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集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的电解析氢自支撑薄膜催化剂

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第7期62卷 287-295页

作者：赵万成马加朋田栋康宝涛夏方诠成婧吴亚军王梦遥武刚济南大学化学化工学院山东济南250022 纽约州立大学布法罗分校化学与生物工程系纽约美国

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还... 详细信息

氢气是一种重要的能量储存载体.通过电解水析氢的方式,可以将其他可再生能源转化为电能,并以化学能的形式储存于氢气中.为了提高电解析氢过程的能量转化效率、降低能耗,需要高活性的析氢催化剂.这些催化剂不仅应具有巨大的比表面积,还应具备适中的氢吸附能和较强的解离水的能力.铂基催化剂在电解析氢方面展现出了显著的优势,而同族的镍基催化剂因其高性价比而备受关注.然而,在电解析氢过程中,镍基催化剂存在氢吸附强度高和解离水能力弱两个重要缺陷,这导致析氢过程动力学不理想.因此,本文的研究思路是探索如何在镍基催化剂中引入功能性组分,以平衡氢吸附能和催化水解离的能力,从而实现析氢性能的提升.研究表明,碳纳米管(CNTs)可以改善催化剂的电解析氢性能,而Ni(OH)_(2)则可以提升催化剂解离水的能力.因此,本文采用复合电沉积法制得CNTs-Ni薄膜,并通过原位氧化在其表面形成Ni-Ni(OH)_(2)异质结构,构建了包含CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)两种功能组分的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)薄膜.该薄膜展现出与Pt/C相当的析氢活性和更出色的稳定性.微观形貌分析显示,CNTs的引入使CNTs-Ni薄膜具有复杂的三维结构,镍以高度褶皱的微球形态均匀负载在CNTs表面,形成巨大的比表面积.电化学测试和模拟计算结果证实,CNTs-Ni薄膜的析氢活性较纯镍有显著提高,这归因于其巨大的电化学活性面积以及CNTs对析氢过程动力学的积极影响.当优化沉积时间和CNTs表面镍的负载量时,CNTs-Ni薄膜的电化学活性面积和析氢活性均得到显著提升.进一步氧化处理后,通过X射线光电子能谱和X射线衍射等测试手段证实了Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的形成,并观察到电化学活性面积的增大和析氢活性的改善.此外,深入研究发现,随着氧化时间的延长,单位电化学活性面积上的析氢活性出现下降.结合析氢过程的背景电流分析推测,在析氢过程中CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)表面发生氢氧化镍的还原,重新生成的镍活性位点对提升析氢过程动力学起到关键作用.但过长的氧化时间可能会破坏镍活性位点的再生.基于此理论构建的计算模型验证了CNTs和异质结构对析氢活性的协同增强作用,使氢的吸附自由能达到理想值,理论上氢在复合薄膜表面的析出过电位接近于0 V.因此,在碱性溶液中,集成有CNTs和Ni-Ni(OH)_(2)异质结构的CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)析氢催化剂表现出优异的性能,其氢气起始析出电位为0 V,当阴极电流密度分别为10和50 mA/cm^(2)时,析氢过电位也仅为65和109 mV.综上所述,本文通过复合电沉积和原位氧化的方式获得了CNTs-Ni-Ni(OH)_(2)自支撑析氢催化剂,不仅体现出明显的几何效应,而且也对析氢过程的动力学产生了积极影响.这种整合多种功能性组分的方式,为未来设计和制备高活性、高性价比的电解析氢材料提供了新的思路.

关键词： Ni-Ni(OH)_(2)异质结构电解催化剂析氢反应碳纳米管吸附自由能

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火龙果皮花青素生物转化菌株筛选及工艺优化

中国酿造 2024年第1期43卷 197-202页

作者：程水明李露欣刘杰凤广东石油化工学院生物工程系广东茂名525000

该研究以火龙果皮粉为发酵基质,采用20种食用真菌进行发酵,通过监测发酵后发酵液中花青素含量的变化,筛选出转化效率高的供试菌株作为火龙果皮发酵菌株,并采用响应面法优化其发酵工艺。结果表明,20种食用真菌中,经蜜环菌(Armillaria mel... 详细信息

该研究以火龙果皮粉为发酵基质,采用20种食用真菌进行发酵,通过监测发酵后发酵液中花青素含量的变化,筛选出转化效率高的供试菌株作为火龙果皮发酵菌株,并采用响应面法优化其发酵工艺。结果表明,20种食用真菌中,经蜜环菌(Armillaria mellea)发酵的火龙果皮液中花青素含量最高,其最优发酵工艺为发酵时间5 d、接种量6%、发酵温度25℃、料液比1∶50(g∶mL)。在此优化条件下,发酵液中花青素含量达(2.03±0.02)mg/100 mL,是未经食用真菌转化的11.94倍,表明微生物辅助可有效转化火龙果果皮中花青素。

关键词：火龙果果皮花青素生物转化食用真菌筛选工艺优化

LncRNA 606938抑制结直肠癌细胞增殖

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中国生物化学与分子生物学报 2024年第7期40卷 964-975页

作者：武海丽段冰杜锦娥马佳晶李卓玉山西大学生命科学学院生物工程系太原030006 山西大学生物技术研究所生物工程系化学生物学与分子工程教育部重点实验室生物工程系太原030006

近年来,关于长非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)在疾病中的应用研究被广泛关注。LncRNAs被证实在肿瘤治疗中发挥至关重要的作用,通常作为肿瘤因子或抑癌基因参与调控肿瘤的发生发展。课题组前期通过转录组学发现了在结直肠癌中... 详细信息

近年来,关于长非编码RNA(long non-coding RNAs,lncRNAs)在疾病中的应用研究被广泛关注。LncRNAs被证实在肿瘤治疗中发挥至关重要的作用,通常作为肿瘤因子或抑癌基因参与调控肿瘤的发生发展。课题组前期通过转录组学发现了在结直肠癌中可以作为靶点的新lncRNA 606938,然而关于其在结直肠癌中的功能及作用机制尚不清楚。本研究通过反转录-实时荧光定量PCR(RT-qPCR)实验发现,相比正常结肠上皮细胞,lncRNA 606938在结直肠癌细胞株中低表达。过表达DLD-1与SW620细胞株中lncRNA 606938的表达,结直肠癌细胞的克隆形成能力显著下降(分别下降了97%和54.5%)。流式细胞术的结果显示,lncRNA 606938过表达使细胞周期阻滞在G_(1)期(分别延长了50.5%和63.9%),且促进结直肠癌细胞的凋亡(分别增加了1.9%和3.3%)。Western印迹结果显示,lncRNA 606938过表达之后,结直肠癌细胞中相关癌基因(β-联蛋白、c-Myc、cyclin D1、cyclin D2、cyclin D3、CDK 4、CDK 6)的表达下调,抑癌基因(TRIM33、caspase 2、actived caspase 3)的表达上调。而在沉默lncRNA 606938之后得到相反的结果。在机制方面,通过核糖核酸交互沉降实验(RNA pulldown)、RNA免疫共沉淀(RIP)和功能挽救实验(Rescue)证实,lncRNA 606938可以靶向结合并促进TRIM33的表达,进而促进β-联蛋白的降解,并抑制β-联蛋白及下游的原癌基因c-Myc、cycline D1等的表达,最终抑制结直肠癌的进程。本研究阐明了lncRNA 606938通过靶向TRIM33/β-catenin信号途径抑制结直肠癌细胞增殖与凋亡的分子机制,揭示了lncRNA 606938作为抑癌基因的潜力,为结直肠癌的临床治疗提供了新靶点和新策略。

关键词：长非编码RNA 606938 TRIM33/β-catenin信号结直肠癌细胞增殖细胞凋亡

姜黄素对小鼠小肠上皮细胞氧化应激损伤的保护作用及机制研究

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动物营养学报 2024年第7期36卷 4654-4664页

作者：贺莹张夏夏黄聪冯彩平吕梁学院生物与食品工程系吕梁033000

本试验旨在研究姜黄素对小鼠小肠上皮细胞(MODE-K细胞)氧化应激损伤的保护作用及机制。使用过氧化氢(H_(2)O_(2))诱导小鼠小肠上皮细胞,建立细胞氧化损伤模型,并确定最佳造模H_(2)O_(2)浓度。对照组使用正常培养液培养细胞,不进行任何处... 详细信息

本试验旨在研究姜黄素对小鼠小肠上皮细胞(MODE-K细胞)氧化应激损伤的保护作用及机制。使用过氧化氢(H_(2)O_(2))诱导小鼠小肠上皮细胞,建立细胞氧化损伤模型,并确定最佳造模H_(2)O_(2)浓度。对照组使用正常培养液培养细胞,不进行任何处理;模型组使用正常培养液培养细胞后,加入H_(2)O_(2)处理细胞4 h;姜黄素组使用正常培养液培养细胞后,先加入不同浓度(1.25、2.50、5.00、10.00和20.00μmol/L)的姜黄素处理细胞12 h,然后再加入H_(2)O_(2)处理细胞4 h。测定小鼠小肠上皮细胞存活率、凋亡率以及细胞中活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)含量和乳酸脱氢酶(LDH)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性,实时荧光定量PCR检测B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)、B细胞淋巴瘤相关X蛋白(Bax)、半胱天冬蛋白酶-3(Caspase-3)的mRNA相对表达水平,利用分子模拟研究姜黄素与Kelch样环氧氯丙烷关联蛋白1(Keap1)口袋结合的优势构象和相互作用,蛋白质印迹(Western blot)检测核因子E2相关因子2(Nrf2)、Keap1、血红素加氧酶-1(HO-1)的蛋白相对表达水平。结果表明:1)最佳造模H_(2)O_(2)浓度为150μmol/L。2)与对照组相比,模型组的细胞存活率及细胞中SOD、GSH-Px活性显著降低(P<0.05),细胞中ROS、MDA含量和LDH活性显著增加(P<0.05)。与模型组相比,5.00~20.00μmol/L姜黄素组的细胞存活率及细胞中SOD、GSH-Px活性显著增加(P<0.05),细胞中ROS、MDA含量和LDH活性显著降低(P<0.05)。3)与对照组相比,模型组的细胞凋亡率显著增加(P<0.05),细胞中Bcl-2的mRNA相对表达水平显著降低(P<0.05),Bax和Caspase-3的mRNA相对表达水平显著提高(P<0.05)。与模型组相比,10.00μmol/L姜黄素组的细胞凋亡率显著降低(P<0.05),细胞中Bcl-2的mRNA相对表达水平显著提高(P<0.05),Bax和Caspase-3的mRNA相对表达水平显著降低(P<0.05)。4)分子对接结果表明,姜黄素通过与Keap1的Kelch结构域结合位点相互作用,成功阻止了Keap1-Nrf2之间的相互作用,从而发挥了抗氧化的作用。Western blot结果进一步表明,与模型组相比,10.00μmol/L姜黄素组的细胞中Nrf2、HO-1的蛋白相对表达水平显著提高(P<0.05),Keap1的蛋白相对表达水平显著降低(P<0.05)。由此可见,适宜浓度(10.00μmol/L)的姜黄素可通过促进Nrf2/HO-1信号通路中Nrf2和HO-1的蛋白表达,抑制Keap1的蛋白表达,减轻H_(2)O_(2)诱导的小鼠小肠上皮细胞的氧化损伤。

关键词：姜黄素小鼠小肠上皮细胞氧化应激

自牺牲型金属有机框架衍生In_(2)S_(3)多级孔结构纳米材料强化光催化性能

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 204-213页

作者：杨婷婷王彬朱剑豪夏杰祥李华明江苏大学化学化工学院能源研究院江苏镇江212013 香港城市大学物理系材料科学与工程系生物医学工程系中国香港

半导体基光催化是减少对化石燃料的依赖和解决环境污染问题的有前景的策略之一.在光催化有机污染物降解领域,硫化物材料备受关注.其中,In_(2)S_(3)催化剂因展现较好的催化活性及经济可行性,而被认为是光催化降解的理想催化剂之一.然而,... 详细信息

半导体基光催化是减少对化石燃料的依赖和解决环境污染问题的有前景的策略之一.在光催化有机污染物降解领域,硫化物材料备受关注.其中,In_(2)S_(3)催化剂因展现较好的催化活性及经济可行性,而被认为是光催化降解的理想催化剂之一.然而,采用传统煅烧法制备的In_(2)S_(3)催化剂由于比表面积小,暴露的活性位点有限,进而限制了其催化活性的进一步提升.因此,制备具有较大比表面积和多活性位点的In_(2)S_(3)基催化剂,对于推动光催化降解有机污染物领域的发展具有重要的意义.本文通过构建分级多孔结构的光催化剂,以增强材料的光吸收性能并优化光生载流子的迁移和分离,从而提升光催化降解有机污染物的性能.利用In基金属有机骨架(MOFs)作为自我牺牲模板,通过硫化制备了包括空心纳米管、微管、中空球和十二面体在内的多种分级In_(2)S_(3)光催化剂.分级多孔结构不仅增强了入射光的多次折射和反射,还提供了更大的表面积,从而提高了光生载流子的光利用率和相分离效率.实验结果表明,这些材料的光催化效率远高于块状和商用In_(2)S_(3).通过X射线光电子能谱、X射线衍射等手段验证了不同形貌分级多孔In_(2)S_(3)材料的成功制备.紫外-可见漫反射光谱结果表明,所有催化剂均可吸收部分可见光,结合莫特肖特基曲线和XPS价带谱结果,说明催化剂的导带、价带位置均满足光催化降解有机污染物的要求.光致发光光谱、光电流强度曲线和电化学阻抗曲线等研究表明,分级多孔结构有效促进了光生载流子的分离和迁移.光催化降解罗丹明B(RhB)和四环素(TC)性能评价结果表明,与块状和商用In_(2)S_(3)相比,具有分级多孔结构的In_(2)S_(3)材料表现出更好的光催化降解活性.其中,空心In_(2)S_(3)纳米管(HNTs)具有最佳的光催化性能,在光照1.5和2 h后,In_(2)S_(3)-HNT可以去除约50%的TC和95%的RhB,其RhB的降解速率分别是块状和商业In_(2)S_(3)的135.6倍和446.9倍,TC的降解速率分别是块状和商业级In_(2)S_(3)的7.8倍和36.5倍.电子顺磁共振和自由基捕获实验结果表明,在光催化降解过程中,空穴、超氧自由基以及单线态氧是主要的活性物种.特别是,当In_(2)S_(3)-HNT受到光照时,其独特的分级多孔结构使得光生电子和空穴对能够有效分离,这使得In_(2)S_(3)-HNT可以积累更多的活性氧自由基,从而显著提升了其光催化降解有机污染物的性能.综上,本文采用新型自牺牲模板法,制备了金属有机框架衍生In_(2)S_(3)多级孔结构纳米材料.通过精准调控In_(2)S_(3)催化剂的形貌,有效提升了光催化降解有机污染物性能.该方法在高效光催化剂的制备上展现了显著潜力,为设计高性能的光催化降解材料提供参考.

关键词：硫化铟金属有机框架形貌调控光催化污染物降解

基于文献计量的微生物胞外聚合物研究可视化分析

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微生物学通报 2024年

作者：陈君帅赵辉闫华晓张威姚术涵韩作振山东科技大学化学与生物工程学院生物工程系山东科技大学地球科学与工程学院

【背景】胞外聚合物是微生物分泌的高分子聚合物，在环境治理、材料科学、生物医学等领域具有重要应用价值。【目的】探讨胞外聚合物研究现状、研究热点和发展趋势。【方法】采用文献计量学方法，基于Web of Science核心数据库，检索近1... 详细信息

【背景】胞外聚合物是微生物分泌的高分子聚合物，在环境治理、材料科学、生物医学等领域具有重要应用价值。【目的】探讨胞外聚合物研究现状、研究热点和发展趋势。【方法】采用文献计量学方法，基于Web of Science核心数据库，检索近10年胞外聚合物相关文献，利用VOSviewer软件进行统计分析。【结果】胞外聚合物研究发文量呈上升趋势，中国发文量居首，但质量有待提高；研究热点主要集中在环境治理、生物制造和生物矿化等领域；微塑料降解是当前研究热点之一。【结论】本研究为深入了解胞外聚合物研究现状以及把握发展趋势提供了依据。

关键词：微生物胞外聚合物文献计量学 VOSviewer 聚类分析知识图谱

荷电可调性碳化聚合物点的合成、性能及其对槲皮素的响应研究

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光谱学与光谱分析 2024年第9期44卷 2523-2530页

作者：翁文婷季泉彤王亚庭陈桦杰陈少云泉州师范学院化工与材料学院制药工程系福建泉州362000

以海藻酸钠(SA)为碳源,引入邻苯二胺(oPDA)为助剂,采用一步水热合成法制备新型的氮掺杂碳化聚合物点SA-oPDA CPDs。该CPDs溶液在352nm波长激发下,于462nm处有蓝绿色荧光发射信号,stokes shift可达到110nm,并显示出良好的光稳定性和激发... 详细信息

以海藻酸钠(SA)为碳源,引入邻苯二胺(oPDA)为助剂,采用一步水热合成法制备新型的氮掺杂碳化聚合物点SA-oPDA CPDs。该CPDs溶液在352nm波长激发下,于462nm处有蓝绿色荧光发射信号,stokes shift可达到110nm,并显示出良好的光稳定性和激发波长不依赖性,荧光量子产率为16.9%。碳化聚合物点保留有海藻酸钠聚合链的特征,通过静电吸附组装技术,与壳聚糖形成复合发光薄膜,具有发光器件可应用潜力。该碳点水溶液对pH值极具敏感性,随着溶液环境由酸性变化到碱性,荧光强度增加的同时伴随着荧光发射峰位置从465nm蓝移突变至425nm,相应碳点的表面荷电状态由正电荷变化为负电荷。结构和形貌表征,在高温碳化过程中,该碳点内部形成碳化发光中心,外层表面共存来源于邻苯二胺和海藻酸钠的胺基和羧基。在溶液环境中,碳点的带电状态随溶液pH值的变化而变化,出现类似两性电解质的荷电性质,并在pH 6~7存在等电点。这可能是由于碳点表面羧基的解离和胺基的质子化的共同作用,并导致溶液表现出发光可调性。CPDs在pH 6.80的溶液环境下与铅离子结合后,溶液发射的荧光从蓝色变化为蓝绿色,可实现对一定浓度铅离子的明显可视化响应。研究表明还原性的药物对该碳点荧光信号有明显的猝灭效应。槲皮素对碳点的荧光猝灭程度在7.9×10^(-6)~7.7×10^(-5)mol·L^(-1)浓度范围内,可呈现方程为I0/I=0.8788+1.6897×10^(-6)cQue的线性响应,相关系数r^(2)=0.9748,检出限LOD=1.7×10^(-6)mol·L^(-1)。

关键词：碳化聚合物点荷电可调性槲皮素响应发光薄膜

注射式微流控芯片全集成核酸分析系统与精准医疗应用

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中国激光 2024年第9期51卷 190-199页

作者：黄琴黄乐阳靳翔宇毛则尹邓安妮吕文琦钟豪王铈弘石艺璇陈家辉黄世光黄国亮清华大学医学院生物医学工程系北京100084

核酸检测方法可快速鉴定特异基因指标,但其广泛应用受限于多种仪器设备串行使用以及对操作人员的高专业技术要求。本团队开发了一套注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,该系统主要包含两大模块,分别是可以为不同类型临床样本提供多种... 详细信息

核酸检测方法可快速鉴定特异基因指标,但其广泛应用受限于多种仪器设备串行使用以及对操作人员的高专业技术要求。本团队开发了一套注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,该系统主要包含两大模块,分别是可以为不同类型临床样本提供多种核酸提取方法的全自动注射式核酸提取模块,以及基于微流控芯片的微纳体系多指标联合并行检测等温扩增核酸检测模块。这两大模块既可以单独发挥各自的功能,也可以组合成全集成注射式微流控芯片核酸分析系统,形成全集成自动化、微纳反应体系、快速、多指标联合并行检测的核酸检测分析平台。采用本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,分别对热带念珠菌标准株培养菌液和64例外阴阴道念珠菌感染疾病的临床拭子样本进行检测。结果显示:本系统对菌液的最低检测限为3.95×102 CFU/mL,而且样品制备更方便快捷,仅需1次加样操作,核酸提取时间为10 min;64例临床样本检测效果与金标准培养法相比,卡方检验为1,Kappa值为0.950,说明两种方法无显著差异,且一致性很高。本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,可以为临床多指标微纳体系核酸快速检测提供一个可靠的平台,为临床医疗应用提供精准快检技术与便捷分析仪器支撑。

关键词：医用光学注射式微流控芯片全集成核酸分析系统精准医疗应用

“生物学基础”课程思政元素的挖掘、设计与实施路径

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中国生物化学与分子生物学报 2024年第7期40卷 1017-1030页

作者：夏凯李业赵倩黄俊浙江科技大学生物与化学工程学院生物工程系杭州310023

立德树人是高等教育的根本任务,课程思政教育在该任务完成过程中不可或缺。“生物学基础”是生物工程专业的核心课程,与其他专业必修课存在密切联系,在专业人才培养体系中具有重要地位。本文从“生物学基础”课程思政建设的必要性、课... 详细信息

立德树人是高等教育的根本任务,课程思政教育在该任务完成过程中不可或缺。“生物学基础”是生物工程专业的核心课程,与其他专业必修课存在密切联系,在专业人才培养体系中具有重要地位。本文从“生物学基础”课程思政建设的必要性、课程思政元素的挖掘和设计、课程思政的实施方法、课程思政评价体系的优化以及课程思政教学的实施效果等方面详细阐述了“生物学基础”课程思政的建设过程。从名人轶事、日常生活、科研案例和时事热点等方面积极挖掘课程思政元素。通过组建教学团队、建立线上线下混合教学方法、开展案例教学和实施小组讨论将思政元素融入到“生物学基础”教学全过程,并建立课程思政教学效果的评价体系。结果表明,对“生物学基础”实施课程思政教学后,学生提高了学习兴趣,期末卷面平均成绩得到显著提升,由课程改革前的66分以下上升至改革后的76分。此外,92%以上学生认为“生物学基础”课程思政教学达到较好效果,课程满意度达到98%。课程思政有效提升了“生物学基础”课程的教学质量,实现学生专业知识和综合素质协同培养的目标。该课程的有关建设经验可以为其他生物类课程的思政教学和改革提供一些参考。

关键词：生物学教学改革课程思政案例教学教学实践