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基于SERS和电化学方法实现微痕量葡萄糖的定量检测研究

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基于SERS和电化学方法实现微痕量葡萄糖的定量检测研究

作者：申南南北京化工大学

学位级别：硕士

葡萄糖是人体内经氧化后可以提供能量的一种十分重要的物质,但当体内葡萄糖浓度过高时人就会得糖尿病,糖尿病会对人体产生极大伤害并引发一些并发症。而且,葡萄糖在化工产业、发酵工艺、食品工业中都占据着极为重要的地位。因此能够快... 详细信息

葡萄糖是人体内经氧化后可以提供能量的一种十分重要的物质,但当体内葡萄糖浓度过高时人就会得糖尿病,糖尿病会对人体产生极大伤害并引发一些并发症。而且,葡萄糖在化工产业、发酵工艺、食品工业中都占据着极为重要的地位。因此能够快速、痕量、定量、在线检测出葡萄糖浓度对于人体健康和工业生产都具有重要意义。表面增强拉曼散射(SERS)方法由于其相较于色谱、质谱法具有快速、便捷的优势,被广泛应用于生物、医学、化学、食品安全等多个领域来实现对一些反应中物质快速定量检测。由于葡萄糖的拉曼散射截面小且与基底吸附作用弱,难以直接进行SERS定量检测,因此本文利用SERS方法通过酶促反应间接实现对葡萄糖浓度的快速定量检测,有酶法对于检测成分复杂过程中的葡萄糖浓度具有重要意义。无酶法具有较强的稳定性、成本低等优点,能够满足日常的使用要求,因此探究一种无酶的检测方法也显得格外重要。电化学传感器可以将某些物质直接氧化,根据对不同浓度物质的电流响应来对其进行定量检测,避免了酶的参与。因此,本论文同时采用了电化学无酶方法实现了对葡萄糖浓度的快速定量检测。本论文制备了具有高SERS增强性能和电化学性能的泡沫金基底,在利用有酶法对葡萄糖进行快速定量检测后,又利用无酶法实现了对葡萄糖浓度的快速定量检测,主要研究内容如下:一、比表面积大、SERS增强性能好的泡沫金基底的制备、表征与结构优化。本文先通过化学还原的方法将金还原到硅片上得到Au/Si基底,其既作为后面实验的导电电极同时也作为金晶种实现泡沫金的生成。再通过电化学沉积方法,在Au/Si基底两端加上负电压,使得电解液中的H2SO4和NH4Cl在电极表面产生气泡,同时金被还原并以气泡为模板形成泡沫金基底。通过对电解液的成分进行优化,发现当电解液为NH4Cl、H2SO4、HAuCl4时,泡沫金基底的纳米孔大小均匀,形貌最好,并且SERS增强性能也最好。利用该泡沫金作为SERS基底,以R6G分子作为染料分子进行拉曼测试,能够检测到1×10-7 M的R6G溶液信号,证明其有较强的SERS检测精度和增强性能。二、利用SERS方法,有酶法条件下实现对1 × 10-7至1.5 × 10-2 M的葡萄糖的快速、定量检测。由于直接检测葡萄糖的SERS信号较弱,我们探索出了一种将葡萄糖的拉曼信号进行转化和放大的新方法。具体在第一步中先将葡萄糖氧化生成H2O2,再利用H2O2将四甲基联苯胺(TMB)氧化为四甲基联苯胺的电荷转移络合物(CTC)。CTC的拉曼信号强且易被检测,可将检测葡萄糖间接转换为检测CTC信号,即通过CTC的量间接测得葡萄糖的浓度。研究过程中先排除掉了可能影响CTC检测的因素,如:酶、葡萄糖酸内酯、H2O2、TMB等。找到了第二步反应中H2O2浓度和CTC拉曼特征峰积分面积之间的线性关系,这为找到葡萄糖浓度和CTC信号强度之间的线性关系提供基础。通过将两个反应结合,最终确定出葡萄糖浓度和CTC拉曼特征峰积分面积之间的线性关系,葡萄糖的检测限为1×10-7 M,并对建立的该线性关系实现葡萄糖的精准检测进行了验证。结果表明,利用SERS方法采用间接的方法可以快速、灵敏、准确地定量检测葡萄糖的浓度。三、利用电化学方法,无酶条件下实现对5 × 10-7至1.2×10-2M的葡萄糖的快速、定量检测。由于酶的活性易受环境的影响,这就会影响到葡萄糖检测的精度,所以本论文进一步又采用电化学,在无酶条件下快速定量检测葡萄糖浓度的研究方法。无酶条件下先检测了泡沫金电极、Au/Si电极、Si电极在H2SO4、NaOH、葡萄糖溶液中的电化学活性。泡沫金由于其独特结构,而拥有大的表面积,使其可以吸附更多的葡萄糖分子形成更多的氧化葡萄糖的催化物质AuOH,这也导致其具有较强的电化学活性,并且能够氧化葡萄糖。之后本文对葡萄糖的电流响应进行了检测,发现不同的葡萄糖浓度对应于不同的电流响应,建立了具有快速、灵敏、准确特性的i-t曲线。利用该曲线实验室建立了葡萄糖浓度与电流响应之间的线性关系,并确定了葡萄糖的检测限为0.14μM。综合进一步对该泡沫金葡萄糖传感器进行选择性、稳定性、重现性等研究,结果表明,该传感器对于无酶条件下葡萄糖的检测具有良好的选择性、长时间稳定性,以及较好重现性。而且,本课题还将该葡萄糖生物传感器应用于人体血清中葡萄糖浓度的检测,获得了精准的精测数据。利用SERS方法和电化学方法分别检测三个浓度的样品,并与商业传感器的结果进行了比较后表明,该泡沫金传感器的检测准确度很好,可以应用于实际中的葡萄糖定量检测,具有良好的应用前景。

关键词：表面增强拉曼散射电化学泡沫金葡萄糖间接法无酶定量检测快速检测

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核桃高接关键技术研究

核桃高接关键技术研究

作者：申南南河北农业大学

学位级别：硕士

为改造核桃适龄不结果或坚果品质低劣的低产低效园，提高核桃的产量和质量，以河北省阜平县砂窝乡大柳树村低产劣质品种核桃树为试验材料，以采自河北省临城县河北绿岭果业有限公司采穗圃的‘绿岭’一年生枝条为接穗，研究了不同砧木树... 详细信息

为改造核桃适龄不结果或坚果品质低劣的低产低效园，提高核桃的产量和质量，以河北省阜平县砂窝乡大柳树村低产劣质品种核桃树为试验材料，以采自河北省临城县河北绿岭果业有限公司采穗圃的‘绿岭’一年生枝条为接穗，研究了不同砧木树龄、不同嫁接时间以及接穗质量对嫁接成活的影响，结果表明： 1.4年生、60年生、110年生、＞20年生旺长树和＞20年生小老树核桃作为砧木的嫁接成活率分别为90%、86.42%、79.62%、70.17%和38.60%。以4年生成活率最高，其次是6-10年生，均极显著高于树龄＞20年生的旺长树和小老树，与110年生的差异不显著;树龄110年生和树龄＞20年生的旺长树之间差异不显著，但极显著高于树龄＞20年生的小老树;树龄＞20年生小老树的高接成活率最低。不同砧木树龄的新梢生长量分别为131.11cm、141.03cm、132.73cm、131.90cm、87.5cm;以树龄＞20年生小老树的生长量最低，极显著低于其他树龄的生长量。不同砧木树龄的每接穗发枝量分别为1.67个、2.44个、2.39个、1.97个、1.6个。 2.4月18日、4月20日、4月26日、4月30日、5月6日和5月10日6个嫁接时间的枝接嫁接成活率分别为47.21%、65.43%、80.62%、85.69%、78.89%、48.01%，以4月30日的最高，显著高于4月26日、5月6日的，这3个时间的嫁接成活率均极显著高于4月20日、4月18日和5月10日，4月20日的嫁接成活率极显著的高于4月18日和5月10日;6个时间嫁接成活的新梢年平均生长量分别为133.16cm、131.67cm、138.95cm、140.43cm、137.66cm、121.67cm，各处理之间均无显著差异。 3.一年生枝条上部、中部、基部三个部位作接穗的嫁接成活率分别为13.18%、85.19%、74.80%，以枝条中部作接穗成活率最高，极显著高于上部和基部的;基部接穗成活率居中，极显著的高于上部;上部接穗嫁接成活率最低。 4.接穗粗度在0.7.99cm、1.0.49cm、1.5.0cm(接穗最大直径为1.8cm)时，嫁接成活率分别为19.93%、78.55%、84.35%。以接穗＞1.5cm的成活率最高，接穗粗度＜1.0cm时，嫁接成活率最低，各处理之间均存在极显著差异。核桃高接成活率随着接穗粗度的增大而增加。 5.落叶期采集的接穗含水率在43%8%，休眠期采集的接穗含水率在51%3%，上部和中部含水率均极显著的高于基部，两个时间采集的接穗含水率均为上部＞中部＞基部;落叶期采集的接穗比重为0.31.36，休眠期采集的接穗比重为0.33.38，两个时间采集的接穗比重均为基部＞中部＞上部。 6.落叶期采集的接穗的韧皮部的可溶性糖含量基部＞中部＞上部，休眠期采集的接穗的韧皮部的可溶性糖含量中部＞上部＞基部，落叶期采集的接穗三个部位均极显著的高于休眠期的;木质部的可溶性糖含量，落叶期采集的接穗三个部位均显著高于休眠期的，均呈现由上而下逐渐下降的趋势。两个时期采集的枝条，韧皮部的可溶性糖含量高于木质部。休眠期采集的接穗韧皮部的淀粉含量，极显著的高于落叶期采集的接穗。落叶期采集的接穗韧皮部的淀粉含量，中部＞基部＞上部，休眠期采集的接穗由上而下逐渐下降。木质部的淀粉含量，休眠期采集的接穗上部最高，中部次之，极显著的高于落叶期采集接穗的各部位;休眠期采集的接穗基部最低，显著低于落叶期采集接穗的上部、基部，落叶期采集接穗上部、中部和基部三部位之间差异均不显著。两个时期采集的枝条，韧皮部的淀粉含量高于木质部。韧皮部的可溶性蛋白含量，落叶期采集的接穗中部＞基部＞上部，休眠期采集的接穗由上而下逐渐增加，落叶期采集的接穗三个部位均明显高于休眠期的三个部位，但落叶期采集接穗的基部和休眠期采集接穗的基部无显著差异。木质部的可溶性蛋白含量，休眠期采集接穗的上部最高，极显著的高于其它各处理;其次是落叶期采集接穗的中部，与其他各处理均存在极显著差异;其余的四个处理间均无差异;休眠期的上部和基部高于落叶期的上部和基部。

关键词：核桃高接换优嫁接时间成活率营养物质

熔体法制备无机钙钛矿半导体核辐射探测晶体与器件的研究进展

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人工晶体学报 2021年第10期50卷 1830-1843页

作者：覃皓明申南南何亦辉苏州大学放射医学及交叉学科研究院放射医学与辐射防护国家重点实验室苏州215123

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场... 详细信息

钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展,带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性,如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次,针对新型钙钛矿材料特性,需要根据应用场景来优化半导体器件设计,才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此,本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度,探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能,以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。

关键词：无机钙钛矿半导体熔体法单晶半导体器件核辐射探测三维钙钛矿二维钙钛矿缺陷钙钛矿

面向核医学成像的半导体探测器研究现状与展望

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中国基础科学 2023年第6期25卷 20-29页

作者：王璐瑶孙啟皓覃皓明申南南肖宝何亦辉苏州大学放射医学及交叉学科研究院放射医学与辐射防护国家重点实验室苏州215123

核辐射探测器是核医学成像设备的核心部件,探测器技术的发展不断带动核医学影像技术的发展。与传统的闪烁体探测器不同,半导体探测器具有卓越的能量分辨率、像素级的位置分辨率、极高的光电转换效率等优点,被认为是新一代高性能核医学... 详细信息

核辐射探测器是核医学成像设备的核心部件,探测器技术的发展不断带动核医学影像技术的发展。与传统的闪烁体探测器不同,半导体探测器具有卓越的能量分辨率、像素级的位置分辨率、极高的光电转换效率等优点,被认为是新一代高性能核医学成像系统的发展方向之一。针对核医学成像领域,首先,概述半导体探测器的工作原理和性能以及其在核医学领域的应用。其次,介绍3种主要的半导体探测器的研究进展。其中,碲锌镉探测器已应用于商业化单光子发射计算机断层成像系统,其他半导体材料如铯铅溴单晶,其γ射线探测性能与碲锌镉材料相当,且成本低廉,具有应用潜力。最后,结合核医学成像应用的需求,展望半导体探测器的发展趋势和研究重点。

关键词：半导体探测器核医学成像碲锌镉溴化铊钙钛矿

心理护理对颅脑损伤并发失眠患者睡眠及焦虑情绪的影响分析

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中文科技期刊数据库（全文版）医药卫生 2021年第9期 185-186页

作者：申南南河北工程大学附属医院河北邯郸056800

我院以颅脑损伤合并失眠的患者为研究对象,给予心理护理干预,分析其效果。方法:选取患者82例,均在2020年4月-2021年3月入院治疗,双盲法随机分为两组,对照组的42例患者为常规护理,实验组的40例患者为心理护理,对比两组负面情绪、睡眠质... 详细信息

我院以颅脑损伤合并失眠的患者为研究对象,给予心理护理干预,分析其效果。方法:选取患者82例,均在2020年4月-2021年3月入院治疗,双盲法随机分为两组,对照组的42例患者为常规护理,实验组的40例患者为心理护理,对比两组负面情绪、睡眠质量与满意度情况。结果:护理后,实验组焦虑、抑郁与睡眠质量评分均低于对照组(P<0.05);实验组总满意度为92.50%,对照组为66.67%,实验组较高(P<0.05)。结论:患者接受心理护理后,其负面情绪得到有效疏导,失眠症状改善,可有效改善患者预后,值得推广。

关键词：心理护理颅脑损伤失眠负面情绪睡眠质量应用效果

一例对二硫化碳具有荧光传感性能的Mg-金属有机框架化合物(英文)

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应用化学 2017年第9期34卷 1059-1065页

作者：宫辽阔宋颖申南南张波吴兆锋黄小荥中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室福州350002 中国科学院大学北京100049

通过溶剂热合成了一例Mg-MOF化合物[Mg_4(1,4-NDC)_4(DMA)_2(CH_3OH)_2(H_2O)_2]·DMA·CH_3OH(1,1,4-H_2NDC=1,4-萘二酸,DMA=N,N'-二甲基乙酰胺),并对其结构表征及荧光性能进行了研究。单晶X射线研究结果表明,化合物结晶于P21/c空间群,其晶体学数据为a=2.06090(12)nm,b=2.21014(13)nm,c=1.50385(10)nm,β=111.399(3)°,V=6.3776(7)nm^3,Z=4,Dc=1.403 g/cm^3,F(000)=2824,R=0.0596,wR=0.1225(I>2σ(I))。化合物1中,二核的镁作为次级构筑单元通过桥连配体1,4-NDC连接形成沿c轴方向拓展的一维链。一维链间进一步通过配体连接形成3D框架的化合物。荧光性能研究表明,化合物1对CS_2具有灵敏的荧光传感性能,在0.4%的体积分数条件下可引起CS_2荧光的完全淬灭。此外,化合物1的热稳定性也通过热重分析进行了研究,发现其可稳定到140℃左右。

关键词：镁金属有机框架化合物荧光传感二硫化碳

保水剂对‘绿岭’核桃栽植成活及生长发育的影响

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北方园艺 2014年第17期 10-16页

作者：张玲申南南李美美李保国齐国辉河北农业大学林学院河北保定071000 河北省核桃工程技术研究中心河北临城054300

以一级‘绿岭’核桃嫁接苗为试材,研究了保水剂不同施用部位和保水剂不同施用剂量对核桃栽植成活和生长发育的影响,以期提高旱地核桃栽植成活率。结果表明：每株35g L型保水剂施于底部,分施于底部和中部以及分施于底部、中部、上部的核... 详细信息

以一级‘绿岭’核桃嫁接苗为试材,研究了保水剂不同施用部位和保水剂不同施用剂量对核桃栽植成活和生长发育的影响,以期提高旱地核桃栽植成活率。结果表明：每株35g L型保水剂施于底部,分施于底部和中部以及分施于底部、中部、上部的核桃幼树栽植成活率分别为100%、100%、96.67%,XL型保水剂3种施用部位的栽植成活率均为100%,对照为90%,各处理的成活率均显著高于对照;在5月份,L型保水剂3种施用部位的核桃幼树单株新梢总生长量分别为29.11、30.65、24.12cm,XL型保水剂分别是29.14、23.80、30.43cm,对照为30.70cm;10月份时,L型保水剂3种施用部位的单株新梢总生长量分别为76.50、82.40、73.31cm,XL型分别为85.70、67.14、70.16cm,对照为87.14cm;在0~20cm土层中各类型根系总量以XL型保水剂分底部、中部、上部3个部位施入最多,为3.33条,20~40cm土层中以L型保水剂分底部、中部2个部位施入最多,为5.67条,对照分别为2.33、1.67条;L、XL型保水剂施用量为15、25、35g时核桃幼树成活率均为100%,施用量为45g时成活率分别为100%、96.67%,对照为93.33%,各处理的成活率均高于对照。在该试验范围内,5月份时,施用L型保水剂的核桃幼树单株新梢总生长量均随着施用量的增加而增加,XL型保水剂施用剂量达45g后单株新梢总生长量出现下降,到10月份时,XL型保水剂的单株新梢总生长量随着施用量的增加而下降;在0~20、20~40、40~60cm土层中各类型根系总量分别以施XL型保水剂45、35、15g最多,分别是5.67、5.33、1.33条,对照分别为2.33、1.67、1.00条;各处理在3个土层中根系均以直径〈2mm的最多,直径2~5mm的最少;施用保水剂后,土壤含水量有所提高。

关键词：核桃保水剂成活率生长量

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AI助力打造科学研究新范式

中国科学院院刊 2024年第1期39卷 10-16页

作者：鄂维南北京大学北京100871 北京科学智能研究院北京100084

科学研究的目的是发现基本原理和解决实际问题。尽管人类在发现基本原理和解决实际问题上已经取得了巨大成就,但有效工具和有效科研组织模式的缺乏仍然是制约科研效率的主要瓶颈。人工智能(AI)的迅速发展为改变这种状况提供了新的可能... 详细信息

科学研究的目的是发现基本原理和解决实际问题。尽管人类在发现基本原理和解决实际问题上已经取得了巨大成就,但有效工具和有效科研组织模式的缺乏仍然是制约科研效率的主要瓶颈。人工智能(AI)的迅速发展为改变这种状况提供了新的可能。近年来,深度学习方法在科学研究领域大放异彩,不仅助力解决了一些核心科学问题,扩展了科学方法,也开始带动科学研究从传统的“作坊模式”转向“平台模式”。目前,我国已在人工智能驱动的科学(AI for Science)领域打下良好基础,应把握机遇,争取引领科技创新,为人类的科技发展作出贡献。

关键词：人工智能驱动的科学研究科学计算安卓模式

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高维数据最优划分聚类的k-Fermat算法研究

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系统工程理论与实践 2024年第2期44卷 752-772页

作者：李彤翟永南华英凡大连理工大学经济管理学院大连116024 大连理工大学商学院盘锦124221

将数论中的二维数据最优集结点(广义Fermat点)向高维空间拓展,提出以高维广义Fermat点作为最优聚类中心点的划分聚类算法——k-Fermat算法.首先对Fermat点作为聚类中心点的最优性、唯一性进行理论分析,其次建立了模拟植物生长算法(PGSA... 详细信息

将数论中的二维数据最优集结点(广义Fermat点)向高维空间拓展,提出以高维广义Fermat点作为最优聚类中心点的划分聚类算法——k-Fermat算法.首先对Fermat点作为聚类中心点的最优性、唯一性进行理论分析,其次建立了模拟植物生长算法(PGSA)求解高维数据的Fermat点并指导聚类过程的算法体系,最后对算法复杂性进行了严格证明.为验证算法性能,采用国际公布的经典数据集,将k-Fermat算法与近年来国际重要期刊和顶级会议发表的几十种主流聚类算法进行比较,验证了本文算法的精确性和稳定性.本文改进了目前划分聚类算法中没有最优聚类中心点的理论不足,为非监督学习探索了一个新方法.

关键词：划分聚类最优聚类中心广义Fermat点模拟植物生长算法(PGSA) k-Fermat算法