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生物发酵法催化癸酸合成反式-2-癸烯酸发酵条件优化及动力学研究

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生物发酵法催化癸酸合成反式-2-癸烯酸发酵条件优化及动力学研究

作者：聂士昊齐鲁工业大学

学位级别：硕士

反式-2-癸烯酸(trans-2-decenoic)是一种含有不饱和双键和羧基的十碳中链不饱和脂肪酸,因其独特结构而在多个领域具有广泛应用,如作为治疗神经性疾病的药物中间体、合成10-羟基癸烯酸(10-HDA)和食品香料的关键中间产物,以及在超导体材... 详细信息

反式-2-癸烯酸(trans-2-decenoic)是一种含有不饱和双键和羧基的十碳中链不饱和脂肪酸,因其独特结构而在多个领域具有广泛应用,如作为治疗神经性疾病的药物中间体、合成10-羟基癸烯酸(10-HDA)和食品香料的关键中间产物,以及在超导体材料制备中的应用。采用生物法合成反式-2-癸烯酸,相比传统化学合成,具有环境友好、高专一性和高效率的优势。因此,研究高效发酵合成方法对提高反式-2-癸烯酸的产量和应用价值具有重要意义。首先,基于实验室前期改造的大肠杆菌,确定了种子培养条件并对培养基进行了优化。根据癸酸的生物转化途径进行发酵条件和发酵过程优化,通过单因素实验与Box-Behnken设计的响应面法优化了关键发酵条件;进一步分析发酵过程中的初始p H值、转速、诱导温度、诱导剂浓度和分批补料策略等因素,确定了优化后的发酵条件:培养基初始p H值6.8、转速500 rpm、诱导温度30℃、乳糖浓度5 g/L,并在72小时后补充100 m L新鲜LB培养基,每12小时添加0.2 g/L癸酸。这些优化措施将反式-2-癸烯酸的产量提高至2.002 g/L,比传统LB培养基高出2.1倍。在深入分析了优化后条件下,重组大肠杆菌在10L发酵罐中的生长动态、底物消耗与产物生成。采用Logistic方程、Luedeking-Piret方程及其类似Luedeking方程的非线性回归分析,精确建模分析了发酵过程,模型拟合度较高(R2值分别为0.9926、0.9941、0.9911),实验值与预测值误差控制在5%以内,并证明模型准确、可信。此外,针对性研究了减轻发酵过程中产物抑制效应,采用树脂原位分离技术(ISPR)通过树脂吸附实时分离产物,减少抑制。经筛选,D303碱性阴离子交换树脂被证明能有效吸附反式-2-癸烯酸,通过将处理过的发酵液重新导入体系,避免了产物积累和抑制。这项策略及之前的优化使产量提升至2.195 g/L,证明了ISPR技术在提升生物反应效率和支持反式-2-癸烯酸高效生产方面的潜力。本研究深度分析并优化了利用生物发酵法从癸酸合成反式-2-癸烯酸的过程及其动力学特性,从而显著提高了反式-2-癸烯酸的产出。此外,本文的成果为通过微生物发酵技术合成其他中链不饱和脂肪酸等高值化合物提供了重要的参考与启示,为生物发酵技术在生产高价值化学品领域的应用开辟了新的视野。

关键词：反式-2-癸烯酸生物发酵法大肠杆菌发酵条件发酵动力学

基于学习型滑模预测控制的无人驾驶车辆非结构化环境轨迹跟踪及稳定性控制

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机械工程学报 2024年第10期60卷 399-412页

作者：刘聪刘辉韩立金聂士达北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学前沿技术研究院济南250000

针对高速无人驾驶车辆在复杂非结构化环境下轨迹跟踪精度和横摆稳定性之间难以协调平衡的难题,提出一种基于学习型滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法。首先,基于高斯过程回归方法构建数据学习型预测模型,以解决复杂非结构化... 详细信息

针对高速无人驾驶车辆在复杂非结构化环境下轨迹跟踪精度和横摆稳定性之间难以协调平衡的难题,提出一种基于学习型滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法。首先,基于高斯过程回归方法构建数据学习型预测模型,以解决复杂非结构化环境下无人驾驶车辆的剩余模型不确定性和环境噪声干扰问题。其次,提出一种基于高斯-滑模预测控制的轨迹跟踪及稳定性协调控制方法,将基础模型与高斯不确定性预测相结合作为控制模型,设计基于滚动预测优化的滑模控制方法,满足多约束下控制器的实时性和鲁棒性要求。此外,构建车辆未来时刻行驶风险预测模型,利用基于预测时域内相对残差的递归贝叶斯定理提前决策多目标融合型函数的权重系数,满足全局性能最优。仿真结果表明,所提方法有效提高了存在路面噪声干扰的非结构道路下高速无人驾驶车辆轨迹跟踪精度和动力学稳定性。

关键词：无人驾驶汽车轨迹跟踪及稳定性高斯过程滑模预测控制行驶风险预测

基于CiteSpace分析的湿地恢复技术研究热点与前沿

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应用与环境生物学报 2024年第1期30卷 186-196页

作者：何燕敏蔡小虎郑欢聂士瑞杜忠西华师范大学地理科学学院南充637002 四川省林业科学研究院成都610081 东北师范大学地理科学学院长白山地理过程与生态安全教育部重点实验室长春130024

在气候变化和人类活动的影响下,湿地出现了面积减少、生态退化的严峻局面,湿地恢复技术研究引起广泛关注,但关于其发展趋势和研究热点演变特征尚缺乏足够的认识.以WOS和CNKI数据库检索到的1013篇相关文献为数据源,利用CiteSpace对发文... 详细信息

在气候变化和人类活动的影响下,湿地出现了面积减少、生态退化的严峻局面,湿地恢复技术研究引起广泛关注,但关于其发展趋势和研究热点演变特征尚缺乏足够的认识.以WOS和CNKI数据库检索到的1013篇相关文献为数据源,利用CiteSpace对发文量、作者、关键词和文献共被引等进行可视化分析.国际上湿地恢复技术研究自1994年起步,2011年起呈高速递增趋势;国内该项研究自2005年步入正轨,已迅速发展为全球领军者.国际上Mitsch WJ‒Stefanik KC、Day JW‒Shaffer GP、Tong SZ‒Wang XH等核心团队发文较多;国内形成了吕宪国‒佟守正‒王雪宏、崔丽娟‒李伟‒张曼胤‒赵欣胜‒王义飞、段亮‒宋永会等核心团队,山东、黑龙江、江苏等地仍为核心研究区,同时高寒、高纬地区的研究会逐渐加强.总体上,国际国内湿地恢复技术研究目前均处于快速发展阶段.国际研究围绕水文与水环境修复、植被修复与演替、人工湿地对环境污染的调节与控制、生物多样性恢复等主题,聚焦人工湿地恢复技术、土壤种子库技术、植被恢复技术与养分循环及降解技术等;未来沿海湿地生态系统建设与整合技术和生态工程运行及其效应可能成为新的研究热点.国内研究主题与国际基本保持一致,并形成了特有的技术体系;未来人工湿地恢复技术、海湾综合治理技术、废水污水净化技术以及一些协同联合修复技术可能为研究热点;亟待开展全国尺度上湿地恢复技术联网研究,构建适合中国区域特色的湿地恢复技术标准和理论体系,以便对湿地恢复和保护进行长期的及时的生态监测与评估.

关键词： CiteSpace 湿地退化文献计量趋势分析知识图谱

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城市群客运网络疏散路径优化

系统仿真学报 2024年

作者：贺博威李成兵聂士达王佳琳内蒙古大学交通学院

研究城市群综合客运网络疏散路径优化有利于保证城市群在面对突发事件时的疏散能力。针对城市群内部交通网络结构复杂，备选线路多的特点，提出一种改进蚁群算法，用于求解城市群客运网络疏散路径问题。首先，构建城市群综合客运网络模... 详细信息

研究城市群综合客运网络疏散路径优化有利于保证城市群在面对突发事件时的疏散能力。针对城市群内部交通网络结构复杂，备选线路多的特点，提出一种改进蚁群算法，用于求解城市群客运网络疏散路径问题。首先，构建城市群综合客运网络模型，并在模型构建中考虑城市范围内虚拟换乘边问题，考虑出行时间成本与换乘时间成本构建权重函数；其次针对蚁群算法进行优化，构建一种自适应调整的状态转移规则和基于路径长度优化提高算法运算效率的信息素更新规则；最后，以呼包鄂乌城市群为例，使用Python编码进行仿真。结果表明，提出的改进蚁群算法可以有效的提高算法收敛效率，能够达到降低疏散路径节点数、降低疏散总费用的目的，并且证明了算法具有较强的鲁棒性。

关键词：城市群网络模型应急疏散蚁群算法路径优化

考虑城市内部服务网络的城市群综合客运网络抗毁性研究

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系统仿真学报 2024年

作者：聂士达李成兵贺博威李鑫涛内蒙古大学交通学院

研究城市群综合客运网络抗毁性有利于保障城市群客运服务系统运营效率。采用复杂网络理论中Space L建模方法，构建考虑城市内部服务网络的城市群综合客运网络模型，提出基于时间加权的城市群网络抗毁性评价指标，研究城市群综合客运网... 详细信息

研究城市群综合客运网络抗毁性有利于保障城市群客运服务系统运营效率。采用复杂网络理论中Space L建模方法，构建考虑城市内部服务网络的城市群综合客运网络模型，提出基于时间加权的城市群网络抗毁性评价指标，研究城市群综合客运网络的抗毁性。首先，构建由城际网络和城市内部服务网络复合构成的城市群综合客运网络，并考虑时间标定网络边权。然后，提出考虑时间加权的网络时间效率模型评估网络抗毁性。最后，以呼包鄂榆城市群为实例进行仿真研究。结果表明：随机性攻击策略下网络相对时间效率波动较小，城市群网络表现出较强的抗毁性；节点度攻击策略下，随着被攻击站点节点度的降低，前期网络效率呈断崖式下降，对整个网络造成毁灭性损害；逐一攻击策略下网络抗毁性会随攻击迭代的过程呈现波动性变化，能够识别关键站点。

关键词：城市群复杂网络理论服务网络 MATSim 抗毁性

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基于逆模型预测控制的拟人驾驶控制

汽车工程 2024年第4期46卷 596-604页

作者：刘辉张发旺聂士达段京良郭丛帅郭凌雄北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京科技大学机械工程学院北京100083

本文提出一种基于逆模型预测控制的拟人驾驶控制方法,利用模型预测控制产生的实轴轨迹与真实轨迹的损失函数更新控制模块代价函数的权重系数实现拟人化驾驶控制。将拟人驾驶控制构建成一个双层优化问题,在下层利用模型预测控制求解一个... 详细信息

本文提出一种基于逆模型预测控制的拟人驾驶控制方法,利用模型预测控制产生的实轴轨迹与真实轨迹的损失函数更新控制模块代价函数的权重系数实现拟人化驾驶控制。将拟人驾驶控制构建成一个双层优化问题,在下层利用模型预测控制求解一个典型的最优控制问题产生实轴驾驶轨迹,在上层最小化所产生的实轴轨迹和真实驾驶轨迹的误差更新下层代价函数的权重系数,基于极大值微分原理构造辅助系统求解实轴轨迹关于代价函数权重系数的梯度。实车采集真实驾驶轨迹并进行模仿测试与泛化验证,结果表明:本文所提出的方法相比于两类基于虚轴轨迹的逆最优控制方法,在3个工况下与真实驾驶轨迹最大误差分别平均降低了73.52%和65.03%,驾驶行为更加拟人化,且具备泛化性能。

关键词：自动驾驶拟人化驾驶逆最优控制

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用于多通道单分子定位的高精度图像配准方法

物理学报 2024年第6期73卷 374-385页

作者：林丹樱龚振权黄黎琳聂梦娇于斌屈军乐深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳518060

单分子定位技术可以绕过光学系统的衍射限制,在生物样品的单粒子追踪和超分辨显微成像中得到了广泛应用.多通道单分子定位采用多个成像通道,可以实现对不同目标的同时追踪或多色超分辨成像,也可以提升单粒子追踪的轴向深度或实现更高的... 详细信息

单分子定位技术可以绕过光学系统的衍射限制,在生物样品的单粒子追踪和超分辨显微成像中得到了广泛应用.多通道单分子定位采用多个成像通道,可以实现对不同目标的同时追踪或多色超分辨成像,也可以提升单粒子追踪的轴向深度或实现更高的定位精度和密度.但各通道图像间的差异会影响协同定位或定量分析,因此图像配准是其图像数据预处理的关键环节;且由于单分子定位精度高,其对多通道图像配准精度的要求也很高.现有技术一般采用基于控制点的配准方法,且多采用复杂而精密的方式来获取基准物网格图像用于定位得到控制点对,以实现高精度图像配准,对样品或实验设备要求高,难以直接推广.为此,本文基于局部非线性变换和误匹配点剔除,发展了一种可以直接采用随机分布荧光珠样品作为基准物的高精度图像配准方法,通过在特征匹配和变换模型参数估计的过程中对控制点进行监测和迭代筛选,以剔除因单分子定位不准确或精度差而导致未精确匹配的控制点对,从而消除以随机分布荧光珠样品作为基准物时对于控制点准确获取和精确匹配所带来的不良影响,同时采用基于局部加权平均的二阶多项式拟合进行变换模型参数估计,以更好地适用于不同通道间存在局部非线性形变的情形.结果表明,采用该方法只需要3次迭代,就可以将未准确定位和精确匹配的控制点对找到并剔除,从而实现更准确的变换模型参数估计,将配准精度提高一个数量级,在图像局部非线性形变情况严重的正交像散双通道单分子定位成像系统中实现了约6 nm的配准精度.

关键词：单分子定位多通道成像图像配准误匹配点剔除

考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 261-272页

作者：聂士达刘辉廖志昊谢雨佳项昌乐韩立金林思豪北京理工大学机械与车辆学院北京100081

无人驾驶车辆在越野环境中行驶时,往往面临着复杂的地形和多变的路面。为进行可靠且高效的路径规划,保证车辆安全机动行驶,提出一种考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划方法。该方法包括全局路径规划与轨迹规划,针对全局路径规划,... 详细信息

无人驾驶车辆在越野环境中行驶时,往往面临着复杂的地形和多变的路面。为进行可靠且高效的路径规划,保证车辆安全机动行驶,提出一种考虑复杂地形的越野环境无人车辆路径规划方法。该方法包括全局路径规划与轨迹规划,针对全局路径规划,提出一种基于崎岖地形人工势场的改进Theta^(*)算法,该算法综合考虑坡度、地面类型、地面高程等因素,使车辆尽量远离崎岖地形,通过减少途经路径的坡度和起伏地形,来提高车辆在越野环境中的通行效率、稳定性及安全性。针对局部轨迹规划,提出面向多变行驶场景的自适应概率路线图算法(Adaptive probabilistic roadmap method,APRM),通过设计不同的采样策略来适应车辆在越野环境中行驶场景以及障碍物的变化,从而提高复杂越野环境局部轨迹规划算法构建路径网络图的效率。通过试验验证,改进Theta^(*)算法输出的全局路径平均坡度减少35.63%,地表起伏程度降低33.56%,APRM算法在非结构化道路与开阔场景下进行局部轨迹规划所用时间分别减少79.68%和54.74%。

关键词：轮式车辆越野环境自动驾驶全局路径规划局部轨迹规划

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北京冬奥冠军推动全民冰雪运动可持续发展策略研究

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文体用品与科技 2024年第6期 16-18页

作者：聂士杰三峡大学体育学院湖北宜昌443002

北京冬奥会成功闭幕,标志着中国冰雪运动进入了新的发展阶段。本文以北京冬奥冠军对媒体影响为出发点,研究了借助冬奥冠军的自媒体效应来提高全民对中国冰雪运动的关注和参与度。关注社会对中国冰雪运动高质量可持续发展的期待,通过深... 详细信息

北京冬奥会成功闭幕,标志着中国冰雪运动进入了新的发展阶段。本文以北京冬奥冠军对媒体影响为出发点,研究了借助冬奥冠军的自媒体效应来提高全民对中国冰雪运动的关注和参与度。关注社会对中国冰雪运动高质量可持续发展的期待,通过深入分析中国冰雪运动的全产业链和可持续性,描绘了其发展历程。发展经历了从开局、破冰、试冰到练冰四个阶段;在发展路径上,充分利用北京冬奥会冠军的带动效应;培育全民冰雪文化需求,完善冰雪人才培养和赛事运作机制;提升竞技水平,布局大冰雪产业;服务新业态,推动大冰雪产业布局目标的实现。本文为中国冰雪运动高质量发展提供了有益思路,真正将北京冬奥冠军的社会影响力转化为推动中国冰雪运动可持续发展的助推器。

关键词：北京冬奥会全媒体时代大众冰雪运动