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微塑料在土壤中的赋存特征、吸附和迁移机制

中国科学:化学 2024年

作者：王储刘霞王萌刘慕涵闫志永赵雅婷赵茹碧蒋凤华代燕辉岳同涛赵建中国海洋大学近海环境污染控制研究所海洋环境与生态教育部重点实验室自然资源部第一海洋研究所海洋生物资源与环境研究中心青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室

塑料污染已成为备受关注的全球环境问题,土壤是塑料的主要汇集地之一,进入到土壤中的塑料会经过物理、化学和生物老化过程降解为微塑料.由于微塑料具有粒径小、难降解等特点,容易吸附土壤环境中共存的污染物,如有机污染物和重金属等,进... 详细信息

塑料污染已成为备受关注的全球环境问题,土壤是塑料的主要汇集地之一,进入到土壤中的塑料会经过物理、化学和生物老化过程降解为微塑料.由于微塑料具有粒径小、难降解等特点,容易吸附土壤环境中共存的污染物,如有机污染物和重金属等,进而发生共迁移.本文总结了微塑料在全球不同地区土壤中的赋存特征,并探讨了土壤中微塑料的可能来源(农业地膜、工业活动、污水污泥等);归纳了土壤中微塑料对共存有机污染物和重金属的吸附机制以及影响因素(微塑料的理化性质和环境条件),微塑料吸附有机污染物和重金属的机制均包括孔隙填充作用、范德华力、静电力和阳离子-π键.除此之外,微塑料吸附有机污染物的机制还包括疏水作用、分配作用、氢键、π-π键、卤素键、负电荷辅助氢键和CH/π键;而络合(螯合)作用和离子交换在微塑料吸附重金属过程中起到了重要作用.综述了微塑料在土壤中的迁移机制(物理截留、静电力、疏水作用、氢键和络合作用等)以及影响因素;并进一步讨论了微塑料吸附和迁移行为对土壤理化性质及其生态毒性的影响.最后,对土壤中微塑料环境行为研究进行了展望.本文对于客观评价微塑料在土壤中的归趋和生态风险具有重要意义.

关键词：微塑料赋存吸附迁移天然有机质

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典型塑料的生物降解及其降解机理

科学通报 2021年第20期66卷 2573-2589页

作者：李昕玥刘卓苗薛润泽代燕辉岳同涛赵建中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室青岛266071

塑料由于具有易于加工、运输和储存以及化学性质稳定等特点,在生产生活中应用非常广泛,但同时也增加了其进入自然环境并在环境中长期停留的可能性.环境中的塑料在生物和非生物因素作用下可发生物理和化学性质的变化.其中,生物降解既是... 详细信息

塑料由于具有易于加工、运输和储存以及化学性质稳定等特点,在生产生活中应用非常广泛,但同时也增加了其进入自然环境并在环境中长期停留的可能性.环境中的塑料在生物和非生物因素作用下可发生物理和化学性质的变化.其中,生物降解既是塑料不可避免的环境行为之一,也是环境友好型塑料废弃物的处理方法.因此,探究塑料的生物降解更加具有现实和生态意义.本文首先详细总结了动物、植物、微生物和酶对塑料的生物降解过程,然后进一步归纳并揭示了塑料的生物降解机理.动物和植物对塑料的生物降解均与微生物和酶相关.微生物首先定殖在塑料表面形成生物膜,然后分泌胞外酶或胞内酶将塑料分解为分子量较低的低聚物、二聚体或单体,它们可以被微生物作为碳源而吸收,最终矿化生成CO_(2)、CH_(4)、H_(2)O等.此外,本文深入分析了影响塑料生物降解效率的关键因素,包括塑料种类、玻璃化转化温度、表面亲疏水性等自身性质,动物、微生物和酶的不同种类和性质,以及温度、氧气含量、太阳辐射等环境因素.同时,还讨论了塑料生物降解产物的环境行为,塑料经生物降解后产生的小尺寸碎片和低聚物以及释放的增塑剂等具有不同程度的生态毒性.最后,本文对塑料生物降解的未来研究方向进行了建议和展望,为探明塑料的环境归趋提供了理论支持.

关键词：塑料生物降解降解机理环境风险

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石墨烯纳米片与钙黏素的胞外相互作用

石墨烯纳米片与钙黏素的胞外相互作用

第四次全国计算毒理学学术会议暨国家自然科学基金委员会化学科学部学科战略研讨会

作者：阎增帅李灵芝李世新徐燕岳同涛中国石油大学(华东)化学工程学院中国海洋大学环境科学与工程学院

纳米材料具有小尺寸特性,表面活性高,极易跨越多种生物屏障,通过与细胞内胞外的不同生物分子相互作用,产生无法预料的生物学效应。前期实验与理论研究表明,在接近真实的拥挤细胞环境下,纳米材料可与多个细胞膜发生竞争性相互作用,导致... 详细信息

纳米材料具有小尺寸特性,表面活性高,极易跨越多种生物屏障,通过与细胞内胞外的不同生物分子相互作用,产生无法预料的生物学效应。前期实验与理论研究表明,在接近真实的拥挤细胞环境下,纳米材料可与多个细胞膜发生竞争性相互作用,导致纳米材料无法完成细胞摄入[1]。而陷于细胞间隙的纳米材料,通过与钙黏素等胞外功能性蛋白交互作用,破坏正常的细胞粘附,进而提高内皮屏障的可穿透性[2]。为在分子水平上阐明纳米材料与胞外粘附蛋白的相互作用机理,我们分别选取石墨烯纳米片与钙黏素(E-cadherin)为研究对象,

关键词：石墨烯钙黏素胞外相互作用分子动力学模拟

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简单且有效的弱监督中文文本分类算法

计算机工程与应用 2024年

作者：陈中涛周亚同河北工业大学电子信息工程学院

目前基于种子词的弱监督文本分类算法大多需要从数据集中搜索所有种子词并以此扩展类别词典，出现频率较低的种子词其类别识别能力也较低。因此设计了一个简单且有效的弱监督中文文本分类算法（simple and effective weakly supervised ... 详细信息

目前基于种子词的弱监督文本分类算法大多需要从数据集中搜索所有种子词并以此扩展类别词典，出现频率较低的种子词其类别识别能力也较低。因此设计了一个简单且有效的弱监督中文文本分类算法（simple and effective weakly supervised Chinese text classification，SEWClass），该方法利用预训练语言模型初始权重生成对文本的抽象理解，并以此为基础继续生成抽象约束条件和具象约束条件，以构建初次训练的伪标签数据；根据类别数量联合构建降维模型与分类器，以适应弱监督文本分类需要预先指定类别和在自训练过程中需要增加训练数据的特点；通过两种约束条件，伪标签数据拥有较高精确率，并在自训练过程中仅训练降维模型以提升召回率和算法效率。SEWClass对每个类别只需要一个种子词，如类别名称，即可完成分类任务，且SEWClass的性能与种子词是否出现在数据集中无关。SEWClass在THUCNews与toutiao两个中文数据集上的性能均远高于其他弱监督方法。

关键词：弱监督文本分类自训练种子词

Ultrastructure and mechanical perturbation of pulmonary surfactants by inhaled carbon nanoparticles: a computer simulation study

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Ultrastructure and mechanical perturbation of pulmonary surf...

中国化学会-生物物理化学专业委员会第四届全国生物物理化学会议

作者：岳同涛黄方徐燕中国石油大学(华东)生物工程与技术中心

Carbon nanoparticles(CNPs), such as graphene nanosheets(GNs), carbon nanotubes(CNTs) and carbon nanospheres(CNSs), have displayed extraordinary mechanical, electrical and thermal properties. They accordingly have potential applications in diverse fields from energy conservation to disease therapy. In parallel, there is a general biosafety concern for human exposure of CNPs. Since human lung is easily accessible for CNPs, the increasing exposure of CNPs is putting human lungs at high risk. During respiration, inhaled CNPs are first captured by the pulmonary surfactant(PS) and disrupt its ultrastructure and mechanical property. With the aid of computer simulation techniques, we have investigated the interaction between PS and CNPs. For GNs, their pulmonary adsorption was found to rigidify the PS and thus inhibit its mechanical function. The internalization is generally accomplished via PS shape transformation and GN self-rotation. For CNTs, five different interaction pathways were identified by varying the aspect ratio. They are vertical insertion, horizontal translocation, lipid extraction, vesicle encapsulation and endocytic internalization. Each pathway displays unique behavior for PS perturbation. For CNSs, their aggregation in PS was found to be size dependent and mediated by lipid extractions. Future studies will be carried out by combining simulations and in vitro experiments to thoroughly understand the inhalation toxicity of more general nanoparticles. We hope that our studies can provide guidelines for developing effective strategies against the adverse effects of inhaled CNPs.

关键词： carbon nanoparticles inhalation toxicity pulmonary surfactant computer simulation

Ultrastructure perturbation of pulmonary surfactant monolayers by inhaled single-walled carbon nanotubes with defined aspect ratio and surface pattern: internalization pathways

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Ultrastructure perturbation of pulmonary surfactant monolaye...

中国化学会-生物物理化学专业委员会第四届全国生物物理化学会议

作者：徐燕岳同涛黄方 China University of petroleum

Single-walled carbon nanotubes(SWCNTs) are widely used in different areas especially the field of biomedicine as drug vehicles. However, large scale production and various applications of SWCNTs have raised health and environmental concerns. As the entrance of inhaled nanoparticles, the lung establishes a significant barrier: pulmonary surfactant monolayer(PSM) to protect the respiratory system. Here, we have applied molecular dynamics simulations to probe how the shape and surface property of SWCNTs modulate their interaction with PSM. For pristine SWCNTs, they can insert into or be wrapped by PSM, depending on their aspect ratio. The final entry angle is determined by competition between speed of tube rotation and that of PSM invagination. For hydrophilic tubes, they directly translocate across the PSM. The random entry angle determined the perturbation of PSM. Patterned SWCNTs with stripy modification or random modification regulate frustration of PSM. Lipids would adjust their configuration spontaneously to accommodate the hydrophobicity mismatch. Comparatively, patterned SWCNTs with wider stripe may facilitate their translocation with minimized PSM frustration. This work may answer questions about inhalation toxicity of SWCNTs and the design of functionalized SWCNTs for biomedical applications.

关键词： single-walled carbon nanotubes pulmonary surfactant monolayer

亲锌聚阴离子交联聚合物薄膜与铜刻蚀协同稳定锌负极

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化学学报 2024年第4期82卷 416-425页

作者：郝再涛赵健飞李慧同李展潘朗李江长安大学材料科学与工程学院西安710061

可充电水系锌基电池具有高容量、高能量密度、低氧化还原电位、低成本、安全性好等优点,被认为是一种可替代的能源存储器件.然而,在镀锌/剥离过程中,锌金属负极不可控的枝晶生长和复杂的副反应极大地降低了库伦效率,其可逆性较差,阻碍... 详细信息

可充电水系锌基电池具有高容量、高能量密度、低氧化还原电位、低成本、安全性好等优点,被认为是一种可替代的能源存储器件.然而,在镀锌/剥离过程中,锌金属负极不可控的枝晶生长和复杂的副反应极大地降低了库伦效率,其可逆性较差,阻碍锌基电池的实际应用.在此,开发了一种简单、可控且有效的方法,首先利用电化学沉积法在锌箔上沉积了一种由聚苯乙烯磺酸钠(PSS)与氯化锌反应得到孔道丰富的聚阴离子交联聚合物薄膜(记为PZ,其中P代表PSS、Z代表ZnCl_(2)),然后再利用置换反应引入亲锌的化学惰性金属铜,得到亲锌聚阴离子交联聚合物与铜刻蚀保护层(记为PZC,其中C代表Cu).PZC@Zn具有丰富的磺酸根官能团促进[Zn(H_(2)O)_(6)]^(2+)脱溶,提高Zn^(2+)界面传输速率,排斥SO_(4)^(2−)与锌负极接触.通过重建铜刻蚀层,铜的高亲锌性促进了沉积动力学,铜的化学惰性抑制了副反应的发生.结果表明,在5 mA•cm^(−2)的高电流密度下,PZC@Zn//PZC@Zn对称电池寿命高达4055 h(比裸锌对称电池提高了31倍),累积电镀容量达到10.14 Ah•cm^(−2),Ti//PZC@Zn半电池库伦效率(CE)为98.28%,可以实现稳定且可逆的镀锌/剥离.YP-50F//PZC@Zn锌离子混合超级电容器在2 A•g^(−1)下稳定循环15000次,放电比容量高达82.35 mAh•g^(−1).α-MnO_(2)//PZC@Zn水系锌离子电池在1 A•g^(−1)下循环2000次后放电比容量高达103.57 mAh•g^(−1),CE为99.58%.这项工作为设计先进的无枝晶锌金属负极提供了一种新方法.

关键词：电化学沉积薄膜铜刻蚀脱溶无枝晶锌负极

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基于集成法布里-珀罗微腔阵列的16通道快照式多光谱成像

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物理学报 2024年第7期73卷 199-208页

作者：方靖岳文之豪朱海碧涛李欣幸邓联文中南大学电子信息学院长沙410083 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所苏州215123

通过将窄带法布里-珀罗微腔阵列与可见光探测器焦平面阵列粘贴集成,展示了一种微小紧凑型多光谱成像探测器.通过四次分形组合蚀刻工艺,先在石英基底上获得了以4×4为基本重复单元、共计2048像素×2048像素的微腔滤光阵列;再与探测器芯... 详细信息

通过将窄带法布里-珀罗微腔阵列与可见光探测器焦平面阵列粘贴集成,展示了一种微小紧凑型多光谱成像探测器.通过四次分形组合蚀刻工艺,先在石英基底上获得了以4×4为基本重复单元、共计2048像素×2048像素的微腔滤光阵列;再与探测器芯片贴合后形成了微小型多光谱成像探测器.微区光谱检测表明,微腔阵列样品的响应光谱峰值在520—680 nm之间变化,半峰处的全宽小于10 nm,透过率约70%.可调谐波长单色光合作光源检测表明,该多光谱成像探测器具有16个不同的窄带响应谱;利用光谱通道能清晰分辨目标特征光谱;通过光谱通道图像相减,能有效消除视野中背景,提高目标对比度.它有望应用于皮肤表面观测等辅助诊断,以及逆光条件下目标观测的高动态范围成像等.

关键词：微腔快照式多光谱成像探测器

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Molecular Modeling of Interplay between Nanoparticle Wrapping and Clustering of Inner Anchored Membrane Proteins

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Molecular Modeling of Interplay between Nanoparticle Wrappin...

中国化学会-生物物理化学专业委员会第四届全国生物物理化...

作者：李世新岳同涛黄方中国石油大学(华东)

The receptor mediated endocytosis of nanoparticles（NPs） is known to be size and shape dependent but regulated by membrane properties, like tension, rigidity and especially membrane proteins. Compared with transmembrane receptors which directly bind ligands to provide the driving force for passive endocytosis, the hidden role of inner anchored membrane proteins（IAMPs）, however, has been grossly neglected. Here, by applying the N-varied dissipative particle dynamics（DPD） techniques, we present the first simulation study on the interplay between wrapping of NPs and clustering of IAMPs. Our results suggest that the wrapping dynamics of NPs can be regulated by clustering of IAMPs, but in a competitive way. In the early stage, the dispersed IAMPs rigidifies the membrane and thus restrains NP wrapping by increasing the membrane bending energy. However, once the clustering completes, the rigidifying effect is reduced. Interestingly, the clustering of longer IAMPs can sense NP wrapping. They are found to preferentially locate at the boundary region of NP wrapping. More importantly, a late membrane monolayer protrusion is initiated by adjacent IAMP clustering and gradually wraps the NP from the top side. Our findings regarding the competitive effects of IAMP clustering on NP wrapping facilitate the molecular understanding of endocytosis and establish fundamental principles for design of NPs for widespread biomedical applications.

关键词： Molecular Modeling Interplay Nanoparticle Wrapping Anchored Membrane Protein