3D-printed integrative probeheads for magnetic resonance

射频探头前端作为核磁共振设备的核心部件之一，极大程度的决定着系统实验性能的优劣。探头前端通常由射频线圈、射频电路及样品检测管道等部分组成。现有的射频线圈制作技术主要是通过手工或机械手段按照所需的线圈形状进行绕制。但是，当线圈结构较为复杂、不规则，或体积尺寸较小时，常规绕制方法便难以满足结构设计和制造的精度需求，因此造成线圈性能的劣化，增大检测区域的射频场不均匀性，对核磁共振检测产生负面影响。本研究中，利用3D打印熔融沉积制造或光敏树脂选择性固化技术精确加工出一体化磁共振探头前端，使用常温液态金属填充线圈模型管路形成射频线圈，搭建出稳定的一体化磁共振射频探头。利用高精度3D打印和液态金属灌注技术制备出包含有射频线圈和定制化样品管道结构在内的一体化磁共振射频探头前端，克服了传统磁共振三维微型线圈成型困难、与样品腔匹配程度差等问题，提高了探头的信噪比，为定制化的磁共振检测提供了新思路。 该工作由厦门大学电子科学与技术学院陈忠教授、游学秋副研究员和孙惠军高级工程师共同指导完成，博士研究生谢君尧为论文第一作者。厦门大学电子科学与技术学院黄玉清高级工程师、王忻昌副教授、倪祖荣助理教授、硕士研究生张德超，化学化工学院杨朝勇教授、博士研究生李星锐，萨本栋微米纳米科学技术研究院陈宏教授为合作作者。【Abstract】Magnetic resonance (MR) technology has been widely employed in scientific research, clinical diagnosis and geological survey. However, the fabrication of MR radio frequency probeheads still face difficulties in integration, customization and miniaturization. Here, we utilized 3D printing and liquid metal filling techniques to fabricate integrative radio frequency probeheads for MR experiments. The 3D-printed probehead with micrometer precision generally consists of liquid metal coils, customized sample chambers and radio frequency circuit interfaces. We screened different 3D printing materials and optimized the liquid metals by incorporating metal microparticles. The 3D-printed probeheads are capable of performing both routine and nonconventional MR experiments, including in situ electrochemical analysis, in situ reaction monitoring with continues-flow paramagnetic particles and ions separation, and small-sample MR imaging. Due to the flexibility and accuracy of 3D printing techniques, we can accurately obtain complicated coil geometries at the micrometer scale, shortening the fabrication timescale and extending the application scenarios.The work is supported by the National Natural Science Foundation of China (Grants U1632274, 11761141010, U1805261, 11475142, 22073078, and 61801411), and China Postdoctoral Science Foundation (2017M622075).研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目支持

基于生态过程模型和森林清查数据的森林生长量估算对比研究/Comparison of estimated forest biomass increment rate based on a process-based ecological model and forest inventory data[J]

利用遥感驱动的生态过程模型-Boreal Ecosystem Productivity Simulator (BEPS)、2001-2006年国家森林资源连续清查数据（一类清查-样地尺度）和2003-2009年森林资源规划设计调查数据（二类调查-区域尺度），分别计算江西省吉安市的森林生态系统生长量，从不同空间尺度和森林类型对3种数据源估算的森林生长量进行了分析。结果表明，样点尺度上，BEPS模型模拟的森林生长量（4.18 Mg·hm-2·a-1）低于群落生长量（5.86 Mg·hm-2·a-1），与乔木层生长量（4.29 Mg·hm-2·a-1）基本一致，模型模拟结果与两者的拟合R2分别为0.48和0.43。区域尺度上，BEPS模型模拟、二类调查数据计算的群落及乔木层生长量分别为4.65、4.36和3.34 Mg·hm-2·a-1，BEPS模型估算的吉安市各县森林总生长量与二类调查数据计算的群落、乔木层生长总量拟合R2分别达0.84和0.83。一类清查数据计算结果高于二类清查数据计算结果，BEPS模型模拟森林生长量分别与基于一类清查数据计算的乔木层生长量及二类调查数据群落生长量较为一致。从研究区两种主要森林类型来看，常绿阔叶林年平均生长量高于常绿针叶林，常绿针叶林与模型估算结果差异小于常绿阔叶林。最后利用模型估算了研究区2001-2010年平均生长量，为认识研究区的森林生长空间分布差异及更新森林生物量提供支持

基于Logistic模型的三工河流域农户节水灌溉驱动力分析/Analysis on Driving Forces of Households' Water-saving Irrigation Decision-making in the Sangonghe River Basin Using the Logistic Model[J]

基于三工河流域284份农户抽样问卷调查数据,总结了多因素作用下农户灌溉决策机理.自然因素是导致农户灌溉行为区域差异的根源,农户自身因素影响农户对灌溉和节水的认识,政府决策可有效调控农户决策行为.根据农户灌溉决策机理,选择耕地状况、政策管理、农户素质、家庭经济状况和农户当前灌溉特征5类因素,构建Logistic模型分析多因素与农户节水意愿的关系,得出影响农户选择节水灌溉的主要因子,按影响程度从大到小排序如下:灌溉水价＞耕地区位＞非农收入比重＞耕地归属＞农户对滴灌的了解程度＞受访者性别＞灌水量＞家庭劳动力平均年龄＞家庭耕地面积,并据此提出鼓励农户选择节水技术的建议

新疆喀纳斯国家自然保护区植被叶面积指数观测与遥感估算/Measurement and retrieval of leaf area index using remote sensing data in Kanas National Nature Reserve, Xinjiang[J]

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)是重要的植被结构参数,调控着植被与大气之间的物质与能量交换,在生态环境脆弱的我国西北部开展植被LAI的研究对阐明该地区植被对气候变化和人类活动的响应特征具有重要的科学意义.利用LAI-2200和TRAC仪器观测了新疆喀纳斯国家级自然保护区森林和草地的有效叶面积指数(LAIe)和真实LAI,构建了其遥感估算模型,生成了研究区LAIe和LAI的空间分布图.在此基础上,分析了LAI随地形因子(海拔、坡度、坡向)的变化特征,探讨了将其应用于估算研究区森林生物量密度的可行性,并评估了研究区MODIS LAI产品的精度.结果表明:研究区阔叶林、针阔混交林、针叶林、草地LAIe的平均值分别为4.40、3.18、2.57、1.76,LAI的平均值分别为4.76、3.93、3.27、2.30.LAIe和LAI的高值主要集中分布在湖泊和河流附近;植被LAI随海拔、坡度和坡向的变化表现出明显的垂直地带性的特点.LAI随海拔和坡度的增加呈现先增加后减小的变化趋势,坡向对针叶林和草地LAI的影响明显,但对阔叶林和针阔混交林LAI的影响较弱;森林生物量密度(BD)随LAI增加而线性增加(BD=44.396LAI-25.946,R2=0.83),研究区森林生物量密度平均值为120.3 t/hm2,估算的总生物量为5.0×l06 t;MODIS LAI产品与利用TM数据生成的LAI之间具有一定的相似性(森林R2=0.42,草地R2=0.53),但森林和草地的MODIS LAI产品分别比利用TM数据生成的LAI偏低16.5％和24.4％