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基于网络和组学方法的产电微生物胞外电子传递研究进展

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生物学杂志 2024年第1期41卷 107-112页

作者：丁德武张鵾何小青谢建明宜春学院数学与计算机科学学院宜春336000 池州学院材料与环境工程学院池州247000 东南大学生物科学与医学工程学院南京210096 东南大学生物电子学国家重点实验室南京210096

介绍产电微生物胞外电子传递(extracellular electron transfer,EET)研究的背景和意义,概述细胞色素c、菌毛蛋白、电子介体等多种分子在EET过程中的作用,综述近年来利用网络方法和组学方法研究产电微生物EET过程的相关工作。从蛋白网络... 详细信息

介绍产电微生物胞外电子传递(extracellular electron transfer,EET)研究的背景和意义,概述细胞色素c、菌毛蛋白、电子介体等多种分子在EET过程中的作用,综述近年来利用网络方法和组学方法研究产电微生物EET过程的相关工作。从蛋白网络、调控网络与整合网络等方面总结网络分析方法在关键电子传递分子识别、电子传递模块挖掘、电子传递途径推断等方面的应用;从基因组、转录组、蛋白组、多组学与宏组学等方面总结使用组学方法识别电子传递基因及其功能分析方面的研究;介绍整合生物网络与组学数据在产电微生物EET过程生物分子协调利用、关键基因与基因簇识别等方面的研究。探讨当前存在的问题,展望未来整合多种生物网络和组学数据开展产电微生物EET研究的方向。

关键词：生物信息学生物网络组学方法胞外电子传递产电微生物

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高效稀土上转换纳米晶体合成

东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 981-989页

作者：王睿梁高林东南大学数字医学工程全国重点实验室南京211189 东南大学生物科学与医学工程学院南京211189 邯郸诺曼科技有限公司邯郸057750

详细介绍了上转换纳米晶体的主要合成方法及其优缺点.共沉淀法具有产率高、易大规模制备等优点,但后续需要煅烧结晶,晶体形貌控制较差.水热/溶剂热法能够制备结晶性良好、尺寸均一的纳米晶体,但其发光性能的可调控性相对较差.热分解法... 详细信息

详细介绍了上转换纳米晶体的主要合成方法及其优缺点.共沉淀法具有产率高、易大规模制备等优点,但后续需要煅烧结晶,晶体形貌控制较差.水热/溶剂热法能够制备结晶性良好、尺寸均一的纳米晶体,但其发光性能的可调控性相对较差.热分解法能够获得粒径均一的纳米晶体,但需要使用预先制备的金属前驱体.晶种介导的高温生长法和阳离子交换法均可优化晶体的形貌与功能,易获得尺寸分布均一、光学性能优异的上转换纳米晶体.通过主体材料优化、纳米晶体结构设计和仿真设计指导等方法,可以有效提高纳米晶体的发光效率,优化后合成的纳米晶体在生物成像和疾病诊断中展示出良好的应用前景.

关键词：上转换纳米晶体发光性能优化纳米晶体合成水热法阳离子交换法

结合生成对抗网络的电阻抗断层成像技术在肺通气监测中的应用

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生物医学工程学杂志 2024年第1期41卷 105-113页

作者：赵明康刘珺郭忠圣陈祥琪张帅郑天予河北工业大学生命科学与健康工程学院天津300130 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 天津市生物电工与智能健康重点实验室天津300130

电阻抗断层成像(EIT)技术在肺通气监测和区域性肺功能检测中发挥着重要作用。然而,EIT算法固有的病态特性导致从含有噪声的电压数据中求解电导率时存在明显偏差,难以获得准确的电导率变化分布图像以及清晰的边界轮廓。为了提高EIT在肺... 详细信息

电阻抗断层成像(EIT)技术在肺通气监测和区域性肺功能检测中发挥着重要作用。然而,EIT算法固有的病态特性导致从含有噪声的电压数据中求解电导率时存在明显偏差,难以获得准确的电导率变化分布图像以及清晰的边界轮廓。为了提高EIT在肺通气监测中的成像质量,本文提出将EIT算法与深度学习算法相结合的方法。首先,引用优化因子对卡尔曼滤波算法进行修正并将吉洪诺夫(Tikhonov)正则化引入算法的状态空间表达式,以获得初始肺部重建图像;其次将初始成像结果输入生成对抗网络模型,以重构出精确的肺部轮廓。仿真实验结果表明,该方法生成的肺部图像边界清晰,对噪声具有更强的鲁棒性,基本实现了可视化的效果,可为计算机断层扫描等影像的诊断提供参考意义。

关键词：电阻抗断层成像卡尔曼滤波生成对抗网络图像重建

激光-热处理复合工艺制备油水分离表面及性能研究

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表面技术 2024年第10期53卷 216-229页

作者：刘超余忠杰王泰源冶孟琦王青华东南大学机械工程学院南京211189 江苏省微纳生物医疗与器械设计与制造重点实验室南京211189

目的研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法。方法首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调... 详细信息

目的研发一种高效、低成本的激光-热处理复合工艺,制备具有油水分离性能的泡沫铜表面,为石油污染的净化提供一种有效的参考方法。方法首先利用纳秒激光在泡沫铜表面上诱导出多级微纳米结构,然后将泡沫铜放入低温烘箱中加热处理,通过调控激光参数和热处理相互作用制备出了超疏水超亲油泡沫铜表面,并使用扫描电子显微镜、光电子能谱仪和接触角测量仪,对激光加工前后泡沫铜表面的微纳结构、表面化学元素组成和油水在表面的润湿性进行了表征。结果泡沫铜表面经纳秒激光加工后诱导生成的多级微纳结构受到包括激光扫描速率、激光加工功率和扫描间距等激光加工参数的显著影响。同时,配合低温热处理工艺,激光制备泡沫铜表面的化学成分快速转变,表面能显著降低,使得泡沫铜表面获得了超疏水超亲油的润湿特性。本工作制备的泡沫铜表面在空气中的最大水接触角为158.5°,油接触角为0°。并利用油水分离试验装置验证了激光-热处理复合工艺制备的超疏水超亲油泡沫铜表面可以使油和水选择性通过,分离效率超过90%。结论激光-热处理复合工艺制备的具有多级微纳结构的泡沫铜表面具备优异的超疏水超亲油特性,展现出了良好的油水分离性能,有望实现海洋生态中石油污染的净化。

关键词：激光加工泡沫铜微纳结构超疏水超亲油表面油水分离

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静电纺纳米纤维表面形貌的制备及其生物医学应用

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复合材料学报 2024年第5期41卷 2236-2248页

作者：文美玲高翔刘阳安美文太原理工大学生物医学工程学院生物医学工程研究所材料强度与结构冲击山西省重点实验室太原030024 太原理工大学生物医学工程学院纳米生物材料与再生医学研究中心太原030024

通过模仿天然细胞外基质的成分和结构特性对材料表面形貌进行设计与调控,可获得新型仿生材料,并广泛应用于生物医学领域。其中,静电纺纳米纤维通过调控孔隙率、比表面积及微纳米结构等,可以模拟天然细胞外基质的结构,实现其生物功能。... 详细信息

通过模仿天然细胞外基质的成分和结构特性对材料表面形貌进行设计与调控,可获得新型仿生材料,并广泛应用于生物医学领域。其中,静电纺纳米纤维通过调控孔隙率、比表面积及微纳米结构等,可以模拟天然细胞外基质的结构,实现其生物功能。本文将提供不同表面形貌电纺纤维的概述。首先介绍静电纺丝的原理、设备和参数,然后讨论电纺纤维的4种表面形貌:纳米孔、串晶、沟槽和皱缩结构的制备原理、方法及在生物医学领域的应用,并对该领域相关研究和研究现状进行评价。

关键词：静电纺丝纤维材料表面形貌生物医学应用组织工程

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力学生物学研究热点与新兴趋势

四川大学学报（医学版） 2024年第1期55卷 1-5页

作者：赵川榕王湘秀王贵学重庆大学生物工程学院生物流变科学与技术教育部重点实验室血管植入物开发国家地方联合工程实验室重庆400045 金凤实验室重庆401329

力学生物学主要探讨细胞如何感知不同的机械力学刺激、细胞内力学传导过程以及力学信号如何决定细胞的行为及命运等一系列重要的生理病理过程。从胚胎发生的最初阶段,到发育生物学和再生医学,乃至整个生命过程,力学生物学中力学信号级... 详细信息

力学生物学主要探讨细胞如何感知不同的机械力学刺激、细胞内力学传导过程以及力学信号如何决定细胞的行为及命运等一系列重要的生理病理过程。从胚胎发生的最初阶段,到发育生物学和再生医学,乃至整个生命过程,力学生物学中力学信号级联反应和细胞力学响应在生物医学研究中具有重要意义。近年来,力学生物学领域的研究蓬勃发展,全球多个科学联合体从不同角度解析力学生物学过程,以期深入了解力学因素影响细胞命运决定的调控机制。本文对力学生物学领域近期研究热点(包括动脉血管、干细胞和离子通道等)进行了概括和评述,对潜在的新兴趋势(如核变形、纤维细胞外基质、肿瘤力学生物学、细胞力转导和压电型机械敏感离子通道等)进行了展望和探讨,同时对该领域中机制研究的局限性和大数据分析挖掘的重要性提出了新的见解,为把握力学生物学领域热点和探索新的研究方向提供客观支撑和系统框架。

关键词：力学生物学动脉离子通道力传导 YAP信号蛋白综述

基于Nano-ICG增强巨噬细胞活体光声成像的急性呼吸道炎症无创定量评估

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中国激光 2024年第9期51卷 181-189页

作者：张建梁超豪罗志佳孟凡张艺晴王倩广州医科大学生物医学工程学院医学影像创新实验室广东广州511436 广州医科大学附属第一医院呼吸疾病国家重点实验室广东广州510120

巨噬细胞作为炎症阶段的主要吞噬细胞,其高表达是急性呼吸道炎症发展过程的临床特征之一。目前还没有一种成像方法能够以深组织穿透性和高分辨率的方式呈现巨噬细胞在急性炎症中的表达。以吲哚菁绿纳米颗粒(Nano-ICG)作为一种高效的光... 详细信息

巨噬细胞作为炎症阶段的主要吞噬细胞,其高表达是急性呼吸道炎症发展过程的临床特征之一。目前还没有一种成像方法能够以深组织穿透性和高分辨率的方式呈现巨噬细胞在急性炎症中的表达。以吲哚菁绿纳米颗粒(Nano-ICG)作为一种高效的光声成像(PAI)增强造影剂,评估了急性呼吸道炎症中巨噬细胞的表达量。激光共聚焦显微镜下的成像效果证实,Nano-ICG能够快速地被巨噬细胞吞噬。利用Nano-ICG增强光声成像效果后,气管内的PAI结果显示了巨噬细胞在炎症后气管壁上的分布区域。Nano-ICG增强的光声成像能够无创、定量地评估急性呼吸道炎症的发展程度,有望为呼吸疾病相关基础研究和临床诊疗提供新的影像技术支持。

关键词：医用光学光声成像急性呼吸道炎症吲哚菁绿纳米颗粒巨噬细胞

水泥基材料中Ca^(2+)对矿化微生物的碳酸酐酶产量、活性和矿化的影响

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材料导报 2024年第8期38卷 131-136页

作者：张俊杰陈燕强钱春香东南大学材料科学与工程学院南京211189 东南大学绿色建材与固碳研究中心南京211189 中国建筑行业微生物矿化技术重点实验室南京211189 东南大学江苏省土木工程材料重点实验室南京211189

本工作针对一种适用于水泥基材料的耐碱矿化微生物,研究了水泥基材料中Ca^(2+)浓度变化(0~5 mmol/L)对矿化微生物的产酶量、碳酸酐酶活性以及诱导CaCO_(3)矿化能力的影响。对分离纯化不同Ca^(2+)浓度菌液中的碳酸酐酶进行酶产量测定,并... 详细信息

本工作针对一种适用于水泥基材料的耐碱矿化微生物,研究了水泥基材料中Ca^(2+)浓度变化(0~5 mmol/L)对矿化微生物的产酶量、碳酸酐酶活性以及诱导CaCO_(3)矿化能力的影响。对分离纯化不同Ca^(2+)浓度菌液中的碳酸酐酶进行酶产量测定,并通过测定矿化微生物的细菌生长曲线和单菌产酶量分析Ca^(2+)浓度对其的影响机理;基于酯酶法测定不同Ca^(2+)浓度下碳酸酐酶的活性,并利用FTIR测定官能团,分析二级结构变化和氢键变化,进而得到Ca^(2+)浓度对碳酸酐酶活性的影响机理;最后基于热重分析不同Ca^(2+)浓度溶液中矿化微生物的诱导矿化能力,并测定矿化产物晶形。试验结果表明,当Ca^(2+)浓度为2.5 mmol/L时,矿化微生物生长增殖最快,单菌产酶量最高,因此整体酶产量最高;碳酸酐酶活性在Ca^(2+)浓度为5 mmol/L时达到最大值,但Ca^(2+)会破坏碳酸酐酶结构的有序性;当Ca^(2+)浓度为5 mmol/L时,矿化微生物的诱导矿化能力最强,矿化3 d后Ca(OH)_(2)向CaCO_(3)的转化率达到82.67%,且得到的CaCO_(3)晶体形貌主要为球状或椭圆状。

关键词：矿化微生物碳酸酐酶酶产量酶活性诱导矿化

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重症哮喘的代谢及细胞特征研究

生物化学与生物物理进展 2024年

作者：江晨蓉陈智鸿刘宏德东南大学生物科学与医学工程学院数字医学工程全国重点实验室复旦大学附属中山医院呼吸与危重医学科

目的哮喘是常见的慢性气道炎性疾病，重症哮喘是哮喘诊治中关注的重点。哮喘发病中，免疫细胞参与并发生改变；几种脂类代谢物可作为其诊断标志物。本研究在代谢和细胞层面，探讨了重症哮喘的特征。方法鉴定了重症哮喘(41例)和对照(18... 详细信息

目的哮喘是常见的慢性气道炎性疾病，重症哮喘是哮喘诊治中关注的重点。哮喘发病中，免疫细胞参与并发生改变；几种脂类代谢物可作为其诊断标志物。本研究在代谢和细胞层面，探讨了重症哮喘的特征。方法鉴定了重症哮喘(41例)和对照(18例)血液样本中差异的代谢物和通路；识别了血液中免疫细胞的种类和比例(5例重症和3例对照)；研究了差异代谢通路在单细胞中的特征。结果相比于对照(健康)，28种代谢物的丰度在重症哮喘患者血液中增加，13种代谢物丰度降低(P ≤ 0.05)；差异代谢物富集于4条通路：鞘脂代谢、甘油磷脂代谢、烟酸和烟酰胺代谢、组氨酸代谢。其中，有13种差异代谢物可以作为重症哮喘诊断的标志物，如L-谷氨酸(AUC=0.809)、烟酰胺(AUC=0.886)、植物鞘氨醇(AUC=0.882)、鞘氨醇(AUC=0.893)等。在单细胞分析中，鉴定出了5种主要细胞类型(CD4+T细胞、CD8+T细胞、NK细胞、B细胞和单核细胞)，NK细胞的数量在重症哮喘患者中增加；重症哮喘具有更加频繁的细胞通讯，其CD8+T细胞与其他细胞通讯密集，而在健康样本中，密集通讯的细胞主要为单核细胞。单样本基因富集分析(ssGSEA)表明，重症样本中，4条富集了差异代谢物的通路，在CD4+T和CD8+T细胞中具有更低的得分(P ≤ 0.01)，推测这些通路相关的基因表达在这两种细胞中被抑制，被抑制的基因包括DGKA、NT5C3A等，这些基因与免疫过程相关。我们观察到这些基因在调节T细胞信号传导、活化、分化及免疫应答中发挥关键作用。结论 L-谷氨酸、烟酰胺、植物鞘氨醇、鞘氨醇可以作为重症哮喘诊断的生物标志物；重症哮喘相关通路的基因，在CD4+T和CD8+T细胞中被抑制表达。

关键词：重症哮喘代谢组单细胞转录组生物标志物细胞类型