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Influence of light pattern thickness on the manipulation of dielectric microparticles by optoelectronic tweezers

Photonics Research 2022年第2期10卷 550-556页

作者： shuailong zhang Mohamed Elsayed Ran Peng Yujie Chen Yanfeng zhang Steven L.Neale Aaron R.Wheeler School of Mechatronical Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Beijing Advanced Innovation Center for Intelligent Robots and Systems Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China Department of Chemistry University of TorontoTorontoOntario M5S 3H6Canada Institute of Biomedical Engineering University of TorontoTorontoOntario M5S 3G9Canada Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research University of TorontoTorontoOntario M5S 3E1Canada Department of Marine Engineering Dalian Maritime UniversityDalian 116026China State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies School of Electronics and Information TechnologySun Yat-sen UniversityGuangzhou 510275China James Watt School of Engineering University of GlasgowGlasgow G128QQUK

Optoelectronic tweezer(OET) is a useful optical micromanipulation technology that has been demonstrated for various applications in electrical engineering and most notably cell selection for biomedical engineering. In this work, we studied the use of light patterns with different shapes and thicknesses to manipulate dielectric microparticles with OET. It was demonstrated that the maximum velocities of the microparticles increase to a peak and then gradually decrease as the light pattern’s thickness increases. Numerical simulations were run to clarify the underlying physical mechanisms, and it was found that the observed phenomenon is due to the co-influence of horizontal and vertical dielectrophoresis forces related to the light pattern’s thickness. Further experiments were run on light patterns with different shapes and objects with different sizes and structures. The experimental results indicate that the physical mechanism elucidated in this research is an important one that applies to different light pattern shapes and different objects, which is useful for enabling users to optimize OET settings for future micromanipulation applications.

关键词： pattern dielectric light

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Targeting DNA-PKcs promotes anti-tumoral immunity via triggering cytosolic DNA sensing and inducing an inflamed tumor immuno-microenvironment in metastatic triple-negative breast cancer

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Genes & Diseases 2023年第5期10卷 1809-1811页

作者： Chao Ma Yuanhua Qin Ying Wang Chuanliang Zhu Xingjie Gao Pingping zhang Yupeng Gu shuailong zhang Jintao Lin Jiahui Wang Weifeng Mao College of Basic Medical Sciences Dalian Medical UniversityDalianLiaoning 116044China Liaoning Provincial Key Laboratory of Medical Molecular Biology DalianLiaoning 116044China

Triple-negative breast cancer(TNBC)is highly malignant and refractory to immunotherapy through impeding the immune cell infiltration and inflammation in the tumor microenvironment(TME).1 DNA-dependent protein kinase catalytic subunit(DNA-PKcs)is a member of the phosphatidylinositol 3-kinase-related kinase family,which is required for the non-homologous end joining repair.2 The effect of DNA-PKcs on the generation of cytosolic DNA and inflammation response in tumor immuno-environment is not defined.We found a specific DNA-PKcs inhibitor,NU7441,induced cytosolic DNA,stimulator of interferon genes(STING),and retinoic acid-inducible gene I(RIG-I)signals in vitro.In Balb/c immune-competent mice bearing 4T1 TNBC cells,NU7441 impaired the tumor growth and metastasis,and increased the CD45+leukocytes,CD4+T cells,CD8+T cells,and CD1a+antigen-presenting cells,as well as MHC-I and interferon alpha receptor(IFNAR)in TME.However,in Balb/c athymic nude mice without IFNAR and CD8+T cells in TME,NU7741 did not influence tumor growth.These results show that inhibition of DNA-PKcs triggers cytosolic DNA sensing and induces an inflamed TME to promote anti-tumoral immunity,which provides a strategy to alter the inflammation and lymphocyte infiltration in TME to increase the efficacy of immunotherapy in TNBC and other cancers with an immune-suppressive TME.

关键词： immunity inflammation interferon

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Biomembrane-inspired design of medical micro/nanorobots:From cytomembrane stealth cloaks to cellularized Trojan horses

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Aggregate 2023年第5期4卷 63-95页

作者： Jinhua Li Huaijuan Zhou Chun Liu shuailong zhang Ran Du Yulin Deng Xuenong Zou School of Medical Technology Beijing Institute of TechnologyBeijingChina Advanced Research Institute of Multidisciplinary Sciences Beijing Institute of TechnologyBeijingChina Center for Translational Medicine Precision Medicine InstituteThe First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen UniversityGuangzhouChina Guangdong Provincial Key Laboratory of Orthopedics and Traumatology Department of Spinal SurgeryThe First Affiliated Hospital of Sun Yat-sen UniversityGuangzhouChina School of Mechatronical Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijingChina School of Materials Science&Engineering Key Laboratory of High Energy Density Materials of the Ministry of EducationBeijing Institute of TechnologyBeijingChina School of Life Science Beijing Institute of TechnologyBeijingChina

Micro/nanorobots are promising for a wide range of biomedical applications(such as targeted tumor,thrombus,and infection therapies in hard-to-reach body sites)because of their tiny size and high maneuverability through the actuation of external fields(e.g.,magnetic field,light,ultrasound,electric field,and/or heat).However,fully synthetic micro/nanorobots as foreign objects are susceptible to phagocytosis and clearance by diverse phagocytes.To address this issue,researchers have attempted to develop various cytomembrane-camouflaged micro/nanorobots by two means:(1)direct coating of micro/nanorobots with cytomembranes derived from living cells and(2)the swallowing of micro/nanorobots by living immunocytes via phagocytosis.The camouflaging with cytomembranes or living immunocytes not only protects micro/nanorobots from phagocytosis,but also endows them with new characteristics or functionalities,such as prolonging propulsion in biofluids,targeting diseased areas,or neutralizing bacterial toxins.In this review,we comprehensively summarize the recent advances and developments of cytomembrane-camouflaged medical micro/nanorobots.We first discuss how cytomembrane coating nanotechnology has been employed to engineer synthetic nanomaterials,and then we review in detail how cytomembrane camouflage tactic can be exploited to functionalize micro/nanorobots.We aim to bridge the gap between cytomembrane-cloaked micro/nanorobots and nanomaterials and to provide design guidance for developing cytomembrane-camouflaged micro/nanorobots.

关键词： camouflage cell membranes immune cells medical micromotors targeted drug delivery

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模块化多电平变换器改进两段式模型预测控制

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电力自动化设备 2024年第4期44卷 96-104页

作者：李天皓姚磊张帅龙上海理工大学机械工程学院上海200093 国网河南省电力公司西平供电公司河南驻马店463900

基于有限控制集的模型预测控制应用于模块化多电平变换器(MMC)时通常会暴露出计算复杂与交流侧输出电流严重失真等问题。提出一种双矢量优化谐波电流模型预测控制策略,即改进两段式模型预测控制,可减少开关状态组合计算量,进一步优化交... 详细信息

基于有限控制集的模型预测控制应用于模块化多电平变换器(MMC)时通常会暴露出计算复杂与交流侧输出电流严重失真等问题。提出一种双矢量优化谐波电流模型预测控制策略,即改进两段式模型预测控制,可减少开关状态组合计算量,进一步优化交流侧输出电流。推导了MMC离散数学模型,并构建无权重因子的代价函数,通过计算实际电流与参考电流包围的最小面积重新定义同一周期内两阶段开关信号的占空比,并引入一种附加冗余子模块的方法抑制桥臂环流,接着提出一种败者树多路归并排序算法均衡电容电压。在MATLAB/Simulink平台搭建三相23电平MMC仿真模型验证该策略的有效性。相比于两段式模型预测控制,所提策略的交流侧输出电流跟踪更加精准,谐波畸变率更小。

关键词：模块化多电平变换器改进两段式模型预测控制附加冗余子模块电容电压均衡总谐波畸变率

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基于藤Copula理论的海上风电建模及电力市场运行分析

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电力系统自动化 2024年第11期48卷 134-142页

作者：张帅龙郑可迪刘学程兰芬唐翀陈启鑫清华大学电机工程与应用电子技术系北京市100084 新型电力系统运行与控制全国重点实验室(清华大学) 北京市100084 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510663

海上风电因具有更高的发电利用小时数,将成为中国实现“碳中和·碳达峰”的重要技术选项。随着海上风电装机容量的不断提升,其出力的间歇性、波动性将对电力系统的安全稳定和电力市场的经济运行造成显著影响。为刻画不同站点间风速的相... 详细信息

海上风电因具有更高的发电利用小时数,将成为中国实现“碳中和·碳达峰”的重要技术选项。随着海上风电装机容量的不断提升,其出力的间歇性、波动性将对电力系统的安全稳定和电力市场的经济运行造成显著影响。为刻画不同站点间风速的相关性,基于藤Copula理论对海上风电的出力进行建模,并利用C藤Copula函数构建多风电场出力的联合分布模型。在此基础上,提出基于共识聚类的电力市场典型阻塞场景构建方法,并采用简化的中国广东省电网架构数据开展算例仿真计算,对大规模海上风电并网前后电力系统的发电结构、碳排放量、市场电价等关键指标的变化进行实证分析。

关键词：海上风电不确定性电力现货市场节点边际电价

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基于改进YOLOv5的安全帽检测方法

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重庆科技学院学报（自然科学版） 2024年第2期26卷 68-75页

作者：张家旗杨波郭帅龙马海娟杨鑫重庆科技学院电气工程学院重庆401331

针对现有安全帽检测方法普遍存在的复杂场景下小目标检测效果差、容易出现错检漏检情况、鲁棒性较低等问题,提出基于改进YOLOv5的安全帽检测方法。在主干网络中添加SimAM注意力机制,使模型在不额外增加参数的前提下对三维特征点的不同... 详细信息

针对现有安全帽检测方法普遍存在的复杂场景下小目标检测效果差、容易出现错检漏检情况、鲁棒性较低等问题,提出基于改进YOLOv5的安全帽检测方法。在主干网络中添加SimAM注意力机制,使模型在不额外增加参数的前提下对三维特征点的不同重要性进行表征和强化;在颈部网络中增加小目标检测层,以丰富目标细粒度信息;使用Decoupled-Head代替原模型的YOLOHead模块,将分类、回归任务分离进行。实验结果表明,该方法的平均精度均值达到93.17%,能够满足复杂场景下的安全帽检测要求。

关键词： YOLOv5 安全帽检测小目标注意力机制细粒度信息

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新型巴马小型猪颈总动脉狭窄模型的建立方法及效果评价

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中华神经外科杂志 2024年第3期40卷 299-304页

作者：史帅龙龙树海余笋时程程马骥张丹丹李晓李娟韩新巍李腾飞郑州大学第一附属医院放射介入科郑州大学介入治疗研究所郑州450052 郑州大学第一附属医院病理科郑州450052

目的探索新型巴马小型猪颈总动脉狭窄模型的建立方法并评价其模型建立(简称建模)的效果.方法以9只广西巴马小型猪为研究对象,8只实验猪术前给予高脂、高盐饲料喂养,并于喂养8周后在全身麻醉下经股动脉入路采用活组织检查(简称活检)钳... 详细信息

目的探索新型巴马小型猪颈总动脉狭窄模型的建立方法并评价其模型建立(简称建模)的效果.方法以9只广西巴马小型猪为研究对象,8只实验猪术前给予高脂、高盐饲料喂养,并于喂养8周后在全身麻醉下经股动脉入路采用活组织检查(简称活检)钳损伤颈总动脉内膜的方法构建动脉狭窄模型,术后继续给予高脂、高盐饲料喂养;另1只为空白对照猪.于入组时、喂养8周,以及术后6、12、18和24周进行实验猪体质量、血总胆固醇(TC)及血三酰甘油(TG)的检测并观察变化.在术后24周应用数字减影血管造影(DSA)评估实验猪颈总动脉狭窄形成情况并测量血管的最大狭窄率;应用血管内超声(IVUS)和光学相干断层扫描成像(OCT)分别对狭窄处管腔内部进行观察并测算血管管腔阻塞程度和内膜增生面积;对9只小型猪处死后标本组织进行病理学检查,观察内膜增生情况和病理学特点.结果入组后实验猪体质量逐渐增加(F=977.97,P<0.001);TC和TG水平于喂养8周后显著升高(均P<0.05),之后趋于稳定.术后24周DSA证实8只实验猪颈总动脉狭窄模型全部建模成功,最大狭窄率为(55.63±10.89)%;IVUS与OCT均证实狭窄处血管内膜明显增生,测得的血管内膜增生面积[分别为(6.84±1.14)mm2和(7.13±1.27)mm2]和血管管腔阻塞程度[分别为(58.38± 10.72)%和(59.88±9.36)%]的差异均无统计学意义(t值分别为-0.48和-0.30,P值分别为0.641和0.770).建模成功实验猪血管的组织病理学检查显示,管腔狭窄为明显增生的血管内膜所致,并可见部分内弹力膜断裂,增生内膜以平滑肌细胞、胶原纤维及蛋白聚糖沉积为主,其中胶原成分显著多于蛋白聚糖成分.结论通过高脂、高盐饲料喂养联合血管内钳夹活检损伤颈总动脉内膜的方式可成功建立巴马小型猪颈总动脉狭窄模型,其操作相对简便和安全.

关键词：颈总动脉狭窄疾病模型猪,雏型活组织检查钳

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Isolated atomic catalysts encapsulated in MOF for ultrafast water pollutant treatment

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Nano Research 2021年第7期14卷 1287-1293页

作者： shuailong Guo Hao Yuan Wei Luo Xiaoqing Liu Xiantao zhang Haoqing Jiang Feng Liu Gary J.Cheng The Institute of Technological Sciences Wuhan UniversityWuhan430072China Birck Nanotechnology Centre School of Industrial EngineeringPurdue UniversityWest LafayetteIN47906USA School of Power and Mechanical Engineering Wuhan UniversityWuhan430072China Center for materials research and analysis Wuhan University of TechnologyWuhan430072China

Atomic noble metals stand as one of the most advanced catalysts because of their unique properties and interaction with the reactants.However,due to their high activity,noble atomic catalysts tend to aggregate and deactivate in practical application.Moreover,supports aimed to disperse these atomic catalysts often suffer from weak confinement and poor porosity,thus limited the catalytic efficiency of noble atoms.Here,we report the facile encapsulation of atomic noble catalyst in cheap cerous metal-organic framework(Ce-MOF)crystals to create a robust catalyst that could deliver high catalytic performance for the reduction of 4-nitrophenol without decay in long-term cycling test.Specifically,Au atoms encapsulated in Ce-MOF exhibited ultrahigh turnover frequency(TOF)of 131 min−1 for the reduction of 4-nitrophenol in minutes,consuming only 10%precious metals compared with state-of-the-art catalysts operated under same condition.

关键词： atomic catalysts metal-organic framework reduction of 4-nitrophenol porous

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基于刚性折纸的新型可折展移动机器人折展原理分析及验证

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机械工程学报 2022年第23期58卷 75-87页

作者：杨富富卢帅龙宋亚庆张俊姚立纲福州大学机械工程及自动化学院福州350108 福建省制造业数字化设计工程研究中心福州350108 上海师范大学信息与机电工程学院上海200234

针对现有轮式机器人的本体相对固定无法适应复杂环境的问题,将自由度较少、折展比大的刚性折纸机构与高效的轮式运动相结合,提出一种新型可折展移动机器人机构,提升了移动机器人在复杂环境下的通过性能。对此机构折展原理进行分析,得到... 详细信息

针对现有轮式机器人的本体相对固定无法适应复杂环境的问题,将自由度较少、折展比大的刚性折纸机构与高效的轮式运动相结合,提出一种新型可折展移动机器人机构,提升了移动机器人在复杂环境下的通过性能。对此机构折展原理进行分析,得到机器人三维尺寸与驱动角之间的关系,并通过建立简化模型,对动力学进行研究,得到不同位置的驱动力矩随驱动角的变化,从而得到最优驱动布置方案,之后通过运动协调算法研究,实现了机器人移动与折展协调运动,使其能够在复杂环境中高效运动。最后搭建物理样机以及控制系统,并通过试验验证机器人的移动及折展性能。结果表明,该可折展移动机器人具有三维折展比大,运动灵活高效的优点,可通过切换姿态适应复杂路径,有望在探测、检测以及救援等工程领域得到应用。

关键词：刚性折纸可展移动机器人折展原理样机试验

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光电镊——一种用途广泛的微纳操作工具

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电子与信息学报 2023年第12期45卷 4566-4575页

作者：张帅龙李恭李凤刚徐冰睿李航符荣鑫北京理工大学机电学院北京100081 北京市智能机器人与系统高精尖创新中心北京100081 北京理工大学医工融合研究院北京100081 北京理工大学仿生机器人与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学医学技术学院北京100081

光电镊(OET)是一种基于光致介电泳效应的微尺度光操控技术,可在流体场、光电场、生物力场耦合的复杂环境下对微小目标进行精准操控,在细胞操作、微机械系统等领域有着重要的应用。光电镊技术可以单独使用或与其他技术协同使用,应用十分... 详细信息

光电镊(OET)是一种基于光致介电泳效应的微尺度光操控技术,可在流体场、光电场、生物力场耦合的复杂环境下对微小目标进行精准操控,在细胞操作、微机械系统等领域有着重要的应用。光电镊技术可以单独使用或与其他技术协同使用,应用十分广泛。迄今为止,基于光电镊的研究主要集中在:微纳米材料的操作、组装和合成;单个细胞/分子的操作、分离和分析;细胞固有特性的分析和获取;细胞的电穿孔、融合和裂解;细胞封装生物材料和生物结构的制备;流体传输的光流体器件的开发。这些工作展示了光电镊技术优越的性能和独特的通用性和灵活性。该文系统地介绍了光电镊技术的现有应用,总结了该技术的应用前景、局限性及发展趋势。

关键词：光操控微机械光电镊微操作介电泳

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