the samples, verify the design and control mechanism of digital metamaterials, and explore its application in medical imaging.
癌症是目前人类亟待攻克的医学难题,在过去的30年中,很多类型癌症的手术治疗效果没有明显改善,这是因为在手术中不能很准确地确定肿瘤组织的边界,还有目前采用的办法是HE染色法,这个过程需要40分钟,这期间病人只能在手术台上等候检测的结果,大大延长病人手术的时间,因此发展一种快速成像诊断技术是十分必要的。太赫兹波具有光子能量低,可区分肿瘤组织和正常组织等特点。在本申请中,我们拟开展数字超材料电磁波调控新原理的理论和实验研究,通过解决高效可调节数字超材料单元结构的设计和自上而下“逆向方式”的数字超材料整体的综合设计和优化的关键科学问题,利用南京大学自主开发的具有大双折射效应的液晶材料为电控元件,实现对THz波的高效和快速调制。再搭建一个基于上述技术的快速太赫兹成像演示系统,实现对样品的高速、高分辨成像,验证数字超材料的设计和调控机理,探索其在医学成像中的应用。

结项摘要

太赫兹波是电磁频谱中唯一尚待开发的频段,拥有丰富指纹谱特征、穿透性好、非电离辐射的太赫兹波在生物医学成像、安全、无损探测、通信等领域展现了巨大的应用价值。太赫兹数字编码和可编程超材料具有灵活精准的空间调制能力,是太赫兹技术发展的主要方向。本项目中,团队开展了数字超材料电磁波调控新原理的理论和实验研究,解决了高效可调数字超材料单元结构设计和“逆向方式”整体综合设计等关键科学问题。基于液晶、相变材料等可调谐材料,自主设计开发了太赫兹数字编码和可编程超材料器件。在此基础上,搭建了太赫兹单像元成像系统,通过引入自校准算法克服了单元不一致性的不利影响,实现了对样品的高保真度成像。利用相变材料的热敏特性,研制了同时具有检测和调制功能的太赫兹智能超表面,并实现了自适应波束调控的原理性实验演示。上述研究成果对于推动太赫兹和超材料技术在生物医学成像、无线通信、雷达等领域的应用具有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(48)
专著数量(0)
科研奖励数量(4)
会议论文数量(0)
专利数量(37)
On‐Demand Dynamic Polarization Meta‐transformer
按需动态极化元变压器
  • DOI:
    10.1002/lpor.202200479
  • 发表时间:
    2022-10
  • 期刊:
    Laser & Photonics Reviews
  • 影响因子:
    11
  • 作者:
    Qi Hu;Ke Chen;Jianmin Zhao;Shufang Dong;Tian Jiang;Yijun Feng
  • 通讯作者:
    Yijun Feng
Multiphysical Digital Coding Metamaterials for Independent Control of Broadband Electromagnetic and Acoustic Waves with a Large Variety of Functions
一种具有多种功能的宽带电磁波和声波独立控制的多物理数字编码超材料
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b02490
  • 发表时间:
    2019-05-08
  • 期刊:
    ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Zhang, Cheng;Cao, Wen Kang;Cui, Tie Jun
  • 通讯作者:
    Cui, Tie Jun
Accurate and broadband manipulations of harmonic amplitudes and phases to reach 256 QAM millimeter-wave wireless communications by time-domain digital coding metasurface.
通过时域数字编码超表面对谐波幅度和相位进行精确和宽带操控,以达到 256 QAM 毫米波无线通信
  • DOI:
    10.1093/nsr/nwab134
  • 发表时间:
    2022-01
  • 期刊:
    National science review
  • 影响因子:
    20.6
  • 作者:
    Chen MZ;Tang W;Dai JY;Ke JC;Zhang L;Zhang C;Yang J;Li L;Cheng Q;Jin S;Cui TJ
  • 通讯作者:
    Cui TJ
A wireless communication scheme based on space- and frequency-division multiplexing using digital metasurfaces
使用数字超表面的基于空分和频分复用的无线通信方案
  • DOI:
    10.1038/s41928-021-00554-4
  • 发表时间:
    2021-03-18
  • 期刊:
    NATURE ELECTRONICS
  • 影响因子:
    34.3
  • 作者:
    Zhang, Lei;Chen, Ming Zheng;Cui, Tie Jun
  • 通讯作者:
    Cui, Tie Jun
Dual-color terahertz spatial light modulator for single-pixel imaging.
用于单像素成像的双色太赫兹空间光调制器
  • DOI:
    10.1038/s41377-022-00879-5
  • 发表时间:
    2022-06-23
  • 期刊:
    LIGHT-SCIENCE & APPLICATIONS
  • 影响因子:
    19.4
  • 作者:
    Li, Weili;Hu, Xuemei;Wu, Jingbo;Fan, Kebin;Chen, Benwen;Zhang, Caihong;Hu, Wei;Cao, Xun;Jin, Biaobing;Lu, Yanqing;Chen, Jian;Wu, Peiheng
  • 通讯作者:
    Wu, Peiheng

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其他文献

基于高温超导约瑟夫森结的小型频谱检测仪
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    金飚兵
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  • DOI:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张彩虹;吴敬波;金飚兵
  • 通讯作者:
    金飚兵

其他文献

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太赫兹感知扫描一体化智能超表面芯片的理论、技术与应用验证
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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