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几种真菌毒素检测的上转换荧光传感技术研究

几种真菌毒素检测的上转换荧光传感技术研究

作者：秦英凯军事科学院

学位级别：硕士

目的由真菌毒素引发的食品污染问题已成为目前全世界亟待解决的难题之一。真菌毒素属于次级代谢产物,其产生来源于适宜生存环境下的产毒真菌,可附着于谷物、饲料、水果以及药材表面,并且也存在于谷物等粮食制品中。真菌毒素对人类的危... 详细信息

目的由真菌毒素引发的食品污染问题已成为目前全世界亟待解决的难题之一。真菌毒素属于次级代谢产物,其产生来源于适宜生存环境下的产毒真菌,可附着于谷物、饲料、水果以及药材表面,并且也存在于谷物等粮食制品中。真菌毒素对人类的危害包括致癌作用、致畸作用、神经毒性等,是威胁人民群众生命安全的潜在因子。基于上转换纳米材料(UCNPs)的荧光传感技术具有简便、迅速、灵敏等突出优势,以上转换纳米材料为基础开发设计新型荧光传感技术用来检测食品中真菌毒素,具有一定的实用意义。本研究以食品中常见的真菌毒素,伏马毒素B1(FB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)以及赭曲霉毒素A(OTA)作为研究对象,以自主合成的上转换纳米材料为荧光探针,依据荧光共振能量转移原理,同时结合了核酸扩增信号放大、磁分离等策略,进一步提高了方法的灵敏度,构建了高灵敏检测的上转换荧光传感技术。其研究内容如下:方法1.基于催化发夹自组装(CHA)的高灵敏检测FB1的上转换荧光适配体传感技术研究。设计了一种新的检测FB1的信号放大策略—CHA反应,将CHA反应与上转换-氧化石墨烯体系结合,通过荧光强度的响应高灵敏检测食品中FB1。首先利用链霉亲和素-生物素识别作用将FB1的适配体固定在合成的磁性微球表面,接着引入适配体的互补链构成特异性识别FB1的识别元件。当FB1与适配体特异性结合后,互补链通过磁分离由识别元件上脱离,并作为引发链引起CHA反应的发生,其结果导致作为信号输出元件的UCNPs从上转换-氧化石墨烯体系中脱离,在980 nm激发光下表达出强烈的荧光信号。方法2.同时检测OTA与ZEN的双色上转换荧光传感技术研究。依据UCNPs与二硫化钼纳米片之间发生的荧光共振能量转移作用,设计了同时检测食品中OTA与ZEN的双色上转换荧光检测法。合成了核壳型上转换纳米材料Na YF:Yb,Er@Na YF与Na YF:Yb,Tm@Na YF,在980 nm的激发光下分别发射绿色与蓝色可见光,以该两种纳米材料作为能量供体,接着合成了磁性二硫化钼纳米片,作为能量受体,以OTA与ZEN的适配体作为桥梁构建了双色荧光共振能量转移体系。当存在OTA与ZEN时,适配体与目标物结合从而破坏能量转移体系,再经过磁分离进一步减少背景信号干扰,在980 nm激发光下,体系表现出两种颜色的荧光响应。结果1.基于CHA的高灵敏检测FB1的上转换荧光适配体传感技术研究:在最佳条件下,体系中FB1浓度的对数与荧光强度之间呈良好的线性关系,在0.032-500 ng/m L的范围内,线性方程拟合的结果为F=163.8849lg C+405.5395(R=0.9971),检测限为0.0121 ng/m L(S/N=3)。与之前已发表的未使用信号放大方式的检测方法相比,灵敏度要高出一个数量级,在玉米粉、燕麦粉、婴幼儿玉米辅食中的加标回收率分别为95.20%～105.34%、99.79%～103.20%、91.20%～103.21%,说明该传感器在应用于实际样品中时,具有优异的表现。结果2.同时检测OTA与ZEN的双色上转换荧光传感技术研究:在最佳检测条件下,该检测方法在0.05-500 ng/m L的范围内(S/N=3),OTA与ZEN浓度的对数值与体系的荧光强度之间存在良好的线性关系,实验得到的标准曲线分别为F=1002.2905lg C+2084.7972(R=0.9949)和F=503.5390lg C+1166.3405(R=0.9972),对OTA的检测限为0.0397 ng/m L,对ZEN的检测限为0.0311 ng/m L,并具有较好的特异性。结论目前的UCNPs中,镧系掺杂氟化钠材料在食品检测领域有着广泛的应用,但是其由于表面缺陷而导致的荧光自淬灭现象,会降低其荧光强度,从而损失一部分荧光灵敏度。本研究基于克服此缺陷,围绕着如何提升镧系掺杂氟化钠材料的检测灵敏度,构想了两种方案:一是通过外部的辅助手段,如核酸扩增信号放大方式,在原有的上转换荧光传感体系中引入CHA反应,充分发挥核酸扩增的灵敏性和上转换荧光的稳定性,从而实现高灵敏检测。二是通过内部的再合成方法,以层层组装的形式构建合理的核壳结构,将内部与外界环境隔离,减少了能量弛豫衰减,从而减少了自淬灭现象的产生。同时,制备的磁性能量受体可轻易从体系中脱离,对传感体系的信噪比有所提升。本研究的结果表明,上述两种方案具有可行性,并构建了两种新型荧光传感技术,实现了对几种典型真菌毒素进行高灵敏检测的目的,为我国食品安全监管、危险快速筛查提供了有效的技术参考。

关键词：上转换纳米材料荧光共振能量转移适配体真菌毒素

超奈奎斯特相干光传输系统载波恢复DSP算法研究

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超奈奎斯特相干光传输系统载波恢复DSP算法研究

作者：秦英凯北京邮电大学

学位级别：硕士

伴随着5G等技术的迅速发展,用户对大容量通信的需求不断上升,但是由于光纤C+L波段频率资源紧张,导致传统波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)系统容量难以继续提升。近年来提出的超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist,FTN)技术... 详细信息

伴随着5G等技术的迅速发展,用户对大容量通信的需求不断上升,但是由于光纤C+L波段频率资源紧张,导致传统波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)系统容量难以继续提升。近年来提出的超奈奎斯特(Faster-than-Nyquist,FTN)技术打破正交准则,是超高谱效、大容量相干光传输领域极具潜力的发展方向。然而超奈奎斯特强滤波引入的严重码间串扰(Inter-symbol Inference,ISI)使系统对各类损伤因素更为敏感。接收端数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)算法中频偏估计算法面临着算法有效性与复杂度矛盾突出的问题,相位估计算法则面临ISI导致的严重相位周跳(Cycle Slip,CS)等问题。目前虽然有相关研究成果见诸报道,但低复杂度高精度载波频偏估计算法、周跳抑制的载波相位估计算法等关键DSP技术难题还有待进一步研究。本文针对上述技术难题,开展的研究工作如下。1、针对FTN对高精度高可靠且低复杂度频偏估计算法的需求,提出了一种基于“训练序列相位差+调频z变换(Chirp Z-Transform,CZT)”的频偏估计算法,该算法通过训练序列完成一阶粗估计,基于频偏粗估计值通过CZT完成二阶细估计,可实现低复杂度、高精度频偏估计。在三载波128GBaud PM-16QAM FTN-WDM系统中对算法进行了性能仿真分析。加速因子为0.95/0.9/0.85时,所提算法可实现[-1.6,1.6]GHz范围内的稳定频偏估计,残余频偏分别为2/2.5/3MHz左右。典型1GHz频偏下,加速因子0.95/0.9/0.85的FTN系统,在误码率为2X 10-2的软判前向纠错(Forward Error Correction,FEC)门限下需要的OSNR分别23.5/23.8/24.5dB。所提算法与相同精度量级的传统盲四次方FFT频偏估计算法相比,计算复杂度仅为后者的8%,且所需开销仅为1.56%。2、针对FTN系统载波相位估计易出现严重的相位周跳问题,提出一种基于训练序列的周跳抑制载波相位估计算法。通过在有效信号内周期性插入的训练符号估计出检测周跳的参考相位,基于参考相位对周跳进行可靠高效检测和补偿抑制。在三载波128GBaud PM-16QAM FTN-WDM系统中对算法进行性能评估。仿真结果表明,加速因子为0.95/0.9/0.85,激光器线宽为100kHz时,BER=2× 10-2的软判FEC门限下所需OSNR分别为23.4/23.7/24.3dB。加速因子为0.95/0.9/0.85时,其在1dB OSNR(与0线宽对应的OSNR相比)代价下能容忍的最大线宽分别为3.8/3.2/2.2MHz。所提算法以0.39%开销实现了 FTN系统载波相位估计周跳的可靠高效检测和补偿。相较与QPSK分割算法相比,计算复杂度的增加可以忽略不计,但是能够有效解决相位周跳的问题。3、利用三载波40GBaud PM-16QAM FTN-WDM相干光传输系统离线实验平台,实验验证了所提“基于训练序列的相位差+CZT”频偏估计算法和基于训练序列的周跳抑制算法的性能。为实验验证不同频偏下的所提频偏估计算法性能,通过调节收端激光器中心频率以形成不同系统频偏;为了验证不同线宽下周跳抑制算法性能,通过MATALB编程在生成发端数据时添加等效于激光器线宽噪声的相位噪声。在[-1.6,1.6]GHz的频偏范围内,在加速因子为0.9时条件下所提频偏估计算法的最大频偏估计误差绝对值在3MHz左右。FTN系统加速因子0.9时在BER=2×10-2的软判FEC门限下的OSNR容限为20dB。通过分析对比相位噪声追踪曲线,相较于传统QPSK分割算法,所提基于训练序列的周跳抑制算法能够有效抑制周跳,加速因子为0.9时,1dB OSNR代价能容忍的最大线宽为1.6MHz。

关键词：超奈奎斯特相干光传输码间干扰载波频偏估计载波相位估计

上转换纳米颗粒的发光机理、制备及生物应用进展

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材料导报 2022年第14期36卷 94-104页

作者：李静芝高志贤李双赵旭东秦英凯刘辉韩铁军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所天津300050 兰州大学公共卫生学院兰州730000

稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)是一类吸收长波近红外光子并发射短波紫外可见光子的新型荧光标记材料,即其能够有效地将两个或多个低能光子转换成高能光子。UCNPs克服了传统荧光标记材料的灵敏度低、光稳定性差等缺点,成为有前途的传... 详细信息

稀土掺杂的上转换纳米颗粒(UCNPs)是一类吸收长波近红外光子并发射短波紫外可见光子的新型荧光标记材料,即其能够有效地将两个或多个低能光子转换成高能光子。UCNPs克服了传统荧光标记材料的灵敏度低、光稳定性差等缺点,成为有前途的传统标记材料的替代物之一。近红外激发的UCNPs具有反斯托克斯位移大、对生物组织损伤小、组织穿透能力强、转换效率高、无背景荧光干扰以及无光漂白效应等诸多优点。其由于突出的优点、独特的光学性能,在很多领域成为研究的新热点,尤其是在生物传感、成像、靶向给药和光动力学治疗以及生物检测分析应用中显示出巨大的潜力。本文简要介绍了UCNPs的组成、发光机理以及主要合成方法;在此基础上,重点综述了UCNPs在传感、成像和治疗应用方面的最新研究进展,最后合理地分析了UCNPs目前存在的不足,并展望了其未来的发展方向。

关键词：上转换纳米颗粒生物传感生物成像光疗法靶向给药

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“高中教育瓶颈”不容忽视

北京教育学院学报 2001年第1期15卷 83-84页

作者：秦英凯河南省潢川第一中学河南潢川165150

"九五"期间,我国的教育事业取得巨大进步,基本上普及了九年义务教育,在政府的干预下,初级中学无论场地建设、设施建设,还是师资建设都取得了前所未有的发展.高等教育几经合校扩招,布局日益合理,发展日益迅速,为"十五"的腾飞奠定发展基础... 详细信息

"九五"期间,我国的教育事业取得巨大进步,基本上普及了九年义务教育,在政府的干预下,初级中学无论场地建设、设施建设,还是师资建设都取得了前所未有的发展.高等教育几经合校扩招,布局日益合理,发展日益迅速,为"十五"的腾飞奠定发展基础.但是,作为初中教育和高等教育的桥梁的高中教育,虽有发展,步伐却落后于上述二者,逐渐形成"高中教育瓶颈",严重制约了教育事业在"十五"期间的发展.

关键词：中国高中教育改革教育政策教育经费教师待遇

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语文教师的“五福宝地”

中学语文（大语文论坛）（下旬） 2009年第21期 100-101页

作者：秦英凯河南省潢川一中

作为一名称职的语文教师,要以积极健康的心态投入工作,获得事业上的成就感与幸福感,就必须经营好自己的"五福宝地":人文精神的圣地,课堂教学的阵地,减压增知的旅游地,成就创新的自留地,引进项目的处女地。

关键词：语文教师职业素养心理健康

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真菌毒素多重检测技术研究进展

食品科学 2021年第17期42卷 267-274页

作者：陈瑞鹏孙云凤霍冰洋秦英凯李双梁俊周焕英高志贤军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所天津300050 天津科技大学省部共建食品营养与安全国家重点实验室天津300457

真菌毒素分布广、污染重、防控难,从农田到餐桌的全过程均易污染农产品,严重威胁人畜健康和生态环境安全。据统计,农产品真菌毒素的污染中超过75%为多种真菌毒素的混合污染,因此建立高灵敏、高通量的真菌毒素检测技术成为当今食品安全... 详细信息

真菌毒素分布广、污染重、防控难,从农田到餐桌的全过程均易污染农产品,严重威胁人畜健康和生态环境安全。据统计,农产品真菌毒素的污染中超过75%为多种真菌毒素的混合污染,因此建立高灵敏、高通量的真菌毒素检测技术成为当今食品安全检测领域普遍面临的重大挑战。本文综述了近5年真菌毒素多重检测技术的研究进展,主要包括高效液相色谱-串联质谱法、免疫层析法、化学比色法、电化学法、化学发光法、荧光法、拉曼光谱法等,分析了这些方法在真菌毒素多重检测中的应用与亟待解决的问题,并对其未来的发展应用前景进行了展望。

关键词：农产品真菌毒素适配体多重检测

互联网金融背景下大学生“校园贷”调查研究——以辽宁科技大学为例

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今日财富 2019年第5期 214-215页

作者：赵爱珠秦英凯白艳明翟墨笛辽宁科技大学

辽宁科技大学第八期大学生创新创业训练计划-课题名称:此情可'贷'——大学生校园贷问题分析。

关键词：互联网金融风险防范辽宁科技大学

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鸢尾素对阿尔茨海默症的保护作用与机制研究

鸢尾素对阿尔茨海默症的保护作用与机制研究

磁控双色上转换荧光适配体传感器同时检测玉米和燕麦粉中的赭曲霉毒素A与玉米赤霉烯酮

第十三届全国体育科学大会

作者：陈康刘晨秦英凯魏爱丽魏子林王坤王天辉

研究目的:近一个世纪依赖,寿命延长导致人口老龄化问题凸显,显著增加了年龄相关疾病的发病率,其中包括神经退行性疾病。研究表明,衰老与认知障碍有强相关性,且大脑作为人实施行为能力的主要器官,与认知能力降低息息相关。阿尔茨海默症... 详细信息

研究目的:近一个世纪依赖,寿命延长导致人口老龄化问题凸显,显著增加了年龄相关疾病的发病率,其中包括神经退行性疾病。研究表明,衰老与认知障碍有强相关性,且大脑作为人实施行为能力的主要器官,与认知能力降低息息相关。阿尔茨海默症是一种进行性神经退行性疾病,约占痴呆症的80%,影响全球约5500万人。预计到2030年,将有7800万人受阿尔茨海默症困扰,到2050年,则将达到1.39亿人。患阿尔茨海默症不仅对患者家庭还对社会经济造成巨大负担。2018年全球用于痴呆的花费达到10 000亿美元,预计到2030年将会达到20000亿美元。阿尔茨海默症的病理特征包括持久的神经炎症、β-淀粉样蛋白(Aβ)的细胞外沉积、神经元功能障碍、过度磷酸化的tau、神经元内神经原纤维缠结、突触丢失和神经变性等症状。Aβ斑块的沉积可能有助于神经纤维缠结的积累和激活小胶质细胞介导神经炎症的进展,从而导致突触的丧失和神经变性,但目前尚未有任何疗法可以有效逆转在衰老或阿尔茨海默症中观察到的认知障碍。因此,发现延缓衰老的策略可以帮助老年人更好保持认知功能,积极参与日常生活。近期,有多项研究发现规律的体育活动是降低阿尔茨海默症风险的最好方法之一。阿尔茨海默症联合会建议成年人每周进行150分钟的适度有氧运动或75分钟的剧烈有氧运动,以保持正常的心脏功能、血液循环、体重管理和心理健康。有研究发现,运动产生的鸢尾素可以通过多个途径改善认知能力。本研究旨在通过中外文数据库的检索,系统性评价鸢尾素对阿尔茨海默症的作用与机制,为运动改善阿尔茨海默症提供更多的理论依据,并为阿尔茨海默症患者回归正常生活提供更多的可能性。研究方法:检索Web of Science、PubMed、Medline、谷歌学术,万方和中国知网数据库。纳入标准:(1)检索英文关键词"exercise,irisin,Alzheimer's disease,BDNF,neuroprotection,neuroinflammation",检索中文关键词"运动干预,鸢尾素,阿尔茨海默症,大脑功能,神经保护,运动模拟物,炎症"。(2)2023年1月前所发表的所有相关文献。(3)外文文献影响因子大于8,中文文献来源于核心期刊。(4)阿尔茨海默症患者或小鼠所进行的实验都是随机对照实验。最后对检索的文献进行归纳、分析与总结,共纳入97篇文献进行综述。研究结果:(1)鸢尾素通过P13K/Akt和p38MAPK信号通路改善阿尔茨海默症患者的胰岛素抵抗,增加阿尔茨海默症患者机体糖代谢和胰岛素抵抗作用,最终降低阿尔茨海默症的风险因素缓解阿尔茨海默症症状。(2)鸢尾素通过血脑屏障在大脑中刺激脑源性神经因子产生或者通过c AMP→PKA→CREB→BDNF途径促进脑源性神经因子的生成,从而挽救阿尔茨海默症大脑中的突触可塑性,促进神经和突出发生。(3)鸢尾素通过促进大脑脑源性神经因子生成,使脑源性神经因子与其受体TrkB结合并激活ERK-CREB途径。磷酸化的CREB通过竞争CREB结合蛋白-P300来减少NF-κB的激活,从而减少阿尔茨海默症患者脑内炎症,最终降低阿尔茨海默症患者大脑中Aβ蛋白和Tau蛋白的形成。(4)鸢尾素能减轻阿尔茨海默症患者体内血脑屏障的损伤,并降低机体趋化因子CCL2、CCL12和CXCL13水平,最终缓解阿尔茨海默症脑内的炎性微环境,减弱阿尔茨海默症脑中小胶质细胞的激活。(5)鸢尾素刺激细胞外信号调节激酶1/2的瞬时激活,并防止Aβ低聚物诱导的原代海马神经元氧化应激,减少阿尔茨海默症患者脑中的不利因素。(6)鸢尾素促进Gpx4和SCL7A11的表达来抑制阿尔茨海默症患者海马区的铁死亡,进而加强对线粒体的保护作用,保障大脑所需能量的正常供应。研究结论:这项研究对鸢尾素改善阿尔茨海默症的作用与机制进行了总结。我们发现运动诱导的鸢尾素可以对认知功能产生有益影响,以下结论都有对应的研究支持。首先我们发现,鸢尾素通过P13K/Akt和p38MAPK信号通路降低机体胰岛素抵抗水平并加强糖代谢水平,降低阿尔茨海默症的风险因素。其次,鸢尾素通过刺激脑源性神经因子的产生来加强神经保护作用,并改善大脑内的炎症环境降低Aβ蛋白和Tau蛋白的生成。另外,鸢尾素对血脑屏障有一定的保护作用,同样能改善大脑的炎症环境。最终,我们还进一步发现鸢尾素通过改善阿尔茨海默症患者大脑中的铁死亡,进而恢复大脑的能量供应水平。但以上研究的鸢尾素均未临床实验,如果从药物中提取高浓度的鸢尾素则可以在临床实验中测试鸢尾素治疗或预防阿尔茨海默症的效果,以防于年龄相关的认知功能障碍或减缓被诊断为早期阿尔茨海默症患者认知功能下降的进展。

关键词：鸢尾素阿尔茨海默症神经保护神经炎症铁死亡

来源： cnki会议评论

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食品安全质量检测学报 2022年第8期13卷 2580-2588页

作者：秦英凯李双王瑜任舒悦韩殿鹏彭媛周焕英高志贤韩铁军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所天津300050

目的建立磁控双色上转换荧光法同时检测玉米和燕麦粉中赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)与玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)的含量。方法利用溶剂热法合成了两种油酸封端的核壳型上转换纳米材料,通过表面改性法和戊二醛法制备了表面分别偶... 详细信息

目的建立磁控双色上转换荧光法同时检测玉米和燕麦粉中赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)与玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)的含量。方法利用溶剂热法合成了两种油酸封端的核壳型上转换纳米材料,通过表面改性法和戊二醛法制备了表面分别偶联OTA、ZEN适配体的核壳型上转换荧光探针。同时制备了表面原位生长四氧化三铁纳米颗粒的二硫化钼纳米片,作为淬灭剂。OTA、ZEN和适配体特异性结合后,通过磁分离后检测溶液的荧光强度值,从而实现OTA和ZEN的检测。结果在最佳检测条件下,OTA与ZEN的质量浓度在0.05~500.00 ng/mL范围内与两种上转换荧光探针的荧光强度的对数值呈良好的线性关系,相关系数分别为0.9949和0.9972,对OTA的检出限为3.97×10^(-2)ng/mL,对ZEN的检出限为3.11×10^(-2)ng/mL,应用于玉米粉和燕麦粉中OTA和ZEN的检测,加标回收率为91.7%~109.4%。结论该方法检测灵敏度较高,并具有较好的特异性,可用于玉米和燕麦粉中OTA和ZEN的高灵敏检测。

关键词：上转换纳米材料荧光共振能量转移适配体食品安全