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超声振动辅助抛光单晶硅的分子动力学模拟与实验研究

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超声振动辅助抛光单晶硅的分子动力学模拟与实验研究

作者：李鹏祥东北大学

学位级别：硕士

随着现代科学和技术在微电子学、精密光学等领域中快速发展进步以及云计算、大数据和物联网等产业的快速兴起,具有特殊性能的单晶硅零件需求与日俱增。集成电路中的单晶硅衬底要求晶体完整、高质量、高精度、表面超光滑;强光光学系统中... 详细信息

随着现代科学和技术在微电子学、精密光学等领域中快速发展进步以及云计算、大数据和物联网等产业的快速兴起,具有特殊性能的单晶硅零件需求与日俱增。集成电路中的单晶硅衬底要求晶体完整、高质量、高精度、表面超光滑;强光光学系统中也常用单晶硅来做质量要求高、外观呈镜面或超镜面效果的光学元件。化学机械抛光(CMP)技术是目前最广泛应用的单晶硅片平坦化工艺,但是CMP仍然存在去除率低、高污染、机理不明确等许多问题,目前迫切需求开发高精度、高效率、低成本和无污染或低污染并且适用大多数脆硬材料的抛光新技术。本文基于分子动力学仿真方法,结合化学机械抛光、超声振动抛光等理论,在CMP技术中引入超声振动外部能量场辅助单晶硅抛光,从微观原子和宏观角度来分析研究单晶硅抛光纳米级表面的变化特性和加工机理。研究工作主要对超声振动辅助抛光单晶硅分子动力学模拟和实验研究,有以下几个方面:(1)总结国内外化学机械抛光以及超声振动抛光模型和材料去除机理研究现状,在磨粒磨损模型和原子/分子模型材料去除机理基础上,引出超声振动对单颗磨粒材料去除机理以及侵入理论模型,为开展相关研究构建基础。(2)本文结合分子动力学模拟基本原理方法确定了仿真模拟流程图;选取了模拟真实环境体系的系综、势能函数等,设置边界条件和积分步长等仿真条件;基于Materials Studio(MS)和LAMMPS软件分别构建了 SiO2磨粒和不同晶面单晶硅基体模型,编制in文件模拟程序;对构建的超声振动辅助抛光单晶硅模型,弛豫分析系统势能变化和温度变化,确定弛豫时间和系统平衡条件。(3)借助分子动力学模拟方法,从原子角度探究了超声振动辅助抛光单晶硅过程中的加工变形机理。比较了有、无超声振动条件下CMP和UV-CMP仿真加工工件表面创成、系统势能和切削力变化,分析和揭示了超声振动过程的影响;在相同的条件下研究改变振幅大小、划擦速度和压入深度等因素对表面创成、材料去除、系统势能和切削力的变化规律;在相同抛光条件下,研究了超声振动辅助对单晶硅(100)面、(110)面和(111)面抛光加工的影响。(4)通过实验研究,从宏观角度研究超声振动对抛光单晶硅的影响;借助单因素试验方法研究振幅、转速以及压力对材料去除率以及表面粗糙度的影响规律;借助正交试验方法,对影响抛光结果的因素做了七因素二水平试验,并同时采用极差分析和综合法分析得出最优参数组合。

关键词：超声振动单晶硅分子动力学表面粗糙度材料去除

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花生NAC转录因子在干旱响应中的作用

花生NAC转录因子在干旱响应中的作用

作者：李鹏祥山东师范大学

学位级别：硕士

花生(Arachis hypogaea)作为世界上主要的油料作物和经济作物,在干旱条件下会使花生的产量和品质下降,还会增加被黄曲霉毒素污染的风险。随着全球气候变暖的加剧和花生需求的增加,花生的供需问题日益凸显。因此,通过增强花生的耐旱性来... 详细信息

花生(Arachis hypogaea)作为世界上主要的油料作物和经济作物,在干旱条件下会使花生的产量和品质下降,还会增加被黄曲霉毒素污染的风险。随着全球气候变暖的加剧和花生需求的增加,花生的供需问题日益凸显。因此,通过增强花生的耐旱性来降低干旱对花生产生的不利影响具有十分重要的意义。NAC转录因子(Transcription Factors,TF)是植物中最重要的转录因子之一,其家族成员众多,编码蛋白大多具有一个保守性较高的N端NAC域和高度多样化的C端转录调控域,广泛参与植物的生长、发育以及对生物和非生物胁迫的响应。到目前为止关于栽培花生中NAC家族的系统研究尚未见报道。本研究利用系统发育分析、染色体定位分析、重复事件分析、转录组表达数据分析和qPCR验证分析等对花生中NAC家族基因进行了系统的研究;同时选出AhNAC14、AhNAC20和AhNAC120基因进行表达模式分析和基因功能研究,为花生的耐旱性遗传改良提供参考。主要结果如下:(1)从栽培花生的基因组中鉴定出132个AhNACs,并根据与拟南芥NAC蛋白及其保守基序的系统发生关系将其分为8个亚组(Ⅰ-Ⅷ)。这些基因在所有20条染色体上分布不均,其中存在116对片段重复事件和1对串联重复。转录组分析显示,许多AhNACs基因对干旱和脱落酸(Abscisic Acid,ABA)胁迫有响应,尤其是Ⅳ、ⅣI和Ⅷ组的大多数成员,它们在PEG或ABA处理下的根或叶中被诱导或被抑制表达。此外,通过q RTPCR验证了其中20个AhNACs基因对PEG和ABA处理的响应模式。大部分qRT-PCR的结果与转录组分析的结果一致。(2)AhNAC14、AhNAC20和AhNAC120基因的克隆与序列分析。克隆了AhNAC14、AhNAC20和AhNAC120的CDS,其中AhNAC14的ORF大小为636 bp,编码的氨基酸数目为211个,理论分子量和等电点p I分别为23.46 k Da和9.45,包含2个外显子和1个内含子;AhNAC20的ORF大小为861 bp,编码的氨基酸数目为286个,理论分子量和等电点p I分别为32.83 kDa和8.48,包含2个外显子和1个内含子;AhNAC120的ORF的大小为915 bp,编码的氨基酸数目为304个,理论分子量和等电点p I分别为35.08 k Da和6.42,包含3个外显子和2个内含子。经过预测,这3个基因编码的蛋白都是亲水性蛋白,不存在跨膜结构和信号肽的可能。(3)AhNAC14、AhNAC20和AhNAC120基因表达模式分析。AhNAC14在不同器官中表达量呈现较大的差异,在侧根中表达量最高,茎、主根和花中次之,在幼叶中表达量相对最低。利用20%的PEG6000模拟干旱处理两周龄的花生发现,AhNAC14在处理的24 h内在侧根或主根中整体呈现上升的趋势。利用75μM ABA处理两周龄的花生幼苗发现,AhNAC14在侧根中前8 h内表现为持续性上升,8-10 h之间迅速上升达到表达量的高峰,在24 h后表达开始下降;而在主根中AhNAC14表达量呈现下降的趋势。AhNAC20在不同器官中表达量呈现较大的差异,在花中表达量最高,侧根和功能叶中次之,在茎中表达量相对最低。利用PEG6000处理发现AhNAC20在侧根中0-24 h内表达量持续上升,在24-36 h之间急剧增加,然后表达量开始慢慢下降;主根在PEG6000处理的48 h内一直呈现持续性上升。利用ABA处理发现,AhNAC20在侧根中前6 h内持续性上升,在8-24 h达到表达量的高峰,而后在24 h后开始下降表达;在主根中48 h内AhNAC20表达量呈现下降的趋势。AhNAC120在不同器官中表达量呈现较大的差异,在主根中表达量最高,侧根、茎、功能叶和幼叶中次之,在花中表达量相对最低。PEG6000处理发现AhNAC120在侧根中0-24 h内表达量持续上升,在24-36 h之间急剧增加,然后表达量开始慢慢下降;在主根中AhNAC120的表达量在48 h内一直呈现上升趋势,48 h表达量最高。利用ABA处理发现,AhNAC120在侧根中前10 h内表达上升,在10-24 h之间达到表达量的高峰然后开始下降表达;在主根中48 h内AhNAC120表达量呈现下降的趋势。(4)候选AhNACs基因转录因子特性分析。酵母转录激活分析表明,AhNAC14没有转录激活活性,AhNAC20和AhNAC120有转录激活活性并且它们的转录激活域位于蛋白的C端。AhNAC14和AhNAC20定位于细胞核和细胞质中,AhNAC120定位于细胞核中。(5)候选AhNACs基因功能分析。已构建AhNAC14、AhNAC20和AhNAC120基因植物过量表达载体。

关键词：花生 NAC转录因子家族干旱响应表达模式分析基因功能

空肠弯曲菌诱导鸡防御肽的表达及芽孢杆菌对其定植的影响研究

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空肠弯曲菌诱导鸡防御肽的表达及芽孢杆菌对其定植的影响研究

作者：李鹏祥青海大学

学位级别：硕士

空肠弯曲菌被认为是全球食源性细菌性肠胃炎的主要病因。鸡是空肠弯曲菌的主要宿主。禽类对空肠弯曲菌的先天免疫反应仍不明确。宿主防御肽(HDPs)是禽类先天免疫系统的主要成分。空肠弯曲菌感染诱导鸡中HDPs的表达,然而,对禽HDPs与空肠... 详细信息

空肠弯曲菌被认为是全球食源性细菌性肠胃炎的主要病因。鸡是空肠弯曲菌的主要宿主。禽类对空肠弯曲菌的先天免疫反应仍不明确。宿主防御肽(HDPs)是禽类先天免疫系统的主要成分。空肠弯曲菌感染诱导鸡中HDPs的表达,然而,对禽HDPs与空肠弯曲菌定植的相互作用研究较少。本研究通过qRT-PCR探究体内外空肠弯曲菌诱导宿主防御肽的动态表达。在鸡巨噬细胞HD11中,AvBD1-2、CATH1-3、AvBD7、AvBD4和AvBD6等HDPs在未处理的细胞中表达量相对较高,而空肠弯曲菌感染后表达量受到抑制。然而,空肠弯曲菌感染造成HD11细胞中低表达水平的AvBD3、AvBD5、AvBD8-14和CATHB1等HDPs的表达量显著增加。在鸡感染实验中,分别于感染后1、3、15天取空肠弯曲菌感染组与空白组鸡脾脏和盲肠扁桃体。空肠弯曲菌感染鸡的脾脏中,只有AvBD14的表达量在感染1天时升高,大多数HPDs在感染3天时显著上调,在感染15天时明显降低至未感染对照组水平;在鸡盲肠扁桃体中,只有AvBD9和AvBD14在感染1天时表达量显著上调。综上所述,空肠弯曲菌的感染诱导了鸡巨噬细胞和免疫组织中禽HPDs的动态表达。抑制禽类HPDs的表达,可能是空肠弯曲菌逃避鸡免疫系统在鸡肠道中持续定植的一种策略。家禽弯曲菌防控一直是食源性污染的难题,目前家禽生产中尚未报道有切实可行的防控措施。本研究选用两株芽孢杆菌,在体外通过牛津杯法测定芽孢杆菌对弯曲菌的抑菌效果;在体内通过灌喂芽孢杆菌来研究其对空肠弯曲菌在鸡体内定植的影响。结果显示:在体外培养条件下,两株芽孢杆菌均表现出广谱抗菌活性,对不同宿主源弯曲菌的生长具有显著抑制效果。体内试验显示,灌喂芽孢杆菌组鸡生长性能、免疫器官发育均优于对照组,同时对弯曲菌的定植具有显著抑制作用。肠道微生物菌群测定结果显示,两株芽孢杆菌对回肠微生物菌群无显著影响,弯曲菌感染后,盲肠内容物菌群门水平上变形菌门丰度升高,而灌喂两株芽孢杆菌降低变形菌门的丰度,在属水平上Bacillus CAU21可以降低弯曲菌属的菌群丰度。研究结果显示本试验使用的芽孢杆菌对空肠弯曲菌在鸡肠道内定植具有显著抑制效果,具有发展成为家禽弯曲菌感染防控产品的潜力。

关键词：空肠弯曲菌芽孢杆菌宿主防御肽肠道菌群生长性能

钴(Ⅱ)催化脱羧的C-H键活化/环化反应：异喹啉酮和异吲哚啉酮的选择性合成

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钴(Ⅱ)催化脱羧的C-H键活化/环化反应：异喹啉酮和异吲哚啉酮的...

作者：李鹏祥郑州大学

学位级别：硕士

异喹啉酮和异吲哚啉酮作为天然产物和药物的重要骨架结构,其合成备受关注。然而异喹啉酮和异吲哚啉酮的制备往往需要不同的起始原料和合成路径,操作繁琐,经济性差。因此,使用同种原料完成这两类杂环的制备成为重要的研究方向。近年来,... 详细信息

异喹啉酮和异吲哚啉酮作为天然产物和药物的重要骨架结构,其合成备受关注。然而异喹啉酮和异吲哚啉酮的制备往往需要不同的起始原料和合成路径,操作繁琐,经济性差。因此,使用同种原料完成这两类杂环的制备成为重要的研究方向。近年来,过渡金属催化的碳氢键官能团化反应有了长足的发展,为实现此反应提供了可能的途径。本文以2-氨基吡啶氮氧为N,O-双齿导向基,在廉价醋酸钴的催化下,首次实现了未活化芳环与炔酸的脱羧交叉偶联反应。通过简单改变反应条件,可选择性地生成异喹啉酮和异吲哚啉酮类化合物。以催化量的氧化银为共催化剂,空气中的氧气为氧化剂,三氟乙醇为反应溶剂,在温和的条件下以很好的区域选择性和较高的收率得到异喹啉酮类化合物。通过改变反应溶剂,以化学计量的氧化银为氧化剂,N,N-二甲基甲酰胺为反应溶剂可以得到异吲哚啉酮类化合物。此外,还通过一系列控制实验对反应机理进行了研究。

关键词：钴脱羧 C-H键活化异喹啉酮异吲哚啉酮

中药提取物及微生物发酵提取物对人参病害抑菌效果的研究

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中药提取物及微生物发酵提取物对人参病害抑菌效果的研究

作者：李鹏祥吉林农业大学

学位级别：硕士

在人参的种植过程中,人参病原菌很容易感染到人参使人参患病从而影响到人参的质量和产量。每年因此所造成的经济损失巨大,这使得如何保证人参的正常生长过程中尽量减少病害的侵袭,成为多年来人参种植人员和科研人员研究的重点。施用传... 详细信息

在人参的种植过程中,人参病原菌很容易感染到人参使人参患病从而影响到人参的质量和产量。每年因此所造成的经济损失巨大,这使得如何保证人参的正常生长过程中尽量减少病害的侵袭,成为多年来人参种植人员和科研人员研究的重点。施用传统的化学农药虽然能够起到很好的预防和抑制作用,但是,随着对化学农药认识的加深,以及其在长期使用的过程中暴露出的危害性,化学农药必然会被对身体健康和环境影响小的生物农药所取代。本文针对此现状,从植物源和微生物源抑菌剂两方面入手,筛选出对人参病原菌有抑制作用的中药和菌类,进行初步研究。 1.从吉林省人参种植南区采回的土样中,共分离得到113株菌,真菌23株,细菌66株,放线菌24株,其中细菌PFD2对人参黑斑和灰霉病原菌有良好的抑制效果,故将此细菌作为重点研究对象,进行深入的研究。从形态学鉴定只能鉴定出菌株PFD2为芽孢杆菌属,无法精确的确定出其分类地位。采用16SrDNA序列分析的方法进行鉴定,显示出其与多粘芽孢杆菌有极高的相似性,并最终确定该菌株为多粘芽孢杆菌,命名为JL2011。对分离获得的菌株PFD2进行液体发酵条件优化及发酵培养基的筛选。首先,利用单因素试验确定出最佳碳源为葡萄糖,最佳氮源为蛋白胨。通过正交试验对各种营养物质的添加量进行对比试验,确定出菌株PFD2最佳发酵条件及培养基组成：葡萄糖2%,蛋白胨0.3%,0.5%NaCl,最适培养温度为28℃,培养天数为2天,pH值为6,装液量为100mL/250mL,接种量为100mL接种4mL种子液,转速140r/min。 2.选用甘草、蛇床子、车前子、藿香、葛根、肉桂6种中药的乙醇和水提取液,采用菌丝生长法对人参灰霉病菌、人参锈腐病菌、人参黑霉病菌和人参菌核病菌,进行了抑菌活性的筛选,筛选结果为甘草、肉桂80%乙醇提取物的抑菌效果明显,其中肉桂提取液抑菌效果最强,对人参锈腐病菌,人参黑斑病菌抑菌效果达到100%,对灰霉病原菌和菌核病原菌抑制效果稍显逊色。 3.菌株PFD2发酵液与中药提取物协同作用于人参,测定其抑制效果。将肉桂和甘草以不同的添加量与菌株PFD2共发酵,测定发酵上清液的抑菌效果,经研究表明,共发酵后,菌株PFD2生长受影响,且发酵液抑菌效果不明显。将中药乙醇提取物与菌株PFD2发酵上清液复配后进行抑菌效果的测定,结果显示V发酵液：V肉桂=5：3时有最佳抑菌效果。

关键词：人参拮抗菌 16SrDNA 中药抑菌协同作用

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矿石智能分选方法的研究

矿石智能分选方法的研究

作者：李鹏祥内蒙古科技大学

学位级别：硕士

我国矿产资源丰富,开采后的矿产日趋“细”、“杂”和“难选”等特点,随着矿山绿色开采和规模化开采的推进,对矿石筛分过程的高效化和智能化的要求越来越高。开展智能矿石分选设备的研究,引导当前人工智能技术与现有矿石分选技术的深度... 详细信息

我国矿产资源丰富,开采后的矿产日趋“细”、“杂”和“难选”等特点,随着矿山绿色开采和规模化开采的推进,对矿石筛分过程的高效化和智能化的要求越来越高。开展智能矿石分选设备的研究,引导当前人工智能技术与现有矿石分选技术的深度融合,对实现高效精准的智能矿石筛分任务具有重要的战略意义与现实需求。针对现有矿石分选工序复杂、效率较低、精度较差等问题,本文提出基于深度学习的煤矸石智能分类,解决实际工程应用中煤矸石精准分类及回收作业需求。本文的主要工作如下:(1)以双能X射线检测技术为根据,系统化的提出了矿石智能分选设备的外围硬件解决方案。首先,本文以X-SCAN F线阵列双能射线探测器及数字X射线源为基础配置组建系统成像设备,同时搭建给料模块传输煤矸石,接着采用高效喷吹分离方法实现矿石落体运动时的高速分离,最终通过Smart-200 PLC和工控机将整个硬件外设组装到一起,实现智能分选设备外围硬件电路的自动化控制和稳定工作。(2)为当前硬件外设编写客户端软件。整个软件客户端基于Win10＿x64、Qt5.12.3开发环境,以多线程并发的形式开发,和主线程一起共分为7个子线程,6个操作模块。最终实现可视化、实时化和一体化的矿石智能分选软件客户端。(3)以双能X射线成像设备为基础,研究线阵列双能探测器的矫正方案,同时探究出一种消除矿石厚度影响的R值映射法,完成煤矸石图像的采集,根据采集到的煤矸石的纹理特性和边缘细节特点,进一步对其进行对比度增强和降噪工作来降低后续神经网络的训练难度。(4)矿场中一条流水线上的煤矸石粒径等级相对均匀,通常分为小粒径(半径≤5cm)和大粒径(半径≥5cm)两类生产线,为了使分选精度最大化,本文针对大粒径煤矸石分选任务,提出了一种提出基于动态阈值分割和深度神经网络分类器的分选算法。通过动态阈值分割算法消除黏连遮挡及噪声干扰因素影响,将1280×1152大图中的每一个煤矸石对应的图像裁剪出来。对比了三种神经网络对煤矸石图像分类的准确性。随后将表现性能最好的Res Net-50分类器作为Baseline并通过超轻量级注意力模块进行改进,实现进一步的精度提升,最终完成矿石智能分选设备的大粒径矿石分类算法搭建工作。(5)针对小粒径矿石应用大粒径分类算法流程繁琐,执行效率低,速度慢的问题,本文采用目标检测技术路线对矿石分选系统的后端算法做进一步优化,提出了小粒径矿石专用分选算法。本文采用YOLOv5-S和YOLOX-S两个检测器进行对比实验验证。通过可视化训练过程和最终定量的8项精度指标以及2项模型复杂度指标进行评价,最后将算法和客户端组合成为一个完整的、一体化、端到端的工业设备,完成整个矿石智能分选设备的检测算法搭建工作。本文以当前矿石智能检测任务所面临的挑战为出发点,对硬件系统、软件客户端及后端算法工作进行了刨析总结并提出相关技术解决方案。实际测试结果表明,本文所设计的基于双能X射线矿石智能分选系统能够有效完成本文实验对象煤矸石的分选任务。整个系统结构设计合理,识别准确率高,符合实验预期,为后续进一步的矿石智能分选研究奠定了基础。

关键词：双能X射线动态阈值分割注意力机制目标检测矿石智能分选

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一套拟南芥花粉特异亚细胞定位标记的构建

一套拟南芥花粉特异亚细胞定位标记的构建

作者：李鹏祥南京农业大学

学位级别：硕士

花粉在显花植物的受精以及繁殖中扮演至关重要的角色,通过花粉运送雄配子到胚囊从而完成双受精。花粉萌发和花粉管生长是植物有性生殖的关键步骤,也是研究极性细胞生长的理想体系。在花粉管生长中发挥作用的已知或未知蛋白的亚细胞定位... 详细信息

花粉在显花植物的受精以及繁殖中扮演至关重要的角色,通过花粉运送雄配子到胚囊从而完成双受精。花粉萌发和花粉管生长是植物有性生殖的关键步骤,也是研究极性细胞生长的理想体系。在花粉管生长中发挥作用的已知或未知蛋白的亚细胞定位能够帮助人们了解该蛋白质的功能。细胞器本身在某些突变花粉管中的形态结构和动态也值得研究。研究蛋白质亚细胞定位较为常用的方法有:生物信息学预测定位、免疫组织化学定位法、共分离标记酶辅助定位法、蛋白质组学定位技术以及融合报告基因定位法。荧光报告基因法是将目的基因与易于检测的荧光报告基因融合,表达融合蛋白,通过荧光报告基因的表达产物来对目的蛋白进行定位。荧光报告基因法能使蛋白质保持其天然特性,并且对活细胞不产生毒害、且具有灵敏性高的优点,并能够在活体中观察蛋白质的动态变化。荧光蛋白通常包括绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)、红色荧光蛋白(Red Fluorescent Protein,RFP)、黄色荧光蛋白(Yellow Fluorescent Protein,YFP)和蓝色荧光蛋白(Blue Fluorescent Protein,BFP)等。细胞器标记是基于已经确认的特异定位序列,能够定位在目的细胞器上,可以通过标记分子荧光来观察细胞器的结构,就荧光的颜色而言以绿色荧光居多。尽管目的蛋白荧光模式可能与某个细胞器结构相似,但只有通过观察目的蛋白和细胞器标记的共定位情况,才能确定未知蛋白的确切亚细胞定位。稳定表达花粉管细胞器标记的转基因株系较少,通常只用一种荧光或一种植物抗性我们根据已经确认的特异亚细胞定位序列与荧光蛋白融合,通过花粉中特异启动子LAT52启动表达,构建了一套花粉特异亚细胞定位标记。我们构建了包括内质网(endoplasmic reticulum,ER)、高尔基体(Golgi apparatus)、反面高尔基体管网结构(trans-Golgi network,TGN)、液泡前体(pre-vacuolar compartment,PVC)、裂解液泡(lytic vacuole,LV)共5个细胞器的荧光标记转基因株系。使用了绿色荧光蛋白(Green Fluorescent Protein,GFP)和红色荧光蛋白(mCherry)2种不同的荧光蛋白。所有的标记均接于2个不同的载体pME18和pBI121中。前者具有植株潮霉素抗性,后者具有植株卡那霉素抗性。不同颜色荧光和不同植株抗性的多种组合可以满足共定位研究的需要。利用激光共聚焦显微镜观察这套花粉特异亚细胞定位标记在拟南芥花粉中的表达,我们发现在花粉中内质网标记荧光均匀地分布在整个花粉管的胞质中。高尔基体、反面高尔基体管网结构、液泡前体标记均位于胞质中呈点状分布。裂解液泡标记则标记了数个环状结构,定位于花粉管的胞质中。这套拟南芥花粉特异亚细胞定位标记对于花粉管中细胞器的结构与动态变化的观察,以及共定位研究未知蛋白有很大意义。

关键词：蛋白定位荧光蛋白细胞器花粉管