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基于微流控技术的细菌表面多功能仿生矿化

基于微流控技术的细菌表面多功能仿生矿化

作者：沈立恒兰州大学

学位级别：硕士

细菌在环境工程、生物医药等诸多领域发挥着重要作用,然而细菌在极端环境下面临着生存困境。在自然界中,生物体具有合成形态精细和结构复杂的生物矿物质的能力,如骨、牙齿的形成。大部分细菌本身不具有生物矿化的能力,研究人员提出通过... 详细信息

细菌在环境工程、生物医药等诸多领域发挥着重要作用,然而细菌在极端环境下面临着生存困境。在自然界中,生物体具有合成形态精细和结构复杂的生物矿物质的能力,如骨、牙齿的形成。大部分细菌本身不具有生物矿化的能力,研究人员提出通过仿生矿化的方法对细菌进行改造和修饰,从而提高细菌对不良环境的耐受能力,在各领域发挥积极作用。类沸石咪唑酯骨架材料-8(zeolitic imidazolate framework-8,ZIF-8)是由过渡金属离子Zn和2-甲基咪唑作为桥联单元的金属有机框架化合物,具有稳定的沸石拓扑学结构,生物相容性好,可以作为细菌的仿生矿化外壳,帮助细菌抵抗不良环境。微流控技术是指对微纳尺度的流体的精准控制,是实现高效的仿生矿化的潜在方法。大肠杆菌(Escherichia coli,***)是常用于各种研究的模式菌。大肠杆菌Nissle 1917(Escherichia coli Nissle 1917,Ec N)作为益生菌被使用已具有100多年的历史,被广泛应用于胃肠道疾病的治疗。研究表明Ec N可以靶向肿瘤组织、调节宿主免疫反应等。Ec N在口腔肿瘤方面的相关研究较少,而口腔肿瘤的复杂环境可能影响Ec N的存活和发挥作用。目的:本实验旨在研发基于微流控技术的细菌表面仿生矿化,探究仿生矿化的大肠杆菌(***@ZIF-8)对营养缺乏、紫外线等极端环境的耐受能力,初步研究仿生矿化大肠杆菌Nissle 1917(Ec N@ZIF-8)对人舌鳞癌Cal-27细胞的作用。方法:(1)基于微流控技术利用2-甲基咪唑和二水醋酸锌分别对***、表达绿色荧光蛋白(GFP)的基因工程大肠杆菌和益生菌Ec N进行仿生矿化。(2)利用X射线光单子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对***@ZIF-8的结构、形貌等进行表征。对表达GFP的基因工程大肠杆菌进行仿生矿化,应用激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)、流式细胞仪进行共定位分析。(3)将***@ZIF-8置于营养缺乏的环境下7天,然后测定细菌的生长曲线。将***@ZIF-8进行紫外线的照射,应用FDA/PI双染法检测活/死细胞,利用DCFH-DA荧光探针标记细胞内活性氧(ROS),检测经紫外线照射后ROS产生的变化。(4)采取CCK-8法检测仿生矿化外壳ZIF-8对Cal-27细胞生长的影响。对Ec N进行仿生矿化,利用CCK-8法检测Ec N、Ec N@ZIF-8对Cal-27细胞的作用。结果:(1)本实验采用了以微量注射泵为动力、辅以超声的微流控装置,分别完成了对***、表达GFP的基因工程大肠杆菌和Ec N的仿生矿化。(2)XPS、XRD和EDS的结果显示***@ZIF-8与ZIF-8的特征峰一致,锌元素含量为16.9%;SEM、TEM、Mapping的结果显示仿生矿化的***表面形成了一层均匀、一致的外壳,而且锌元素在***@ZIF-8表面分布均匀;FT-IR的结果说明***和ZIF-8之间通过氢键交联;CLSM的结果证实***和ZIF-8共定位良好,流式细胞仪的结果显示细菌的包封率高达86.7%。(3)***@ZIF-8耐受缺乏营养的极端环境,去除外壳后可以恢复生长活性。***@ZIF-8具有耐受紫外线照射的能力,且仿生矿化的细菌经紫外线照射后产生的ROS减少。(4)ZIF-8对Cal-27细胞生长的影响较小。Ec N和Ec N@ZIF-8对Cal-27细胞均有一定的抑制作用。在相同细菌浓度下,Ec N@ZIF-8表现出更好的抑制Cal-27细胞的作用。结论:本实验完成了基于微流控技术的细菌表面的仿生矿化,提高了细菌对营养缺乏、紫外线等极端环境的耐受能力。仿生矿化可以提高Ec N对人舌鳞癌Cal-27细胞的抑制作用,仿生矿化的益生菌在口腔肿瘤治疗方面具有潜在的应用价值。

关键词：仿生矿化细菌微流控极端环境舌鳞状细胞癌

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肾病综合征患者牙龈肥大的非手术治疗1例

中华口腔医学杂志 2022年第12期57卷 1247-1250页

作者：沈立恒裴敏钰王静兰州大学口腔医院牙周科兰州730000

药物性牙龈肥大是指长期服用某些药物而引起牙龈的纤维性增生和体积肥大。本文报道1例28岁女性患者因肾病综合征治疗引起药物性牙龈肥大的非手术治疗的全过程, 随访9个月, 患者牙龈恢复正常, 牙周情况保持稳定。

关键词：牙周情况非手术治疗肾病综合征药物性牙龈肥大牙龈纤维性增生女性患者长期服用

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面向螺旋铣制孔过程的压脚压紧力优化

浙江大学学报（工学版） 2016年第1期50卷 102-110,172页

作者：毕运波李夏严伟苗沈立恒朱宇方伟浙江大学机械工程学院浙江杭州310027 中航工业西安飞行自动控制研究所陕西西安710065 上海飞机制造有限公司上海200436

为了优化机器人螺旋铣制孔过程中末端执行器的压脚压紧力取值,提高末端执行器与工件的接触刚度,消除压紧力取值对加工孔的孔径精度、表面粗糙度、孔位偏差等的影响,采用解析法确定压紧力取值的许用范围.通过建立螺旋铣制孔过程有限元仿... 详细信息

为了优化机器人螺旋铣制孔过程中末端执行器的压脚压紧力取值,提高末端执行器与工件的接触刚度,消除压紧力取值对加工孔的孔径精度、表面粗糙度、孔位偏差等的影响,采用解析法确定压紧力取值的许用范围.通过建立螺旋铣制孔过程有限元仿真模型,研究许用范围内不同压紧力对加工孔质量的影响,给出压脚压紧力的最优值.通过制孔实验对比分析不同压紧力下的加工孔质量,实验结果表明,在优化后的压脚压紧力作用下,加工孔的圆柱度可以有效控制在0.013mm以内,孔的内壁表面粗糙度可以提升至1.6μm以内.

关键词：螺旋铣压脚装置末端执行器压紧力有限元分析(FEA)

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环形轨自动化制孔系统孔位修正方法

浙江大学学报（工学版） 2015年第10期49卷 1863-1869页

作者：毕运波涂国娇方伟沈立恒李汝鹏浙江大学机械工程学系浙江杭州310027 浙江大学土木工程学系浙江杭州310027

为了满足大型飞机机身段壁板对接面区域的高质量制孔要求,提出基于六轴联动环形轨自动化制孔系统的孔位修正方法.该方法采用激光位移传感器以非接触测量的方式测量并求解得到基准孔的法矢,结合视觉测量系统获取的基准孔孔位误差,通过插... 详细信息

为了满足大型飞机机身段壁板对接面区域的高质量制孔要求,提出基于六轴联动环形轨自动化制孔系统的孔位修正方法.该方法采用激光位移传感器以非接触测量的方式测量并求解得到基准孔的法矢,结合视觉测量系统获取的基准孔孔位误差,通过插值Coons曲面方法计算待加工孔的孔位误差向量,并补偿至理论坐标,实现孔位修正.利用筒状飞机机身壁板模型对该方法进行验证.结果表明,与双线性插补方法相比,该方法综合考虑了壁板外形表面曲率变化因素,孔位修正精度较高,保证了机身段壁板对接区域制孔的几何精度要求.

关键词：环形轨自动化制孔系统激光位移传感器法矢 Coons曲面孔位修正

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基于遗传算法的机翼壁板扫描路径优化

浙江大学学报（工学版） 2015年第3期49卷 448-456页

作者：艾小祥俞慈君方强陈磊方伟沈立恒浙江大学机械工程学系浙江杭州310027 中国商飞上海飞机制造有限公司上海200436

针对飞机机翼壁板数字化装配过程中蒙皮外形快速扫描的需求,对蒙皮的扫描路径进行自动规划.介绍激光扫描仪扫描测量的原理及方法,并分析扫描仪扫描样点时的倾角、距离及扫描宽度等约束条件.以大尺寸件机翼蒙皮为研究对象,对其进行数字... 详细信息

针对飞机机翼壁板数字化装配过程中蒙皮外形快速扫描的需求,对蒙皮的扫描路径进行自动规划.介绍激光扫描仪扫描测量的原理及方法,并分析扫描仪扫描样点时的倾角、距离及扫描宽度等约束条件.以大尺寸件机翼蒙皮为研究对象,对其进行数字化离散操作,得到一系列样点.使用最小二乘法对上述样点进行自动分组.在此基础上把扫描过程分为扫描测量和姿态调整2种动作交替运动的组合,构建以扫描过程总时间为最小的优化目标函数.利用遗传算法求解目标函数,从而优化三维空间的扫描路径,并将此路径与常见的梯形扫描和直线扫描路径进行比较,扫描总路径短且所用总姿态数少,平均扫描效率提高14.4%.最后,采用DELMIA软件平台进行扫描过程仿真,利用搭载扫描仪的机器人沿优化路径进行扫描.结果显示:本研究可满足扫描约束要求,且扫描仿真时间与计算时间一致.

关键词：激光扫描仪扫描约束遗传算法路径优化

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飞机叠层结构预联接工艺优化

浙江大学学报（工学版） 2015年第11期49卷 2040-2046页

作者：毕运波吴原骅朱伟东沈立恒黄稳朱宇浙江大学机械工程学院浙江杭州310027 上海飞机制造有限公司上海200436

为有效消除叠层件之间由于制造误差、定位误差、钻削力等因素产生的初始间隙和制孔间隙,提出预联接工艺优化方法,预联接件的紧固作用可有效消除叠层间隙,抑制毛刺生长.通过建立蒙皮和边梁之间的预联接有限元简化模型,在不考虑压紧力的... 详细信息

为有效消除叠层件之间由于制造误差、定位误差、钻削力等因素产生的初始间隙和制孔间隙,提出预联接工艺优化方法,预联接件的紧固作用可有效消除叠层间隙,抑制毛刺生长.通过建立蒙皮和边梁之间的预联接有限元简化模型,在不考虑压紧力的情况下,研究不同预联接件数量、安装位置以及预紧力条件下的叠层残余间隙和制孔间隙,给出最优预联接工艺方案,通过机器人自动化制孔系统进行实验,验证了该优化方案的正确性和有效性.实验结果表明,随着预紧力的增大,叠层毛刺尺寸先明显减小后小幅增大,较优的预联接件数量和安装位置可优化叠层件的接触刚度,有效减小毛刺尺寸.

关键词：叠层件预联接件安装位置预紧力残余间隙制孔间隙

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簇绒地毯织机伺服横动提花系统的研究

机械设计与制造 2012年第2期 100-102页

作者：沈立恒孟婥朱姿娜孙菁菁东华大学机械工程学院上海201620

提出基于伺服电机和电子凸轮型运动控制器驱动控制的簇绒地毯织机横动提花系统。阐述了横动提花原理、系统硬件结构、花型设计软件等,建立了横动补偿系统的数学模型,并得出理论补偿量的计算公式。该系统实现了通过控制伺服电机驱动滚珠... 详细信息

提出基于伺服电机和电子凸轮型运动控制器驱动控制的簇绒地毯织机横动提花系统。阐述了横动提花原理、系统硬件结构、花型设计软件等,建立了横动补偿系统的数学模型,并得出理论补偿量的计算公式。该系统实现了通过控制伺服电机驱动滚珠丝杠,实现直线往复运动,从而带动针排按给定花型规律进行横动提花,是对传统机械式共轭凸轮的数字化升级,满足了复杂花型提花要求和多花型快速转换,提高了产品的质量和生产速度。

关键词：横动提花电子凸轮伺服控制花型转换横动补偿

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脱臭大蒜素对变异链球菌的体外抑菌效果

海峡药学 2017年第7期29卷 18-20页

作者：沈立恒于乐周钰伟郑艳兰州大学口腔医学院兰州730000 兰州大学口腔医学院正畸科兰州730000

目的采用植物油稀释法和β-环糊精包埋法对大蒜素进行脱臭,检验两种方法的脱臭效果。通过探究脱臭大蒜素对变异链球菌的抑制作用,为脱臭大蒜素应用于口腔漱口水、口腔医生洗手液等口腔领域提供理论依据。方法将大蒜素按比例加入植物油中... 详细信息

目的采用植物油稀释法和β-环糊精包埋法对大蒜素进行脱臭,检验两种方法的脱臭效果。通过探究脱臭大蒜素对变异链球菌的抑制作用,为脱臭大蒜素应用于口腔漱口水、口腔医生洗手液等口腔领域提供理论依据。方法将大蒜素按比例加入植物油中,萃取得脱臭原液1;将大蒜素用β-环糊精包埋后得脱臭原液2。控制变量,采用菌落计数法比较两种脱臭大蒜素对变异链球菌的抑制作用。结果经植物油稀释的大蒜素和用β-环糊精包埋的大蒜素均有抑菌效果。在实验浓度范围内(0.0011至0.0055mg·m L-1),β-环糊精包埋的大蒜素对变异链球菌的抑菌率均保持在约95%的水平,且抑菌率与浓度不成明显相关;利用植物油稀释所得的大蒜素对变异链球菌抑菌效果相对较差,且抑菌率与浓度成正相关。(除一组数据P<0.01外,其余各实验组与对照组比较P<0.0001)。结论两种脱臭大蒜素对变异链球菌均有抑制作用,可进一步探究其在口腔领域应用的价值。

关键词：大蒜素脱臭变异链球菌抑菌

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一种筒段对接关键特征点的容差分配方法

机械制造与自动化 2015年第3期44卷 58-61页

作者：周琳翟建军黄翔沈立恒南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 上海飞机制造有限公司上海200436

针对飞机机身对接过程中,关键特征点的容差范围,提出了一种分配方法。该方法根据机身的协调准确度要求,分配机身各段的位姿准确度,并确定筒段的位姿变换参数;根据机身段的位姿变动,利用齐次坐标变换的方法反求机身段上关键特征点的坐标... 详细信息

针对飞机机身对接过程中,关键特征点的容差范围,提出了一种分配方法。该方法根据机身的协调准确度要求,分配机身各段的位姿准确度,并确定筒段的位姿变换参数;根据机身段的位姿变动,利用齐次坐标变换的方法反求机身段上关键特征点的坐标变动范围。与传统的协调过程中利用光学准直法检测关键特征点的方法相比,该方法更能适应数字化测量手段的需要,提高了容差的可控制性和可检测性。

关键词：机身对接关键特征点容差分配协调准确度