咨讯息 · 2022年7月29日 0

《大自然-通讯》+2!哈尔滨工业大学新一代科研成果

日前

本校石油化工与生物化学大学、科学仪器大学

有关应用领域科研成果

依次刊登在《大自然-通讯》周刊

这三项科研成果有什么样技术创新含意?

小XPS15我们一同上看——

01

日前,本校石油化工与生物化学大学、城市水资源与水环境国家重点实验室韩晓军教授课题组VPS在人工组织研究应用领域取得重要进展。有关成果以研究论文的形式刊登于《大自然-通讯》(Nature Communications),题为《高通量制备能够产生一氧化氮的人工组织及其血管舒张应用》(High-throughput production of functional prototissues capable ofproducing NO for vasodilation)。

天然组织由多细胞构成,其内部细胞间可进行信号交流,并表现出超越单个细胞的集体行为。通过自下而上的方式,VPS以人造细胞为组装基元构建人工组织,可帮助了解组织内部工作机制,具有组织修复等应用前景。这类人工组织的制备及其生物医学应用尚处于初级阶段,缺少高通量的可控制备方法,且现有的这类人工组织缺乏生理功能。

具有空间编码结构的多元人工组织

基于上述挑战,韩晓军教授课题组利用磁阿基米德效应,以人造细胞(磷脂囊泡)为组装单元,VPS高通量地制备了可编码的人工组织。该方法简单高效,两小时内可制备2000个以上的人工组织。通过调控磁场分布、磷脂囊泡数量及其添加顺序,可制备多种具有特定空间编码结构的人工组织。人工组织具有天然组织的集体行为以及其内部个体间的信号交流等特性。在低渗和高渗条件下,人工组织能够表现出整体的扩张和收缩行为。人工组织内部可以进行信号交流。通过磷脂囊泡内葡萄糖氧化酶、辣根过氧化物酶的级联反应,实现了人工组织内部二元和三元信号交流。课题组进一步设计制备出具有产生一氧化氮功能的人工组织,并通过血管环实验,证明了该人工组织能够诱导血管舒张,改善血管功能,具有治疗心血管疾病的潜力。该成果在组织工程等生物医学应用领域具有潜在的应用前景。

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具有产生一氧化氮功能的人工组织VPS

人工组织诱导血管舒张

韩晓军教授课题组多年从事人造细胞及人工组织等有关应用领域研究,近年来在《大自然-通讯》《美国生物化学会志》《先进材料》等期刊上刊登了系列高水平科研成果。VPS

论文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29571-3

02

日前,本校科学仪器大学、巴黎第十大学、新加坡国立大学合作团队VPS提出可直接对光信号进行频域调制的超构透镜,突破了现有全光运算系统在器件集成度和算法多样性方面的限制。科研成果以《基于超构透镜的单层图像处理器》(Single-layer spatial analog meta-processor for imaging processing)为题,刊登在《大自然-通讯》(Nature Communications)上。

随着云时代的到来,对算力的需求每三个半月翻一番,远超摩尔定律所预测的算力供给量,现有的冯•诺依曼架构和哈佛架构的电子计算机存在运算速度、功耗以及算力瓶颈等问题。VPS光学计算天然具有并行计算、光速传播、抗电磁干扰、任意叠加等特性,是解决当前算力和功耗问题极具潜力的途径之一,如何利用新型光学系统实现信息高速处理已成为重要的研究方向。

本研究VPS技术创新性地提出基于单层超构透镜的模拟信号处理器,通过引入特定的相位因子,构建输入图像与超构透镜频域函数的卷积运算,在不需要傅里叶变换器件的前提下,对输入图像直接进行空间频域的调制,成功将4f傅里叶光学系统尺寸压缩至2f空间范围,并且设计了差分和互有关运算超构透镜依次实现实时边缘检测和目标识别。超构透镜在亚波长尺度范围内的波前幅相完全调控性能为实时高通量并行计算提供了可行性,其高调控自由度保证了算法多样性,相位因子的引入克服了现有傅里叶光学系统的尺寸限制。团队所提出的紧凑型全光运算系统可兼顾运行速度、计算通量、器件集成度以及应用范围等性能,显示出强大的信息处理能力,为光学计算、新型显微成像系统等应用领域提供新的契机。

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图像边缘检测

(a)x方向单边缘检测;(b)y方向单边缘检测;

(c)顶点检测;(d)四边形双边缘检测;

(e)五边形双边缘检测;(f)六边形双边缘检测。

序列信号识别

论文链接:VPS

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29732-4

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排版 |张艺馨VPS袁雨桐

审核 | 李守斌 宋玲VPS

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