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物理学报 2021年第9期70卷 349-359页

作者：李倩昀白婧唐国宁广西师范大学物理科学与技术学院桂林541004

心脏出现电螺旋波和时空混沌会导致心律失常,心肌细胞与成纤维细胞电耦合(M-F耦合)导致心肌组织结构改变也会引起心律失常,如何消除由螺旋波、时空混沌导致的心律失常是科学工作者十分关注的问题.本文构造了由心肌细胞和成纤维细胞组成... 详细信息

心脏出现电螺旋波和时空混沌会导致心律失常,心肌细胞与成纤维细胞电耦合(M-F耦合)导致心肌组织结构改变也会引起心律失常,如何消除由螺旋波、时空混沌导致的心律失常是科学工作者十分关注的问题.本文构造了由心肌细胞和成纤维细胞组成的双层复合介质,采用Luo-Rudy相I心脏模型及被动成纤维细胞模型研究了M-F耦合对螺旋波形成的影响,以及螺旋波和时空混沌的控制,提出用提高细胞之间的耦合强度来控制复合介质中的螺旋波和时空混沌,数值模拟结果表明:M-F耦合对螺旋波动力学有重要影响,随着成纤维细胞密度的增加, M-F耦合会导致螺旋波漫游和破碎成时空混沌,甚至会产生从时空混沌(或螺旋波)到无波的相变.通过提高细胞之间耦合强度来消除复合介质中的螺旋波和时空混沌,只在大部分情况下有效,依赖于成纤维细胞所起的作用.当成纤维细胞起到电流吸收器的作用时,虽然大部分情况下可以通过提高细胞之间耦合强度来消除螺旋波和时空混沌,但是可控区较小.当成纤维细胞起到电流源的作用时,提高细胞之间耦合强度使之超过临界值基本都可以有效控制螺旋波和时空混沌,且可控区比前者大为增加,提高控制效果的关键是提高心肌细胞之间的耦合强度.

关键词：螺旋波时空混沌心肌细胞与成纤维细胞电耦合控制

Hindmarsh-Rose神经元阵列自发产生螺旋波的研究

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物理学报 2018年第3期67卷 33-41页

作者：汪芃李倩昀唐国宁广西师范大学物理科学与技术学院桂林541004

采用Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型,研究了二维神经元阵列系统从一个具有随机相位分布的初态演化最终是否能自发产生螺旋波的问题.数值结果表明:系统是否出现螺旋波与单个HR神经元的状态、系统的初态和耦合强度有关,其中单个HR神经元的... 详细信息

采用Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型,研究了二维神经元阵列系统从一个具有随机相位分布的初态演化最终是否能自发产生螺旋波的问题.数值结果表明:系统是否出现螺旋波与单个HR神经元的状态、系统的初态和耦合强度有关,其中单个HR神经元的振荡状态起主要作用.当单个HR神经元处于一周期振荡态时,在一定的耦合强度范围内系统都会自发出现多个螺旋波和螺旋波对,出现螺旋波与系统初态无关,只要适当选择耦合强度,在系统中可以出现单个螺旋波.当耦合强度超过某一阈值后,继续增加耦合强度,系统会呈现三种不同的动力学行为,分别与三类初态有关.系统从第一类初态演化将偶尔出现单个螺旋波,系统从第二类和第三类初态演化将分别出现间歇性全局同步振荡和振荡死亡.当单个神经元处于二周期态时,只有当系统神经元的初相位比较均匀分布时,系统才能自发出现螺旋波,而且出现螺旋波的耦合强度范围大为减少.当神经元处于更高的周期态时,系统一般不容易自发出现螺旋波.这些结果有助于人们了解大脑皮层自发产生螺旋波的机制.

关键词：螺旋波 Hindmarsh-Rose神经元振荡

通过抑制波头旋转消除心脏中的螺旋波和时空混沌

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物理学报 2018年第24期67卷 252-261页

作者：李倩昀黄志精唐国宁广西师范大学物理科学与技术学院桂林541004

本文采用Luo-Rudy相I模型研究如何通过调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌,提出了这样的钠电流调控方案:当细胞将被激发时启动钠电流调节,若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值,就让钠电流... 详细信息

本文采用Luo-Rudy相I模型研究如何通过调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌,提出了这样的钠电流调控方案:当细胞将被激发时启动钠电流调节,若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值,就让钠电流等于钠电流控制阈值,其他情况下则限制钠电流的绝对值不能高于一个给定的最大值;当膜电位上升超过-5 mV时,让钠电流自然演化.这种调节钠电流的方式保证了所有细胞几乎具有相同的钠电流幅值,从而使所有细胞具有相同的激发性,数值模拟结果表明,只要钠电流控制阈值达到一定临界值,就可以有效抑制螺旋波波头的旋转,导致螺旋波运动出系统边界而消失,以及时空混沌演化为螺旋波后消失,如果钠电流控制阈值足够大,螺旋波和时空混沌还可通过传导障碍而消失.这些结果能够为抗心律失常治疗提供新的思路.

关键词：螺旋波时空混沌钠电流控制

在具有排斥耦合的神经元网络中有序斑图的熵测量

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物理学报 2019年第11期68卷 57-66页

作者：黄志精李倩昀白婧唐国宁广西师范大学物理科学与技术学院

脑神经网络在一定条件下可以自发出现行波、驻波、螺旋波,这些有序时空斑图的出现往往与某种神经疾病有关,但是其产生的机制尚未完全清楚,如何定量描述这些时空斑图的性质仍需要探索,为了解决这些问题,本文采用Hindmarsh-Rose神经元模... 详细信息

脑神经网络在一定条件下可以自发出现行波、驻波、螺旋波,这些有序时空斑图的出现往往与某种神经疾病有关,但是其产生的机制尚未完全清楚,如何定量描述这些时空斑图的性质仍需要探索,为了解决这些问题,本文采用Hindmarsh-Rose神经元模型研究了具有排斥耦合的二维双耦合层神经元网络从混沌初相位开始演化的动力学行为,并用改进的集团熵来描述神经元网络的时空斑图.数值模拟结果表明:排斥耦合既可以促进有序斑图的形成,也可以抑制有序斑图的形成.适当选择排斥和兴奋性耦合强度,排斥耦合可导致单螺旋波、多螺旋波、行波、螺旋波和靶波与其他态共存、行波与驻波共存等有序斑图出现,螺旋波、行波出现概率分别达到0.4555和0.1667.靶波与其他态共存和行波与驻波共存出现概率分别达到0.0389和0.1056,我们提出的集团熵可以较好区分这些有序斑图和混沌态.当排斥耦合强度足够大时,网络一般处于混沌态.当网络处于弱耦合状态时,通过计算集团熵发现网络可以出现很大集团,这些结果有助于理解在实验中观察到的现象,从而能为神经疾病治疗提供帮助.

关键词：螺旋波驻波 Hindmarsh-Rose神经元排斥耦合

在兴奋-抑制混沌神经元网络中有序波的自发形成

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物理学报 2018年第17期67卷 57-64页

作者：汪芃李倩昀黄志精唐国宁广西师范大学物理科学与技术学院桂林541004

大脑皮层在一定条件下可以自发出现螺旋波和平面波,为了了解这些有序波的产生机制,构造了一个双层的二维神经元网络.该网络由最近邻兴奋性耦合和长程抑制性耦合层组成,采用修改后的Hindmarsh-Rose神经元模型研究了该混沌神经元网络从具... 详细信息

大脑皮层在一定条件下可以自发出现螺旋波和平面波,为了了解这些有序波的产生机制,构造了一个双层的二维神经元网络.该网络由最近邻兴奋性耦合和长程抑制性耦合层组成,采用修改后的Hindmarsh-Rose神经元模型研究了该混沌神经元网络从具有随机相位分布的初态演化是否能自发出现各种有序波.数值模拟结果表明:当抑制性耦合强度比较小时,系统一般不会自发出现有序波;在兴奋性耦合强度足够大的情况下,抑制性耦合强度越大,系统越容易产生有序波.系统出现不同的有序波与系统初态和耦合强度有密切关系,适当选择兴奋性和抑制性耦合的耦合强度,系统会自发出现迷宫斑图、平面波、单螺旋波、多螺旋波、旋转方向相反的螺旋波对、双臂螺旋波、靶波、向内方形波等有序波斑图.螺旋波、迷宫斑图和内向方形波出现概率分别达到27.5%, 21.5%和10.0%,这里的迷宫斑图是由不同传播方向的许多平面波组成,其他有序波出现概率比较小.研究结果有助于理解发生在大脑皮层中的自组织现象.

关键词：螺旋波迷宫斑图 Hindmarsh-Rose神经元抑制性耦合

基于L-R心脏模型的二维螺旋波与时空混沌的控制

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基于L-R心脏模型的二维螺旋波与时空混沌的控制

作者：李倩昀广西师范大学

学位级别：硕士

心脏组织主要由心肌细胞和成纤维细胞组成,衰老以及心肌缺血、心力衰竭等病理状态可导致细胞死亡、成纤维细胞增殖和心肌细胞与成纤维细胞的电耦合(M-F耦合),M-F耦合和心脏出现螺旋波电信号都会致心律失常,当螺旋波破碎成时空混沌时,还... 详细信息

心脏组织主要由心肌细胞和成纤维细胞组成,衰老以及心肌缺血、心力衰竭等病理状态可导致细胞死亡、成纤维细胞增殖和心肌细胞与成纤维细胞的电耦合(M-F耦合),M-F耦合和心脏出现螺旋波电信号都会致心律失常,当螺旋波破碎成时空混沌时,还会导致心室纤维性颤动,这是一种危及生命的心律失常,如何有效地控制心律失常以及心脏中的螺旋波和时空混沌是科学家一直在关注的问题。本文主要采用Luo-Rudy相Ⅰ心脏模型和被动成纤维细胞模型,研究了心脏中螺旋波和时空混沌的控制,以及M-F耦合对螺旋波的形成和控制效果的影响,所得结果为心脏病的治疗提供了新思路。本文的内容安排为:第一章为综述部分,我们简单介绍了螺旋波存在的普遍性、几种反应扩散系统、两个心脏模型、螺旋波和时空混沌的控制方法等内容。第二章介绍了我们的第一个研究工作。我们采用Luo-Rudy相Ⅰ模型研究如何调控心肌细胞钠电流变化来控制心脏中的螺旋波和时空混沌,我们提出了这样的钠电流调控方案:规定一个钠电流控制阈值,当细胞将被激发时启动钠电流调控,若由模型方程得到的钠电流的绝对值小于钠电流控制阈值的绝对值,就让钠电流等于钠电流控制阈值,其它情况下则限制钠电流的绝对值不能高于一个设定的最大值;当膜电位上升超过-5mV时,让钠电流自然演化。这种调节钠电流方式保证了所有细胞几乎具有相同的钠电流幅值,从而使所有细胞具有相同的激发性,数值模拟结果表明:只要钠电流控制阈值达到一定临界值,就可以有效抑制螺旋波波头的旋转,导致螺旋波运动出系统边界消失以及时空混沌演化为螺旋波后消失,如果钠电流控制阈值的大小足够大,螺旋波和时空混沌还可通过传导障碍消失。第三章介绍了我们的第二个研究工作。我们采用心脏Luo-Rudy相Ⅰ模型和被动成纤维细胞模型研究了M-F耦合对螺旋波形成的影响,以及在由心肌细胞和成纤维细胞组成的双层复合介质中螺旋波和时空混沌的控制,我们提出用提高细胞之间的耦合强度方案来控制螺旋波和时空混沌,数值模拟结果表明:随着成纤维细胞密度的增加,M-F耦合会导致螺旋波漫游和螺旋波破碎成时空混沌,甚至产生从时空混沌(或螺旋波)到无波的相变,因为M-F耦合会降低介质激发性。通过提高细胞之间耦合强度消除复合介质中的螺旋波和时空混沌只在大部分情况下有效,依赖于成纤维细胞所起的作用,而且控制效果存在反常情况,即相邻的初态,控制效果却有很大不同。当成纤维细胞起到电流吸收器的作用时,有些情况下无法通过提高细胞之间耦合强度消除螺旋波和时空混沌,大部分情况下,通过提高细胞之间耦合强度使之超过临界值,就可以消除螺旋波和时空混沌,但是可控区较小,提高心肌细胞之间耦合强度是控制螺旋波和时空混沌控制的关键因素。当成纤维细胞起到电流源的作用时,提高细胞之间耦合强度使之超过临界值都可以有效控制螺旋波和时空混沌,可控区比前者大为增加。螺旋波和时空混沌的消失方式有两种,一是通过传导障碍直接消失,二是通过将被控制的初态转变成靶波或新螺旋波后消失。第4章是总结和展望。

关键词： L-R心脏模型螺旋波时空混沌成纤维细胞钠电流控制

拟南芥叶绿素荧光衰减基因定位克隆与功能初探

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拟南芥叶绿素荧光衰减基因定位克隆与功能初探

作者：李倩昀河南大学

学位级别：硕士

植物的衰老是被植物内部诸多因素所控制,并与所受外部因素影响相结合的一种渐行性衰退过程。衰老机制的探索,可以提高景观植物的观赏价值和作物的产量品质,对保护濒危物种和有文物价值的名木古树也有一定的作用,所以说,衰老机制的研究,... 详细信息

植物的衰老是被植物内部诸多因素所控制,并与所受外部因素影响相结合的一种渐行性衰退过程。衰老机制的探索,可以提高景观植物的观赏价值和作物的产量品质,对保护濒危物种和有文物价值的名木古树也有一定的作用,所以说,衰老机制的研究,不仅具有重要的发育生物学意义,而且具有一定的社会和经济效益。叶是主要的光合器官,积累有大量的营养,对光合阶段积累的营养物质选择再利用,对植物的健康至关重要。衰老叶片的细胞结构改变中显著特点就是细胞内细胞器的瓦解,最早的结构变化是叶绿体中基粒结构及含量的改变。叶绿素荧光是叶绿素分子从激发态变回基态过程中释放的荧光。叶绿体中基粒结构和含量的改变或者任何光合作用的异常,都会造成叶绿素荧光参数的改变。由于衰老叶片中最早的结构改变出现在基粒,所以,以叶绿素荧光参数为指标,可以筛选潜在的衰老相关突变体。本实验室设计以下实验,通过EMS化学诱变拟南芥Col-0的野生型,构建足够量的突变体库,将突变体正常培养,在萌发10 d和25 d的时候,通过叶绿素荧光快速成像系统对突变体进行检测,筛选得到叶绿素荧光参数Fv/Fm有异常的突变体。本实验以其中一株叶绿素荧光参数Fv/Fm衰减且可以稳定遗传的突变体E61为实验材料,经两轮的“回交--自交--筛选”,获得背景纯净的突变体E61,后续遗传分析确定E61突变体为单基因隐形突变,运用定位克隆技术定位该突变基因在一号染色体下游SSLP分子标记T9L24附近,通过DNA测序得到了该突变基因为AT1G73470,该基因的413位碱基由G诱变为A,编码的氨基酸由精氨酸(CGC)变为了组氨酸(CAC)。成功克隆该突变基因以后,构建该基因的回补、超表达、组织定位及亚细胞定位载体,通过农杆菌花序浸染获得相应的拟南芥转基因植株。经过回补实验进行验证,发现突变体的叶绿素荧光参数Fv/Fm衰减的表型,确实是由AT1G73470基因的突变造成的。通过GUS染料对材料进行组织定位,结果表明,该基因在拟南芥生长期的叶片中进行表达,在根、花以及衰老的叶片中均无表达。构建的目的基因与GFP融合表达载体,通过瞬转,转入拟南芥叶肉细胞的原生质体中,通过激光共聚焦电子显微镜观察,可见目的蛋白和GFP的融合蛋白以散点状均匀分布在叶肉细胞内;用线粒体黄色荧光染料对上述原生质体进行染色,发现目的基因的绿色荧光与线粒体的黄色荧光并未重合,该基因并非在线粒体上表达,具体的亚细胞定位还需进一步确定。在生理生化方面,发现E61种子的萌发对ABA具有一定的耐受性,E61的长势较WT缓慢,花期、衰老都迟于WT,生长周期长于WT;E61的叶绿素含量高于WT,可溶性糖略低于WT,MDA含量略高于WT,暗处理诱导衰老发现E61的叶绿素降解速度要快于WT。综上,突变体E61的叶绿素荧光衰减表型是由基因AT1G73470突变造成的,该基因参与了植物叶绿素讲解过程,影响了植物的开花、衰老等生长过程。

关键词：拟南芥叶绿素荧光衰老定位克隆

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用晚钠电流终止心脏中的螺旋波和时空混沌

物理学报 2017年第13期66卷 247-254页

作者：王小艳汪芃李倩昀唐国宁广西师范大学物理科学与技术学院桂林541004

采用人类心脏模型研究了用晚钠电流控制二维心脏组织中的螺旋波和时空混沌,我们提出这样的控制策略来产生晚钠电流:让慢失活门变量j始终等于0.7,同时实时调节钠电流的快失活门变量h的阈值电压V_I,即先让阈值电压V_I经过T_1时间从71.55 m... 详细信息

采用人类心脏模型研究了用晚钠电流控制二维心脏组织中的螺旋波和时空混沌,我们提出这样的控制策略来产生晚钠电流:让慢失活门变量j始终等于0.7,同时实时调节钠电流的快失活门变量h的阈值电压V_I,即先让阈值电压V_I经过T_1时间从71.55 mV均匀减少到50.55 mV,然后经过T_2时间再从50.55 mV均匀增加到71.55 mV,当阈值电压V_I回到71.55 mV,钠电流的快、慢失活门变量恢复正常变化.数值模拟结果表明:只要适当选择控制时间,不论心肌细胞是否存在自发的晚钠电流,控制产生的晚钠电流都可以有效抑制螺旋波和时空混沌,而且需要的晚钠电流都很小,且控制时间都很短,因为螺旋波和时空混沌消失主要是通过传导障碍消失,少数情况下时空混沌是通过转变为靶波消失.我们希望这种控制方法能为室颤控制提供新的思路.

关键词：螺旋波时空混沌晚钠电流控制

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镍钴复合材料在超级电容器中的制备及其应用

镍钴复合材料在超级电容器中的制备及其应用

作者：徐李倩昀武汉理工大学

学位级别：硕士

随着社会的飞速发展,环境问题与能源危机日益突。开发风能、水能、生物质能等清洁、可再生能源的解决当前环境和能源问题的迫切需要。然而,大多数可再生能源在一定程度上具有“间歇性”。以风能为例,“有风有电,无风无电”,电源的功率... 详细信息

随着社会的飞速发展,环境问题与能源危机日益突。开发风能、水能、生物质能等清洁、可再生能源的解决当前环境和能源问题的迫切需要。然而,大多数可再生能源在一定程度上具有“间歇性”。以风能为例,“有风有电,无风无电”,电源的功率输出会随着外界环境的变化而发生涨落。可再生能源的“间歇性”无法满足对电网的供求平衡,会对电网造成冲击,而电网能否承受这样的冲击,是可再生能源并网连接之前必须解决的问题。这就需要兼容能源存储技术。超级电容器是一种介于传统电容器和充放电电池之间的新型储能装置,由于具有瞬时大功率充放电特性,在交通运输、工业控制、风光发电等领域有着广泛的发展和应用。然而,与各类电池相比,超级电容器较低的能量密度是其发展和应用的瓶颈之一。根据能量密度公式,超级电容器电极材料自身的容量是决定能量密度的因素之一。因此,电极材料的开发和结构的设计是实现高性能储能装置的关键。过渡金属镍钴氧化物/氢氧化物因具有超高的理论容量成为了当前电极材料的热门选择。然而,速率能力差、电导率低等缺点阻碍了镍钴材料的广泛应用。针对镍钴活性材料的特点,我们从以下几个角度考虑合适的修饰方法对镍钴材料改性:(1)引入的导电骨架,如碳材料或其他金属材料;(2)引入具有良好机械性能的结构框架,控制材料的纳米尺寸、提高电极稳定性、抑制活性物质团聚;(3)多金属化合物的协同作用能使材料电化学性能有更好的突破。基于上述观点,本文以镍钴活性材料为研究对象,分别以碳纳米纤维和铜网为骨架对镍钴活性材料进行改性。本文中主要研究内容包括:(1)NiCO2O4-C@Ni(OH)2核壳分层纳米纤维材料的构建极其性能的研究。静电纺丝和热处理方法制备钴酸镍纳米晶嵌入的碳纳米纤维一维骨架,并通过后续的化学浴沉积,在外层垂直生长超薄的氢氧化镍纳米片。该材料在尺寸和形态上具有极好的均匀性,碳纤维导电骨架有利于电子传输,而钴酸镍纳米晶体的嵌入为氢氧化镍纳米片的生长提供了有利的平台。该材料为正极制备非对称水性超级电容器,在323 W kg-1功率密度下能量密度可达48 Wh kg-1。复合材料优良的性能说明了本实验的优化方法能有效开发镍钴活性物质的潜力,为实现高性能镍钴复合电极材料的设计提供了一个很好的范例。(2)Cu@Cu(OH)2@NiCoCu三元碳酸氢盐的构建极其性能的研究。以铜网为导电基底,通过化学刻蚀和热水浴方法合成了以氢氧化铜为骨架和牺牲模板的镍钴铜三金属复合材料。与传统的提高电极材料性能方法不同的是,我们偶然发现了一种简单的通过电化学处理的优化电极材料的方法。经过简单的电化学处理后,该复合材料的比电容几乎是原来的13倍,在2 mA cm-2下,材料比电容可达到6.13 F cm-2。该项工作以铜网上生长的氢氧化铜纳米棒为骨架负载镍钴铜三元活性材料,复合材料优越的电化学性能为实现高性能超级电容器提供了另一种可能。同时,电化学修饰方法的提出也为在导电基底(铜)上设计无粘结电极提供了一种新颖、创新而又简便的方法。

关键词：镍钴基材料超级电容器电极材料碳复合材料铜复合材料