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Micro/nano biomedical devices for point-of-care diagnosis of infectious respiratory diseases

Medicine in Novel Technology and Devices 2022年第2期14卷 1-14页

作者： yang Wang Huiren Xu Zaizai Dong Zhiying Wang zhugen yang Xinge Yu Lingqian Chang Key Laboratory for Biomechanics and Mechanobiology Beijing Advanced Innovation Center for Biomedical EngineeringSchool of Biological Science and Medical EngineeringBeihang UniversityBeijing100083China School of Biomedical Information and Engineering Hainan Medical UniversityHaikou471100China School of Water Energy and EnvironmentCranfield UniversityCranfieldMK430ALUnited Kingdom Department of Biomedical Engineering City University of Hong KongHong KongChina

Corona Virus Disease 2019(COVID-19)has developed into a global pandemic in the last two years,causing significant impacts on our daily life in many countries.Rapid and accurate detection of COVID-19 is of great importance to both treatments and pandemic management.Till now,a variety of point-of-care testing(POCT)approaches devices,including nucleic acid-based test and immunological detection,have been developed and some of them has been rapidly ruled out for clinical diagnosis of COVID-19 due to the requirement of mass testing.In this review,we provide a summary and commentary on the methods and biomedical devices innovated or renovated for the quick and early diagnosis of COVID-19.In particular,some of micro and nano devices with miniaturized structures,showing outstanding analytical performances such as ultra-sensitivity,rapidness,accuracy and low cost,are discussed in this paper.We also provide our insights on the further implementation of biomedical devices using advanced micro and nano technologies to meet the demand of point-of-care diagnosis and home testing to facilitate pandemic management.In general,our paper provides a comprehensive overview of the latest advances on the POCT device for diagnosis of COVID-19,which may provide insightful knowledge for researcher to further develop novel diagnostic technologies for rapid and on-site detection of pathogens including SARS-CoV-2.

关键词： COVID-19 Point-of-care testing Micro/nano devices

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Well-structured 3D channels within GO-based membranes enable ultrafast wastewater treatment

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Nano Research 2023年第2期16卷 1826-1834页

作者： Huaqiang Fu Zhe Wang Peng Li Wei Qian Zixin Zhang Xin Zhao Hao Feng zhugen yang Zongkui Kou Daping He School of Materials Science and Engineering Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Hubei Engineering Research Center of RF-Microwave Technology and Application School of ScienceWuhan University of TechnologyWuhan 430070China State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China School of Water Energy and EnvironmentCranfield UniversityCranfield MK430ALUK

Graphene oxide(GO)-based membranes have been widely studied for realizing efficient wastewater treatment,due to their easily functionalizeable surfaces and tunable interlayer structures.However,the irregular structure of water channels within GO-based membrane has largely confined water permeance and prevented the simultaneously improvement of purification performance.Herein,we purposely construct the well-structured three-dimensional(3D)water channels featuring regular and negatively-charged properties in the GO/SiO_(2)composite membrane via in situ close-packing assembly of SiO_(2)nanoparticles onto GO nanosheets.Such regular 3D channels can improve the water permeance to a record-high value of 33,431.5±559.9 L·m^(−2)·h−1(LMH)bar−1,which is several-fold higher than those of current state-of-the-art GO-based membranes.We further demonstrate that benefiting from negative charges on both GO and SiO2,these negatively-charged 3D channels enable the charge selectivity well toward dye in wastewater where the rejection for positive-charged and negative-charged dye molecules is 99.6%vs.7.2%,respectively.The 3D channels can also accelerate oil/water(O/W)separation process,in which the O/W permeance and oil rejection can reach 19,589.2±1,189.7 LMH bar−1 and 98.2%,respectively.The present work unveils the positive role of well-structured 3D channels on synchronizing the remarkable improvement of both water permeance and purification performance for highly efficient wastewater treatment.

关键词： graphene oxide membranes wastewater treatment water channels charge-selectivity

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Scalable fabrication of graphene-assembled multifunctional electrode with efficient electrochemical detection of dopamine and glucose

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Nano Research 2023年第5期16卷 6361-6368页

作者： Xiaodong Ji Xin Zhao Zixin Zhang Yunfa Si Wei Qian Huaqiang Fu Zibo Chen Zhe Wang Huihui Jin zhugen yang Daping He State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China Hubei Engineering Research Center of RF-Microwave Technology and Application Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China School of Information Engineering Wuhan University of TechnologyWuhan 430070China School of Water Energy and EnvironmentCranfield UniversityMilton KeynesMK430ALUK

Conventional glassy carbon electrodes(GCE)cannot meet the requirements of future electrodes for wider use due to low conductivity,high cost,non-portability,lack of flexibility.Therefore,cost-effective and wearable electrode enabling rapid and versatile molecule detection is becoming important,especially with the ever-increasing demand for health monitoring and point-ofcare diagnosis.Graphene is considered as an ideal electrode due to its excellent physicochemical properties.Here,we prepare graphene film with ultra-high conductivity and customize the 3-electrode system via a facile and highly controllable laser engraving approach.Benefiting from the ultra-high conductivity(5.65×10^(5)S·m^(−1)),the 3-electrode system can be used as multifunctional electrode for direct detection of dopamine(DA)and enzyme-based detection of glucose without further metal deposition.The dynamic ranges from 1–200μM to 0.5–8.0 mM were observed for DA and glucose,respectively,with a limit of detection(LOD)of 0.6μM and 0.41 mM.Overall,the excellent target detection capability caused by the ultra-high conductivity and ease modification of graphene films,together with their superb mechanical properties and ease of mass-produced,provides clear potential not only for replacing GCE for various electrochemical studies but also for the development of portable and highperformance electrochemical wearable medical devices.

关键词： graphene film ultra-high conductivity multifunctional electrode point-of-care diagnosis wearable medical devices

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Low sample volume origami-paper-based graphene-modified aptasensors for label-free electrochemical detection of cancer biomarker-EGFR

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Microsystems & Nanoengineering 2020年第1期6卷 982-990页

作者： yang Wang Shuai Sun Jinping Luo Ying Xiong Tao Ming Juntao Liu Yuanyuan Ma Shi Yan Yue yang zhugen yang Julien Reboud Huabing Yin Jonathan MCooper Xinxia Cai State Key Laboratory of Transducer Technology Institute of ElectronicsChinese Academy of SciencesBeijing 100190China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100190China Key laboratory of Carcinogenesis and Translational Research(Ministry of Education) Department of Thoracic Surgery IIPeking University Cancer Hospital&InstituteBeijing 100142China Division of Biomedical Engineering James Watt School of EngineeringUniversity of GlasgowOakfield AvenueGlasgow G128LTUnited Kingdom

In this work,an electrochemical paper-based aptasensor was fabricated for label-free and ultrasensitive detection of epidermal growth factor receptor(EGFR)by employing anti-EGFR aptamers as the bio-recognition element.The device used the concept of paper-folding,or origami,to serve as a valve between sample introduction and detection,so reducing sampling volumes and improving operation convenience.Amino-functionalized graphene(NH 2-GO)/thionine(THI)/gold particle(AuNP)nanocomposites were used to modify the working electrode not only to generate the electrochemical signals,but also to provide an environment conducive to aptamer immobilization.Electrochemical characterization revealed that the formation of an insulating aptamer–antigen immunocomplex would hinder electron transfer from the sample medium to the working electrode,thus resulting in a lower signal.The experimental results showed that the proposed aptasensor exhibited a linear range from 0.05 to 200 ngmL^(−1)(R^(2)=0.989)and a detection limit of 5pgmL^(−1) for EGFR.The analytical reliability of the proposed paper-based aptasensor was further investigated by analyzing serum samples,showing good agreement with the gold-standard enzyme-linked immunosorbent assay.

关键词： electrochemical sample free

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盾尾注浆材料硬化特性对隧道和地层力学响应影响的有限元模拟研究

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北京工业大学学报 2024年第6期50卷 711-723页

作者：路德春刘竹根林庆涛孔凡超杜修力北京工业大学岩土与地下工程研究所北京100124 清华大学土木工程系北京100084

为了探究注浆材料硬化和注浆压力的消散过程对软土地层和隧道衬砌受力变形的影响,以青岛某地铁隧道为背景,考虑盾构机与土体相互作用、衬砌-注浆层-土体相互作用,以及注浆材料硬化和注浆压力消散过程,基于ABAQUS有限元平台建立了盾构施... 详细信息

为了探究注浆材料硬化和注浆压力的消散过程对软土地层和隧道衬砌受力变形的影响,以青岛某地铁隧道为背景,考虑盾构机与土体相互作用、衬砌-注浆层-土体相互作用,以及注浆材料硬化和注浆压力消散过程,基于ABAQUS有限元平台建立了盾构施工精细化的有限元数值仿真模型,并利用实测地层沉降和隧道衬砌的收敛变形验证了数值模型的合理性。同时,对注浆材料初凝时间分别为0、2、6、12 h的数值模型进行了计算,获得了地层和隧道衬砌受力变形随注浆材料硬化过程的发展规律,以及注浆材料硬化特性对地层和隧道衬砌受力变形的影响规律。模拟结果表明:盾尾注浆8 h以内,地层的沉降和水平位移以及隧道衬砌的围岩压力和内力增加显著,注浆时间超过8 h后增加变得缓慢;注浆材料的初凝时间越长,地表沉降、地层水平位移和竖向位移则越大;衬砌拱顶和拱腰的径向收敛越大,拱底径向收敛则越小;衬砌的轴力和弯矩在注浆8 h以内增加显著。

关键词：盾构施工盾尾注浆硬化过程注浆压力消散有限元数值模拟地层变形衬砌力学响应

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鲜烟叶主脉力学特性试验研究

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中国农机化学报 2024年第5期45卷 98-103,110页

作者：李军政王海毕彭柱根段美珍刘从周登峰湖南农业大学机电工程学院长沙市410128 湖南省烟草公司长沙市公司长沙市410000

为研究鲜烟叶在机械手有序抓取过程中的破碎机理,以寸三皮黄烟品种为研究对象,利用万能试验机对新鲜烟叶主脉进行径向、侧向的压缩和剪切力学试验,得到不同作用位置的载荷-位移曲线,并利用Origin软件拟合烟叶主脉最大破碎力和剪切力的... 详细信息

为研究鲜烟叶在机械手有序抓取过程中的破碎机理,以寸三皮黄烟品种为研究对象,利用万能试验机对新鲜烟叶主脉进行径向、侧向的压缩和剪切力学试验,得到不同作用位置的载荷-位移曲线,并利用Origin软件拟合烟叶主脉最大破碎力和剪切力的离散点变化规律曲线。结果表明,烟叶主脉径向和侧向压缩的最大破碎力均值为75.25 N,抗压强度均值为1.175 MPa,压缩弹性模量均值为5.79 MPa;径向和侧向最大剪切力均值为23.04 N,剪切强度均值为0.295 MPa,剪切模量均值为0.56 MPa。对烟株中部叶和下部叶的压缩和剪切力学特性进行比较,发现中部叶破碎和剪切需要施加更大的力。为机械手有序抓取烟叶提供理论基础和设计依据。

关键词：鲜烟叶主脉破碎机理压缩试验剪切试验力学特性

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规划遗产:拉巴特世界文化遗产价值阐释与认知思考

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城市规划 2023年第8期47卷 47-56页

作者：王祝根李百浩南京工业大学建筑学院东南大学中国城镇化促进会东南大学建筑学院中国城市规划学会城市规划历史与理论分会

鉴于规划遗产研究目前在国内尚处于起步阶段,选取拉巴特世界文化遗产为研究对象,基于规划史研究与文化遗产双重视角,在梳理前伊斯兰、伊斯兰、阿拉伯3个历史时代城市发展与建成遗产演变历程的基础上,着重分析了拉巴特法属殖民地时期的... 详细信息

鉴于规划遗产研究目前在国内尚处于起步阶段,选取拉巴特世界文化遗产为研究对象,基于规划史研究与文化遗产双重视角,在梳理前伊斯兰、伊斯兰、阿拉伯3个历史时代城市发展与建成遗产演变历程的基础上,着重分析了拉巴特法属殖民地时期的城市规划实践及特征,认为规划思想、规划制度、规划方法是拉巴特世界文化遗产作为一种规划遗产的核心规划价值表现,进而提出关于规划遗产生成、规划遗产概念、规划遗产类型的认知思考。研究目的旨在借鉴世界文化遗产发展趋势,引发对我国规划遗产问题研究的关注,为建立规划遗产思维提供参照。

关键词：拉巴特世界文化遗产建成遗产城市遗产规划遗产规划文化

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从用地性质到空间权利:城市公共空间分类新思路

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规划师 2022年第11期38卷 84-89页

作者：王祝根李浩何疏悦南京工业大学建筑学院东南大学中国城镇化促进会南京林业大学风景园林学院

我国城市公共空间研究起步相对较晚,理论成果尤其匮乏,城市公共空间的分类概念依旧模糊不清,学界尚未对此展开探讨。文章在分析《城市用地分类与规划建设用地标准》存在问题的基础上,阐述了城市公共空间从用地属性分类向空间权利分类拓... 详细信息

我国城市公共空间研究起步相对较晚,理论成果尤其匮乏,城市公共空间的分类概念依旧模糊不清,学界尚未对此展开探讨。文章在分析《城市用地分类与规划建设用地标准》存在问题的基础上,阐述了城市公共空间从用地属性分类向空间权利分类拓展的缘由,进而立足空间属性特质,从分类基础、分类依据、分类导向3个方面系统论述了城市公共空间分类的拓展思路,并探讨了城市空间的公共性界定标准,结合资源归属权、场所访问权、自由行动权提出了包含三大类、七小类内容的分类建议,以期为探索城市公共空间分类体系和编制城市公共空间规划提供一种新思路。

关键词：城市公共空间空间权利公共空间分类公共空间规划

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核反应堆一回路溶解氢浓度理论计算及影响因素分析

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核科学与工程 2021年第3期41卷 538-543页

作者：刘主根杨魁辽宁红沿河核电有限公司辽宁大连116000

一回路水在反应堆的强辐射条件下会分解,产生的强氧化性产物是引起结构材料和设备腐蚀的重要原因。向其中加入氢气不仅能抑制水的辐照分解,降低水中氧化性辐解产物浓度,还能消除水中的游离氧。本文介绍了利用亨利定律计算一回路溶解氢... 详细信息

一回路水在反应堆的强辐射条件下会分解,产生的强氧化性产物是引起结构材料和设备腐蚀的重要原因。向其中加入氢气不仅能抑制水的辐照分解,降低水中氧化性辐解产物浓度,还能消除水中的游离氧。本文介绍了利用亨利定律计算一回路溶解氢浓度理论值的方法,并通过对比研究了一回路溶解氢浓度的实际测量值与理论计算值的关系,发现理论计算值与实际测量值基本符合,且理论值稍高,其主要原因是氢气具有极强的穿透力,使得一回路中的溶解氢不断地从蒸汽发生器传热管一次侧扩散至二次侧,造成实际氢浓度的下降。一回路溶解氢浓度主要受容控箱内氢气压力的影响,此外,也与一回路换水量、SEC换档及机组调峰有关。结合运行经验,建议一回路溶解氢浓度控制在(30±3)mL/kg范围内,以规避溶解氢浓度短时超限值的风险。

关键词：一回路溶解氢亨利定律影响因素

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城市规划助力城市转型——巴拿马城的规划史考察

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国际城市规划 2023年第6期38卷 103-112页

作者：王祝根辛国庆李百浩南京工业大学建筑学院东南大学中国城镇化促进会东南大学建筑学院

自16世纪初建城至今,巴拿马城经历了5个世纪的城市规划实践,完成了从殖民地城市到国家首都的历史性转变,是国际规划史研究与城市转型研究的典型范例。结合政治变革周期与运河主权演变,本文将巴拿马城的发展进程分为4个历史时期:西班牙... 详细信息

自16世纪初建城至今,巴拿马城经历了5个世纪的城市规划实践,完成了从殖民地城市到国家首都的历史性转变,是国际规划史研究与城市转型研究的典型范例。结合政治变革周期与运河主权演变,本文将巴拿马城的发展进程分为4个历史时期:西班牙殖民时期、哥伦比亚时期、美控运河时期和运河回归时期,完整考察4个历史时期的规划动因与实践行动,并以此为基础对城市规划助力城市转型的历史脉络进行思辨分析,进而对城市规划的实践动力及其与城市空间、社会经济转型的关系作归纳总结与延伸思考。对于国内学界而言,拉丁美洲城市的规划史研究仍属未知领域,对巴拿马城的规划史考察不仅有助于填补空白,而且对城市规划学科将城市转型纳入规划史研究的全过程理论框架,从历史中学习、思考城市转型议题具有参考价值。

关键词：规划史城市规划城市转型规划实践巴拿马城

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