王禹 博士

中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室

《载药海藻酸钙/壳聚糖水凝胶修饰的微电极阵列实现增强的神经信息探测》

由中国科学院空天信息研究院蔡新霞研究员领导的研究团队在《Biosensors and Bioelectronics》发表了一项突破性研究。他们开发了一种新型药物负载的海藻酸钙/壳聚糖（CA/CS）水凝胶涂层微电极阵列（MEA），实现了对神经活动的长效、高质量检测。这一创新为深入理解神经系统功能、治疗脑部疾病和发展先进的脑机接口提供了全新途径。

传统的硅基电极由于其高杨氏模量，与大脑柔软组织存在严重的机械失配，导致植入后产生炎症反应、胶质细胞聚集和胶质瘢痕的形成。这些生物反应会阻碍电极的性能，使得神经探针无法长期稳定地获取神经信息。为解决这一问题，研究团队在MEA表面修饰了负载抗炎药物地塞米松磷酸钠的CA/CS互穿网络水凝胶涂层。

图1 载药CA/CS水凝胶修饰方法（A）海藻酸盐的G block部分与Ca²⁺交联形成蛋盒结构。（B）通过原位钙离子释放在电极表面形成均匀的凝胶涂层。

该水凝胶涂层具有多重优势。首先，该水凝胶涂层的力学特性与脑组织相匹配，减少机械失配导致的损伤。其次，水凝胶的亲水性和生物相容性良好，能够降低蛋白吸附和炎症反应。此外，水凝胶中负载的抗炎药物可持续抑制组织炎症反应，实现免疫逃逸，延长电极的使用寿命。

在电极位点表面，研究团队通过修饰铂纳米颗粒（PtNPs）和导电高分子PEDOT:PSS显著提升了电极的电学性能。通过进一步修饰Nafion膜，实现对神经递质多巴胺的高灵敏和特异性检测。

生物相容性的评估是该研究的关键环节。将电极植入小鼠大脑并在四周后进行免疫组化分析，研究团队发现，水凝胶电极周围的小胶质和星形胶质细胞的活化程度显著低于未修饰电极。这表明载药水凝胶涂层有效减少了植入后的炎症反应，降低了胶质瘢痕的形成。

图2 （A-B）未修饰和修饰载药水凝胶材料的硅探针植入大脑后的免疫荧光染色照片。小胶质细胞（TMEM，红色），星形胶质细胞（GFAP，绿色），成熟神经元（NeuN，黄色）和包含细胞核（DAPI，蓝色）的10 μm厚脑组织切片的共聚焦荧光图像。标尺代表100 μm。（C-E）探针植入中心附近各类神经细胞的平均荧光强度。

在体实验中，研究团队将修饰有载药CA/CS水凝胶的MEA植入小鼠的海马区域，成功实现了长时间、高质量的神经信号采集。植入后电极的性能在长时间尺度下保持稳定，神经元放电的幅值有所增加。这可能是由于神经元逐渐贴附到电极表面，增强了信号的传导。

图3 载药水凝胶神经探针获得增强的在体神经信息。（A）不同时间尺度下代表性通道获取的神经元放电波形，误差线表示SD。（B）随时间推移，探针获取更高质量的神经元放电信息，幅值逐渐增加。（C-D）不同神经界面在时间推移下的活性通道比例和信噪比，误差线表示SD。

更为重要的是，研究团队利用该电极实现了对电生理和电化学信号的同步双模检测。在植入大鼠纹状体的实验中，电极成功地连续七天检测到多巴胺的浓度变化，浓度在1.5 μm左右波动。这一结果证明了电极在动态生理环境下的稳定性和可靠性，为在临床和研究领域的广泛应用奠定了基础。

图4 载药CA/CS水凝胶电极获得稳定的在体双模神经信息检测。电极植入纹状体脑区，从上至下分别展示了植入后第3天和第7天的spike、LFP及多巴胺的双模神经活动信息。

总的来说，该研究强调了电极表面修饰在长期神经监测中的重要性，展示了生物活性水凝胶作为药物递送和神经生物界面的巨大潜力。这一创新性工作不仅推进了微电极技术在神经科学领域的应用，也为未来神经疾病的诊断和治疗提供了新的工具和策略。通过提升电极的生物相容性和电学性能，他们的研究有望增强脑机接口器件在医疗实践中的功能性和接受度。

团队介绍

包涵 副教授

常州大学·王诤微电子学院

《基于离散超混沌的双因子硬件加密系统》

数字通信技术的迅猛发展在带来便利的同时，也衍生出一系列新的安全挑战。混沌系统凭借其固有的高度非线性、遍历性及不可预测性等特征，在信息安全领域展现出独特优势并获得广泛应用。然而，传统离散混沌映射存在动态幅值不可控、参数范围受限、发散区域过多、维度偏高等局限性，制约了其在信息安全工程领域的实际应用。鉴于此，设计兼具超混沌高复杂度特性、可控动态幅度和超宽参数区间的低维超混沌映射具有重要意义。

本研究工作提出了一种四阈值函数驱动的低维度离散映射框架，用以构造二维有界超混沌映射，通过自主研发的自适应数值搜寻算法和不动点稳定性分析算法，阐明了此类离散超映射的幅值可控性及超宽参数区间。基于所构造的通用映射框架，本研究进一步提出三阈值函数驱动的改进型二维阈值映射，以及具备无界同质共存特性的类霍普菲尔德神经网络的二维对称阈值映射，并深入探究其不动点稳定性和动力学特性。最终，基于多因素认证的设计理念和实现方法，首次实现了时间驱动的混沌动态密码生成系统和空间敏感的混沌硬件加密系统，为隐私保护和数据安全提供了重要参考。主要创新点如下：

（1）本研究所提出的四阈值函数驱动的离散映射框架，可以构建具备超混沌高复杂度特性、可控动态幅度和超宽参数区间的低维超混沌映射，弥补了传统离散混沌映射的动态幅值不可控、参数范围有限、发散区域较多、维度较高等缺陷，拓宽了混沌系统在信息安全领域中的应用。

（2）通过对映射框架的设计简化，提出了由三阈值函数驱动的改进型二维阈值映射，利用其超宽参数特性，创新性地将时间因子引入混沌系统，构建了跨平台兼容的混沌动态密码生成器。弥补了传统基于时间的一次密码生成器存在的不足，有效避免了哈希冲突风险，摆脱了密钥生成方面存在的长度限制，提高了多因素认证在信息安全领域中的可靠性与安全性。

(3) 通过对映射框架的范式融合，提出了由四正弦函数驱动的类霍普菲尔德神经网络的二维对称阈值映射，利用此二维对称阈值映射其特殊的无界同质共存特性，创造性地将其无界调控机制与地理网格索引标识相结合，实现了硬件密钥凭证与地理信息融合的双因子混沌硬件加密系统，增强了数据的地理位置敏感性，有效保护数据免受安全区域外的访问。

包涵

 副教授

博士，副教授，硕士生导师，江苏省优秀博士论文获得者，江苏省科技副总，江苏省高校优秀科技创新团队骨干成员，主要从事忆阻电路与系统、神经元与神经网络、混沌保密通信相关的研究工作。入选科睿唯安2023全球“高被引科学家”榜单，获2023年度江苏省高等学校科学技术研究成果奖（自然科学奖）一等奖（排名第一）。主持国家自然科学基金青年基金项目、中国博士后科学基金项目、江苏省产学研合作项目、江苏省高等学校自然科学研究面上项目各1项。以第一作者或通讯作者发表SCI检索论文30余篇，其中IEEE汇刊12篇，中科院一区TOP期刊11篇，入选ESI数据库热点论文6篇、高被引论文16篇，授权中国发明专利8项。指导本科生获电子设计大赛江苏省一等奖，指导研究生获数学建模比赛国家二等奖。

“忆阻电路与智能网络”团队

“忆阻电路与智能网络”团队是江苏省高等学校优秀科技创新团队，由博士生导师包伯成教授领衔。主要研究方向为神经元功能性电路、神经元网络与同步、忆阻电路与系统和电能变换与控制技术。在研国家自然科学基金面上项目4项、青年基金项目3项，省级自然科学基金等科研项目5项；出版学术专著3部；发表ESI论文300余篇，其中，入选热点论文10余篇、高被引论文40余篇；授权发明专利20余件。

近年来，团队入选科睿唯安“Highly Cited Researcher”榜单3人，入选爱思唯尔“中国高被引学者”名单1人，入选江苏省“333高层次人才培养工程”1人，入选江苏高校“青蓝工程”优秀青年骨干教师2人。团队研究成果获评教育部自然科学奖二等奖1项，机械联合会二等奖1项，省科学技术奖三等奖2项，省高等学校科学技术研究成果奖一等奖2项、三等奖1项，省教学成果奖二等奖2项。

团队以高水平科研引领研究生教育，努力构建并完善研究生能力提升培养制度，为高等院校和企事业单位输送了一批优秀的科研和管理人才。截止目前，培养高素质博士、硕士研究生50余名，获评江苏省优秀硕士学位论文2篇、中国电子学会优秀硕士学位论文2篇；入选“江苏省大学生年度人物”1人次，获中国研究生数学建模一等奖10人次，获得国家奖学金1～2人次/年。

李郝亮 博士

国防科技大学电子科学学院

《多面体角反射器极化旋转域识别：从理论研究到实验验证》

极化雷达能够获取目标多极化信息，在反演目标物理属性、提高识别能力等方面具有突出优势。近年来，极化雷达发展迅猛，成为遥感测绘、侦察监视、精确制导等领域的核心装备。在军事博弈对抗条件下，极化雷达面临的电磁环境极其复杂，包含自然杂波和多种样式有意干扰。其中，多面体角反射器是制约极化雷达目标探测的重要难题。针对该问题，本报告重点介绍了多面体角反射器极化旋转域识别理论方法及实验验证的最新研究进展。

 (a) AN/SLQ-49角反射器     (b) MK-59角反射器

首先，通过充分挖掘和利用目标多维极化旋转域信息，构建了一种广义极化相关方向图解译工具用于多面体角反射器的极化散射特性研究。通过电磁计算仿真和暗室实验，揭示了典型多面体角反射器与典型人造目标的极化旋转域特性变化规律，并提取得到显著性差异特征集。

(a) 八面体角反射器       (b) 二十面体角反射器

(a) 舰船               (b) 角反射器阵列

其次，针对对地和对海场景下多面体角反射器阵列干扰识别难题，分别介绍了联合极化空时特性、散射机理内嵌等两种多面体角反射器阵列干扰极化旋转域识别方法。最后，利用多频段全极化雷达实验系统开展了对地和对海外场试验，实现了对典型场景下多面体角反射器阵列干扰准确识别。

(a) 对地实验场景         (b) 对海实验场景

图4 多面体角反射器阵列干扰外场实验

(a) 车辆目标

(b) 角反射器阵列

(a) 船只目标

(b) 角反射器阵列

团队介绍

近年来，国防科技大学陈思伟教授研究团队对极化雷达多面体角反射器阵列干扰智能识别技术开展了深入研究。

在机理层面，系统提出了角反射器阵列干扰极化旋转域识别理论方法，揭示了典型多面体角反射器极化旋转域电磁散射演化规律，提取得到识别特征集，能够显著增强角反干扰和典型人造目标的散射差异，出版专著2部。

在数据层面，构建了多波段、全方位的多面体角反射器电磁计算数据集；设计并制作了一系列多面体角反射器实物模型，完成了暗室测量验证；同时，联合西安电子工程研究所等国内优势单位开展了对地和对海等场景下外场静态和挂飞实验验证，构建了多波段多场景极化雷达多面体角反射器阵列实测数据集。

在应用层面，提出了系列多面体角反射器阵列干扰极化旋转域智能识别方法，自主研发智能识别软件1套，授权专利4项。

陈轲 博士

北京理工大学雷达技术研究院

《星载SAR 场景匹配曲线成像照射几何设计与在轨验证》

常规星载合成孔径雷达（SAR）成像中成像带始终沿平行于轨道方向生成，呈直线。在高分辨情况下，常规星载SAR难以通过单个成像带对如路桥、海岸线、地震带等具有复杂走向的长曲线场景实现完整覆盖，观测效能低。为此，团队提出星载SAR场景匹配曲线成像，其成像带沿场景走向定制化生成、呈不规则曲线，大幅度提高长曲线场景的观测效能。

星载SAR场景匹配曲线成像在数据获取部分存在方位分辨波动大、回波质量差两个问题。为解决上述问题，汇报人分别从照射几何、重频时序两方面开展研究：

(1) 照射几何方面，针对成像带走向复杂导致方位分辨率波动大的问题，提出均匀分辨的非线性波束控制方法。首先，建立预测-生长式的波束控制模型，基于当前和前序波束指向预测照射时间，再“生长”下时刻波束指向，调整照射时间到期望值，以此保证均匀方位分辨率；然后，提出步进式的变速波控求解方法，通过分析地面波足位置、速度、加速度对姿态机动物理约束的解析影响，在物理约束下，精细调控波足速度矢量，迭代的生成均匀方位分辨、匹配场景走向波足轨迹。该方法经在轨验证可将方位分辨率波动由80%降低到3%以内。

(2) 重频时序方面，针对斜距、观测视角剧烈变化导致的回波数据损失高、模糊能量强的问题，提出基于“时空频”三维斑马图的非均匀方位采样设计方法。首先，在常规二维斑马图上增加时间自由度，描述成像几何对模糊的时变约束，避免不同观测视角“混叠”到斑马图中相同位置；其次，提出基于模糊的重频设计新约束，将成像带模糊能量分布上界映射到“时空频”空间，并划分重频可行域；最后，将三维支撑域进行降维投影，并在新可行域内采用图形学方法生成重频时序。该方法经在轨验证可将大幅降低回波数据损失并将全场景模糊能量降低10 dB以上。

目前，所提方法已在四型四颗卫星完成在轨验证，实现各项观测任务50余次，支撑国家自然基金优青、重点、面上等相关项目，是后续场景匹配曲线成像星上实时处理、干涉处理等应用方向的理论基础。

团队介绍

北京理工大学雷达技术研究院（下文简称雷达院）由毛二可院士于1964年创立，研究方向涉及民用雷达、特种雷达、多源探测、航天遥感等。经过六十年的奋斗和发展，雷达院在航空、航天、导航、制导等诸多领域取得了系列科研成果，完成了多项全国第一的科研任务。

近年来，雷达院特种雷达研究所王岩研究员带领的研究小组提出了星载SAR场景匹配成像新模式，并针对该模式的数据获取、成像算法、干涉技术与星上实时处理开展了深入研究。