光动力疗法（PDT）能诱导肿瘤细胞免疫原性死亡，与免疫治疗联合能够提高对各种癌症的治疗效果。基于自然杀伤（NK）细胞的免疫疗法能够增强PDT的抗癌能力。以肿瘤组织中NK细胞免疫作用的分子途径为靶点，通过药物调控增强其对肿瘤的免疫作用，并进一步联合PDT可以有效提升抗肿瘤疗效。将包封基质金属蛋白酶-2（MMP-2）抑制剂SB-3CT的β-环糊精（β-CD）与负载光敏剂Ce6的脂质体通过MMP-2响应多肽组装在一起，构建了一种肿瘤微环境/光多重响应的脂质纳米药物控制系统（MRPL-SC），在细胞和裸鼠移植瘤模型中证明了MRPL-SC介导的PDT和NK免疫疗法协同抗肿瘤作用。MRPL-SC到达肿瘤部位后，连接β-CD与脂质体核心的MMP-2响应性多肽会在肿瘤组织微环境中过表达的MMP-2的作用下水解，释放包封在β-CD中的SB-3CT，SB-3CT通过直接对MMP-2进行原位抑制来有效提升肿瘤组织中NKG2DLs的表达和NK细胞免疫响应；封装了Ce6的脂质体通过细胞内吞进入肿瘤细胞后，在660 nm激光照射下通过PDT诱导肿瘤细胞凋亡，同时进一步诱导肿瘤细胞NKG2DLs表达，实现对肿瘤组织中NK免疫的时空协同增强。MRPL-SC介导的这种光动力和NK免疫增强协同抗肿瘤作用在黑色素瘤细胞和裸鼠移植瘤模型上得到了证明。本研究不仅为开发一种新的纳米药物用于程序化释放抗肿瘤药物以及更好地整合PDT和免疫治疗提供了参考，还阐明了一种用NK细胞介导的黑色素瘤免疫治疗的新模式。

将光场成像理论与三维颗粒追踪测速(PTV)技术相结合,实现了单相机三维流场的测量。结合高斯光学和相似原理,推导出了深度与最优重聚焦系数的关系。搭建了光场标定与流场测量系统,提出基于光场成像理论模型的深度标定方法,并与泰勒多项式拟合方法进行对比,证明了其具有较高的稳健性。利用清晰度最大原理,获得原始光场图像的全聚焦图,采用最小特征值角点检测算法对全聚焦图上的颗粒进行定位,结合三维粒子追踪技术,得到颗粒的三维速度。形成了光场PTV的图像处理流程,并对后向台阶流场进行了实测,结果表明光场PTV技术能够较好地测量三维流场。

研制了一种板级多通道半导体激光器温控系统,将其应用于混合气体检测中可实现同时对多个半导体激光器温度的控制。该系统硬件上由多通道温度采集模块、数字信号处理器模块、半导体制冷器(TEC)和TEC控制模块组成。软件上采用时间片轮转调度算法和积分分离式数字比例积分微分算法,实现了对多个半导体激光器温度的实时、精确控制。为了测试系统的性能,利用该系统同时控制中心波长为1.65 μm和1.56 μm的可调谐分布反馈激光器的温度,进行了温度控制实验并测试了两个激光器的发光光谱。实验结果表明,该系统可以实现对两个激光器温度的同时控制,温控精度为-0.011~0.015 ℃,响应时间小于3 s。对温控系统的工作稳定性进行了测试,两个激光器连续工作6 h,其工作温度保持恒定。连续10 h测试两个激光器的输出光谱,输出波长的峰值未出现偏移。该温控系统体积小、成本低、便于集成且稳定可靠,在混合气体检测中有良好的应用前景。

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术, 研制了一种近红外乙炔气体检测系统。 通过分析近红外波段乙炔分子的吸收谱线特性, 选择了1.534 μm附近乙炔分子的吸收峰作为吸收谱线。 该系统主要由分布反馈激光器、 激光器驱动器、 单光程对射式气室、 光电探测模块及数字式锁相放大器构成。 为了测试该检测系统的性能, 配备了乙炔气体样品并开展了气体检测实验。 实验结果显示, 该系统的最小检测下限为0.02%; 在体积分数为0.02%～1%范围内, 二次谐波幅值与乙炔气体浓度呈现出良好的线性关系。 通过长达20 h的稳定性实验测试了检测系统稳定性。 鉴于近红外波段石英光纤传输损耗很小, 可以将气室及光路部分与电路部分分离, 从而可以进行远程气体检测, 这是基于量子级联激光器、 热光源的乙炔检测系统难以实现的。 该系统采用了自主研制的分布反馈激光器驱动器和锁相放大器, 结构简单, 性价比高, 便与集成, 在工业现场乙炔浓度检测方面有着良好的应用前景。

为提高超磁致伸缩致动器(GMA)的精度, 描述其在动态和准静态环境下的复杂磁滞行为, 设计了具有精密位移输出的GMA, 建立了包含磁滞及涡流损失的动态非线性多场耦合模型。首先, 采用模块化方法设计了GMA; 然后, 利用热力学理论和能量守恒定律, 建立了超磁致伸缩材料非线性多场耦合本构模型; 最后, 通过分析材料非线性本构行为与系统结构动态行为间的耦合过程, 提出了GMA的动态非线性多场耦合模型。实验分析了能量损失及预紧力对系统特性的影响规律。结果表明: 预紧力可改善系统输出特性且存在最佳预紧状态; 建立的模型能够较准确预测位移, 平均相对误差约为4.5%。另外, 随着频率增加, 异常和涡流能量损失以及磁滞量会增大, 磁滞行为源于磁畴不可逆运动过程中的能量损失。实验还显示: 对于精密GMA系统, 不能忽略高频涡流效应。建立的模型较准确地描述了动态及准静态环境下GMA的复杂磁滞行为, 由于考虑了材料本构行为耦合和系统动态行为耦合, 进一步提高了GMA系统的精度。

利用可调谐二极管激光吸收光谱技术检测气体浓度时，为了从红外传感信号中提取一次及二次谐波信号来表征气体浓度，研发了一种基于数字信号处理器的数字正交锁相放大器.介绍正交锁相放大原理，设计谐波提取算法，给出数字正交锁相放大器的软硬件实现方案.利用配备的浓度为1%~5%的甲烷样品以及研制的锁相放大器，开展气体实验.实验结果显示，当甲烷浓度为5%时，在二次谐波对应的频率点处，测得的系统信噪比为34 dB，表明设计的锁相放大器具有较好的性能；测得的二次与一次谐波信号峰峰值的比值与气体浓度成线性关系；考虑动态配气以及气体沿管道传输的时间，检测系统的响应时间约为96~98 s；气体浓度为20 000 ppm时，测试浓度波动范围为-92 ppm ~ +118 ppm；根据Allan方差预测的系统检测下限为29.52 ppm.与模拟锁相放大器以及商用锁相放大器相比，本文研制的数字正交锁相放大器硬件结构简单、体积小、成本低、易于集成，在红外气体检测领域具有很好的应用前景.

基于可调谐半导体激光吸收光谱技术及波长调制技术, 采用波长为1 654 nm的分布反馈激光器, 结合开放式光学探头以及高灵敏度的铟镓砷光电探测器, 研制了近红外甲烷气体检测系统。 自主设计研发了分布反馈激光器驱动电路, 主要包括模拟PID温度控制电路与电流驱动电路。 其中, 温度控制电路具有较高的控制精度及稳定性, 长时间工作时激光器温度波动小于±0.02 ℃, 温度与激光器波长呈线性变化。 温度不变时, 改变驱动电流可以使激光器中心波长线性变化, 同时还提供了5 kHz正弦波和10 Hz锯齿波的调制信号, 用于谐波检测。 为了提取差分信号的一次谐波及二次谐波, 研制了正交锁相放大器, 一次谐波和二次谐波的提取误差分别为3.5%和5%。 系统中采用的开放式光电探头通过一次反射, 使有效吸收光程增加了一倍, 达到了40 cm。 通过对1%～5%的甲烷气体进行检测, 成功提取了一次及二次谐波, 得到了气体浓度与谐波信号幅值的拟合关系曲线。 在更换不同输出波长的激光器后, 该系统还具有检测其他气体的能力。