在单颗粒、单分子水平阐释颗粒表面活性物种的产生、原位转化是分析化学领域颇具挑战性的课题，其难点在于原位反应过程中颗粒表面产生的光生载流子、活性氧物种种类多、浓度低、活性高，且在溶液中快速扩散迁移。唐波研究团队致力于单颗粒、单分子原位成像分析。在国家重大科研仪器研制项目（22134004）的支持下，研制出单颗粒表面活性物种原位成像荧光检测仪，实现了微纳尺度材料表面电子重分布和活性位点动态重构行为的可视化，为研究材料表界面反应和微观机制解析提供了新仪器和新方法（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 46, 31456–31463）。近日，唐波团队在颗粒表面光生载流子产生和转移过程解析中取得新进展，并成功用于指导生物合成。相关成果于2025年8月21日以“Dual-channel energy pathway combining energy molecule supply and electron transfer to support solar-to-chemical production in E. coli-thylakoid hybrid”为题，发表在Nature Synthesis（Nat. Synth., 2025. doi: 10.1038/s44160-025-00853-0）。唐波教授、李璐教授为该论文共同通讯作者，安静华副教授为该论文第一作者。

▲光驱动“类囊体-大肠杆菌”杂合系统实现高效生物合成

构建吸光材料-微生物复合体系，利用光驱动微生物合成化学品，是一种通过太阳能为细胞代谢供能、提升生物合成效率的重要策略。受到天然光合作用的启发，唐波团队选取植物来源的类囊体作为光吸收模块，与大肠杆菌整合，成功构建出“类囊体-大肠杆菌”杂合系统。通过自主研发的单颗粒表面原位成像荧光检测仪结合多种分析表征手段，对该系统异质界面电子产生与传递进行解析。研究发现，类囊体展现出优异的生物相容性，可通过双通道能量供给途径为大肠杆菌供能：一方面光驱动类囊体产生的光电子可直接用于合成ATP、NADH和NADPH，供应大肠杆菌；另一方面来源于类囊体的光电子可通过聚多巴胺、核黄素等氧化还原媒介传输给细菌，用于细菌中能量合成。这种双通道能量供给策略突破了生物合成的能量限制，实现了迄今大肠杆菌最高产氢速率，为高效、可持续的太阳能驱动高附加值化学品生物合成提供了新路径。

近日，蔡阳健教授/韩张华教授团队在国际顶级期刊《Science Advances》上发表了题为“Circularly polarized thermal emission driven by chiral flatbands in monoclinic metasurfaces”的研究论文。山东师范大学为第一完成单位，物电学院博士生孙开礼为论文第一作者，韩张华教授为通讯作者，共同通讯作者还包括澳大利亚国立大学（Australian National University）的Yuri Kivshar院士。蔡阳健教授和辽宁材料实验室交叉研究中心的杨炳雄教授也为该工作做出了重要贡献。

传统热辐射通常表现为宽带、非偏振且近乎各向同性的辐射特性，这主要源于热涨落的随机性。然而，随着纳米光子学和人工微结构设计的发展，研究者正不断突破这一传统图景，致力于实现具有高光谱选择性、强方向性以及偏振可控性的“定制化”热辐射源。尤其在富含“分子指纹”信息的中红外波段，这种受控热辐射技术展现出巨大的应用潜力，如用于分子光谱识别、气体检测以及药物异构体区分等领域。

在众多热辐射调控自由度中，赋予其特定自旋态，尤其是实现圆偏振热辐射，近年来仍面临诸多挑战。此类偏振特性的获得高度依赖于对结构对称性的精确设计与控制。例如，通过引入手性几何构型，可诱导产生具有明确旋光方向的自发辐射模式，为中红外偏振调控开辟了新的路径。在生物传感、光谱成像以及手性分子识别等应用中，圆偏振热辐射源因其方向性和光谱选择性优势，展现出独特而广阔的应用潜力。

在这项工作中，他们提出了一种基于单斜晶格设计的新型热辐射调控策略。具体而言，通过在一维光波导阵列中引入周期性的空间偏移，首次构建出一种支持耦合谐振光波导（Coupled Resonator Optical Waveguide, CROW）效应的非局域高Q超表面器件。该器件不仅实现了不同色散特征的高纯度圆偏振输出，还显著提升了热辐射的时/空间相干性。该成果不仅标志着在高性能偏振热源开发方面取得了关键突破，也为热光器件、红外成像及偏振光谱学等应用领域提供了新的技术平台和设计范式。

该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、澳大利亚研究委员会和印度太平洋国际技术中心的支持。

近日，山东师范大学地理与环境学院陈雅婷副教授团队在地球科学权威期刊 Geophysical Research Letters发表题为“Divergent Spatiotemporal Patterns and Climate Responses of Lateral and Internal Lake Drainage in the Northern Permafrost Region”的研究论文。

湖泊排水是冻土退化最显著的景观过程之一。湖泊排水通过两种机制发生：侧向排水与底部排水。二者在分布区域、发生季节及气候驱动因子上存在显著差异。本研究基于高分辨率多时相卫星影像，系统识别了2001–2020年环北极地区3969起湖泊排水事件，首次实现环北极范围内按月尺度的排水类型分类。研究结果表明，侧向排水占绝对优势（90.6%），主要分布在65°N–70°N的高纬连续和不连续多年冻土区，常由融雪和降水引发的溢流触发；而底部排水仅占9.4%，集中于50°N附近的岛状和零星多年冻土区，常与湖底冻土破碎和渗透性增强有关。二者在地面冰含量、热喀斯特和Yedoma分布上也呈现出明显差异。在时序上，湖泊排水事件总体呈上升趋势，其中侧向排水显著增加（+7.23起/年），而底部排水则略有下降（−1.59起/年）。季节上，侧向排水集中于5–6月，底部排水则多在3月发生。机器学习分析进一步揭示，顶层土壤温度、积雪深度、降水、融雪和蒸发是区分两类排水的关键气候因子。侧向排水湖在排水期通常表现为更高的土壤温度、更深的积雪和更多降水。底部排水多发生在3月初步解冻时，气温和土壤温度刚超过0°C，但降水和融雪量有限，排水主要由早期垂直渗流驱动。研究成果揭示了湖泊排水的差异性格局和气候响应机制，并发布了覆盖环北极的排水事件新数据集，为评估北极水文连通性、热喀斯特过程及气候风险提供了重要支撑。

该工作由山东师范大学硕士研究生杨孝龙为论文第一作者，刘奥博副教授和陈雅婷副教授为论文通讯作者。研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金和泰山学者青年专家计划资助。

Geophysical Research Letters是美国地球物理联合会（AGU）主办的地球物理领域顶级期刊，同时也是自然指数（Nature Index，NI）选取的145种世界一流科技期刊之一。

近日，山东师范大学蔡阳健教授团队在国际著名期刊《Optica》上发表题“Statistically stationary random light for high-security encryption”的研究论文，创新性地将光场统计特性应用于高安全光信息加密。山东师范大学博士生蔺淑琴为论文的第一作者，上海交通大学教授陈险峰、美国北卡罗莱纳大学夏洛特分校Greg Gbur教授、蔡阳健教授和余佳益副教授为论文共同通讯作者。

在现代互联网背景下，信息的安全存储和传输极为重要。光学加密是提升信息安全性的有效方法；然而，现有的光学加密策略无法在自由空间传输后可靠地恢复加密信息。我们提出了一种加密协议，利用随机光场的统计特性来克服现有方法的局限性。该协议通过不断刷新白复噪声来生成携带加密信息的有色复噪声集。利用该加密协议，可以通过在接收端确定密文的空间相干结构来恢复信息。此外，该协议在传输信道内表现出抵御外部噪声攻击的能力，并且该协议的无限密钥集使其能够抵御计算机暴力破解攻击。我们希望光学相干工程能够扩展现有光学加密协议的功能，为未来的光学加密技术铺平道路。

相关研究得到了国家自然科学基金重大项目、国家重点研发计划项目课题等多项资助。

近日，山东师范大学物理与电子科学学院满宝元教授团队在知名光学期刊《Laser & Photonics Review》上发表题为“Remote Activation of Flexible Magnetoelectric Membrane to Enhance In Situ SERS Response”的研究论文。山东师范大学为第一署名单位，邵明瑞博士为论文第一作者，李振副教授、张超教授及满宝元教授为论文通讯作者。该论文完成过程中得到我院郁菁副教授和赵晓菲副教授的帮助与支持。

原位表面增强拉曼散射（SERS）是一种监测化学和生物学动态过程的有效方法。然而，在复杂环境中进行高灵敏度原位SERS检测具备极大的挑战性。针对以上问题，本研究设计了一种具有SERS活性的磁电复合膜，通过远程施加磁场可以进一步提高其增强性能。在磁电耦合效应的作用下，外加磁场会改变复合膜的表面电位，从而调节膜表面银纳米粒子的局域电磁场强度。实验表明，在磁场的作用下水溶液中多巴胺和虾表面结晶紫的检测限至少降低了一个数量级。此外，利用该方法还可以获得有关人体分泌汗液的更精确的光谱信息。本研究提出的远程SERS增强技术为复杂环境中分析物的高灵敏原位检测提供了一种创新方法。

以上研究得到国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者项目及山东省青创科技计划等资助。

2025年8月，山东师范大学李海涛教授团队在国际控制理论顶级期刊SIAM Journal on Control and Optimization发表了题为“Robust reconstructibility of Boolean networks subject to function perturbation”的研究论文。该论文的第一作者是博士研究生杨欣蓉。

状态估计是现代控制理论中的一个基本问题，在网络安全、电力系统保护等领域有着广泛应用。作为状态估计中的一个重要概念，可重构性反映了系统当前状态被输入、输出信息唯一确定的性能。布尔网络的函数扰动可以对基因突变进行数学描述，从而在理论上可对基因调控网络的吸引子鲁棒性进行研究。由于函数扰动会使布尔网络的吸引子发生收缩、增大、改变甚至消失等动态行为，从而会对系统的可重构性造成本质影响。因此，发展新的数学理论来分析函数扰动对布尔网络可重构性的影响，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。针对确定性函数扰动的影响，论文提出了一类带非交换变量的多项式矩阵，通过分析该类矩阵与系统可重构性之间的关系，并构造了合适的指标集和参考集，建立了判别布尔网络和带反馈控制的布尔控制网络鲁棒可重构性的充分必要条件。最后，作者将所得理论结果应用于细胞凋亡网络，验证了论文结论的有效性。

近年来，李海涛教授团队致力于逻辑动态系统分析与控制方面的研究，取得了一系列高水平研究成果，部分研究工作发表在国际控制理论顶级期刊Automatica、SIAM Journal on Control and Optimization、IEEE Transactions on Automatic Control上。

图像文本匹配作为一种基本的跨模态理解任务，在弱对齐场景中呈现出独特的挑战。这类数据的文本标题往往高度抽象、实体引用稀疏，与视觉内容之间存在显著的语义鸿沟。当前主流方法主要针对强对齐数据对设计，采用动态建模或多维相似度计算来实现特征空间映射。然而，它们在弱对齐情况下难以应对信息不对称和模态异质性。为此，本文提出了视觉感知知识增强（VPKE）框架。与现有方法不同，该框架借助视觉语言模型挖掘图像潜在语义、生成辅助标题，突破传统文本模态的信息瓶颈。其核心创新在于一种自适应知识蒸馏机制，该机制融合检索增强生成（RAG）与关键实体提取，能在引入外部知识时有效过滤噪声，同时优化跨模态特征表示。框架采用多级相似度评估，动态调整原始文本特征、关键实体特征和辅助标题特征之间的融合权重，实现多样化语义特征的自适应整合，显著提高模型灵活性。此外，多尺度特征提取进一步增强了跨模态表征能力。基于MSCOCO和Flickr30K 两大代表性公共数据集的验证表明，所提方法在图文匹配任务的整体性能上，相较于当前最先进的同类模型实现显著提升。

2025年8月31日，山东师范大学生命科学学院食品安全营养与人体健康团队中苏树朋、韩立英老师在中科院一区top期刊Food Chemistry发表了题为“Fabrication and stability of Pickering nanoemulsion stabilized by self-aggregated chitosan nanoparticles”的研究论文。本项研究首次利用食品级壳聚糖纳米颗粒制备了壳聚糖Pickering纳米乳液。由于具有合适两亲润湿性且尺寸足够小的颗粒来源有限，食品级皮克林纳米乳液的制备一直颇具挑战。壳聚糖纳米颗粒因其尺寸可调、两亲性良好而成为有前景的解决方案。本研究系统考察了pH、油相体积分数、壳聚糖浓度和超声功率对壳聚糖皮克林纳米乳液形成的影响。在最佳条件（pH 6.5、油相体积分数1%、壳聚糖浓度1.0 wt%、超声功率455 W、处理时间360 min）下，可制得液滴粒径约300 nm的纳米乳液。稳定性测试表明，该纳米乳液在pH 2–6、离子强度100–500 mM、温度60–90 ℃、反复冻融3次及0–60天贮藏等条件下均表现出良好的稳定性。本研究结果为食品级皮克林纳米乳液的开发提供了新的路径。

状态估计是现代控制理论中的一个基本问题，在网络安全、电力系统保护等领域有着广泛应用。作为状态估计中的一个重要概念，可重构性反映了系统当前状态被输入、输出信息唯一确定的性能。布尔网络的函数扰动可以对基因突变进行数学描述，从而在理论上可对基因调控网络的吸引子鲁棒性进行研究。由于函数扰动会使布尔网络的吸引子发生收缩、增大、改变甚至消失等动态行为，从而会对系统的可重构性造成本质影响。因此，发展新的数学理论来分析函数扰动对布尔网络可重构性的影响，具有重要的理论意义和潜在的应用价值。针对确定性函数扰动的影响，论文提出了一类带非交换变量的多项式矩阵，通过分析该类矩阵与系统可重构性之间的关系，并构造了合适的指标集和参考集，建立了判别布尔网络和带反馈控制的布尔控制网络鲁棒可重构性的充分必要条件。最后，作者将所得理论结果应用于细胞凋亡网络，验证了论文结论的有效性。

2025年8月，山东师范大学生命科学学院袁芳老师在国际著名期刊《Journal of agricultural and food chemistry》期刊发表题为“How Membrane Receptors Mediate Biochemical Responses in Leaf Development under Environmental Stresses”的文章。

▲Figure 1. Mechanisms of leaf development regulation by membrane receptors under abiotic stress conditions.

▲Figure 2. From the activation of membrane receptors by phytohormones to leaf development.

叶片的结构、形态、大小及组织构造受植物激素、各类胁迫因素和病原体等内外信号的调控。植物通过多种受体感知这些刺激，进而触发细胞内信号级联反应，调控基因表达并引导叶片发育。近年来研究发现，质膜上的众多受体在响应发育信号和环境因素时，参与调控叶片的生长发育(Figure 1)。质膜定位受体通过整合发育信号与环境信号，成为叶片发育的关键调控因子。这些受体作为细胞哨兵，不仅协调跨膜物质交换与信息传递，更作为植物感知中枢发挥作用——它们能探测表皮层、叶肉网络和维管结构中的胁迫信号，从而协调适应性叶片形态建成。这些位于表皮细胞、叶肉细胞和维管组织中的膜受体，犹如植物的“视觉系统”，在应对各类胁迫时发挥着关键作用(Figure 2)。论文综述了叶片发育过程中膜受体介导的信号传导机制，涵盖影响叶片发育的上游调控因子、其特异性膜受体及下游信号通路。深入理解植物膜受体如何感知、解码并传递信号，对研究植物环境响应具有重要的理论价值和实践意义。

在读博士生赵博庆为论文第一作者，袁芳教授为通讯作者，在读硕士生隋亚琼参与了论文工作，王宝山教授对论文提供了指导。

2025年8月13日，山东师范大学孙宁奎团队在期刊Advances in Nonlinear Analysis发表了题为“Asymptotic behavior of solutions of a free boundary model with seasonal succession and impulsive harvesting”的研究论文。该论文的第一作者是孙宁奎老师指导的研究生李阳蕾。该研究主要考虑了季节性变化和瞬时捕捞因素对流效应和对自由边界问题解的渐近行为的影响，选择一族连续变化的初值族，发现当初值较小时，解会发生消逝；当初值较大时，解会发生传播，并且给出了初值族阈值的存在唯一性。当传播发生时，利用时间周期半波解细致刻画了解的渐近性态。本研究系统地揭示了季节性变化和瞬时捕捞因素耦合对自由边界问题解的定性影响。

近年来，孙宁奎老师致力于反应扩散方程的定性理论，得到一系列较高水平的研究成果，部分成果发表在Mathematische Annalen、 Calculus of Variations and Partial Differential Equations、Journal of Differential Equations等国际著名学术期刊。主持国家自然科学基金、山东省优秀青年基金、山东省青创团队项目等。

近日，山东师范大学信息科学与工程学院吕蕾教授团队在多媒体处理、分析与计算领域的顶级国际会议（ACM MM，CCF A类会议）上发表了题为“Learning Adaptive Node Selection with External Attention for Human Interaction Recognition”的研究论文，本研究创新性地提出了动态节点选择与外部注意力结合的交互行为识别方法。团队2022级博士生庞辰为该论文第一作者，吕蕾教授为唯一通讯作者。

▲图1 动态节点选择与外部注意力结合的交互行为识别方法框架图

在本研究中，针对交互行为识别方法忽视个体间交互关系、交互模式表征不足以及冗余连接导致特征退化等问题，提出了动态节点选择与外部注意力结合的交互行为识别方法（如图1所示）。该方法摆脱了对固定图结构的依赖，具备良好的自适应性和语义感知能力，并在复杂交互场景中表现突出。具体而言，利用图卷积网络建模个体内部结构，实现动作的精细化表征；通过自适应节点动态度量模块分配时间权重并刻画时空变化，同时结合可学习阈值与正则化约束，避免幅值偏移；在个体间交互建模中，引入外部注意力模块聚焦跨个体的关键节点，抑制冗余信息。两模块协同作用，使模型能够自适应捕捉关键交互模式。这一创新设计不仅突破了传统方法在固定结构与局部建模上的局限，更通过自适应节点选择与跨个体注意力的协同机制，实现了对复杂交互关系的高效建模与鲁棒学习。

近年来，吕蕾团队致力于开放场景下的多主体行为分析研究，取得了一系列高水平的研究成果，部分成果发表在IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems，IEEE Transactions on Multimedia，IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology等多个相关领域TOP期刊上。