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数据驱动储能电池新材料的筛选和设计

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 584-600页

作者：张奇彭超薛冬峰中国科学院深圳先进技术研究院多尺度晶体材料研究中心深圳518055

数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域... 详细信息

数据驱动新材料产业发展是第四研究范式促进材料创新,加快材料应用的多学科多领域交叉融合的技术热点.机器学习(machine learning, ML)作为一种重要的数据驱动方法,其结合第一性原理计算在材料科学、化学、物理学和计算机等跨学科领域展现出巨大的优势,为储能电池新材料的快速发展带来了新的机遇.为帮助研究人员了解这一新兴领域,本文系统地详述了高通量计算筛选和ML在储能电池材料研究中的最新进展,概括和总结了目前国内外应用较为广泛的在线材料数据库,举例介绍了新数据库的多层次构建,分析了目前数据采集方面的一些难点.论文进一步介绍了ML方法在高通量计算筛选、材料性质预测、材料结构与电化学性能构效关系研究和材料设计方面的应用实例,最后分析讨论了当前ML在储能电池领域面临的一些挑战,并展望了该领域的前沿研究.

关键词： ML 储能电池高通量计算筛选

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水系双离子电池的研究进展与展望

储能科学与技术 2024年第2期13卷 462-479页

作者：郭秀丽周小龙邹才能唐永炳中国科学院深圳先进技术研究院先进储能技术研究中心广东深圳518055 中国石油深圳新能源研究院广东深圳518118

随着消费电子、电动汽车与规模储能产业的迅速发展,人们对电化学储能技术的安全高效提出了更高的要求。然而,锂离子电池(LIBs)存在的安全隐患问题制约了其在规模储能市场的应用。水系双离子电池(ADIBs)是一类以水系电解液作为离子传输... 详细信息

随着消费电子、电动汽车与规模储能产业的迅速发展,人们对电化学储能技术的安全高效提出了更高的要求。然而,锂离子电池(LIBs)存在的安全隐患问题制约了其在规模储能市场的应用。水系双离子电池(ADIBs)是一类以水系电解液作为离子传输介质且阴、阳离子均作为载流子同时参与电极电化学反应的新型储能技术,具有安全性能优异、功率密度高、绿色环保、性价比高等优势,在大规模储能领域具有潜在的应用前景。本综述从ADIBs的基本工作原理以及限制其发展的关键科学问题出发,归纳了近年来从电解液设计角度出发,拓宽电化学稳定电压窗口的几种常用方法,并总结了在正极和负极材料优化、储能机理研究方面取得的重要进展。最后,基于对ADIBs的理解,对其研究前景和未来研究方向进行了展望。本文将为水系储能电池研究的工作者提供参考,并为推动ADIBs的发展和促进高安全储能技术的进步发挥积极作用。

关键词：水系双离子电池电解液正极材料负极材料

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液体生物燃料合成与炼制的研究进展

合成生物学 2024年

作者：郭姝媛张倩楠姑丽克孜·买买提热夏提杨一群于涛中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院合成生物化学研究中心中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院中国科学院定量工程生物学重点实验室

人类社会发展对化石燃料的依赖导致了能源枯竭的加剧及强烈的气候变化，迫切需要开发能够代替化石资源的新型生物燃料。虽然已有生物乙醇、生物柴油等生物能源，但其生产规模和价格成本仍然是大规模应用的主要问题。近年来，随着可再生... 详细信息

人类社会发展对化石燃料的依赖导致了能源枯竭的加剧及强烈的气候变化，迫切需要开发能够代替化石资源的新型生物燃料。虽然已有生物乙醇、生物柴油等生物能源，但其生产规模和价格成本仍然是大规模应用的主要问题。近年来，随着可再生能源技术的发展，结合代谢工程及新兴的合成生物学技术，开发基于CO2的新兴生物燃料，逐渐成为未来绿色能源的重要研究方向。本文综述了生物燃料的种类及四代生物燃料的发展情况，并着重介绍了第三代和第四代生物燃料丰富的底物原材料、多能源偶联合成生物燃料的研究现状、合成生物学技术在其中的应用及现阶段的研究进展。文章最后概括了合成生物燃料所面临的困境，主要包括原料的供应及成本，新型液体生物燃料产量低、产品种类少等问题，并提出相应的解决办法，以二氧化碳作为主要原材料，结合自养型微生物、甲基营养型微生物等细胞工厂，通过优选固碳途径、转化二氧化碳为甲醇等低碳底物、多能源耦合等方式，利用广泛存在的二氧化碳实现多种生物燃料的合成，以期扩大生物燃料的产能及应用范围，进一步推动新型生物燃料的产业化进程。

关键词：合成生物燃料新型生物能源一碳底物可再生能源微生物代谢工程

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基于压电声子晶体板波声场的微粒操控

物理学报 2024年第7期73卷 218-223页

作者：王俊蔡飞燕张汝钧李永川周伟李飞邓科郑海荣吉首大学物理系吉首416000 中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心深圳518055 医学成像科学与技术系统中国科学院重点实验室深圳518055

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体... 详细信息

声镊可以非接触、无损伤地操控微粒,在细胞分离、组织工程、材料组装等领域具有广阔的应用前景.近期有研究利用声人工结构调控声场提升声镊性能,然而,与换能器分离的人工结构导致声镊装置复杂且操控现象不太稳定.本文基于压电声子晶体板调制声场实现对微粒的灵活操控,其主要机制是由压电陶瓷片构成的压电声子晶体板可激发A0模式Lamb波模式和共振周期声场模式,板上微粒在这两个模式中分别受到平行于板面的声停驻力和垂直于板面的声捕获力或声悬浮力,从而实现排列、捕获、悬浮等多种模式的灵活操控.由于压电声子晶体板整合了换能器与声人工结构,该器件为研究高精度、低能耗、紧凑型声镊技术提供了物理基础和实验验证.

关键词：压电声子晶体声辐射力声镊微粒操控

荧光探针四苯基-1,3-丁二烯在四环素检测上的应用

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光谱学与光谱分析 2024年第5期44卷 1321-1329页

作者：王瑞郑露莹胡博张新宇赵思思张航沈阳师范大学化学化工学院辽宁沈阳110034 中国科学院深圳先进技术研究院智能仿生中心广东深圳518055

抗生素具有抗菌活性强、成本低等优点,已广泛应用于生产生活中。然而,抗生素的滥用可能导致其在人体内或食物中的积累,造成公共卫生问题,如引起耳毒性、肾毒性、过敏反应和细菌耐药性。因此,选取具有灵敏度高、选择性好、制备简单、快... 详细信息

抗生素具有抗菌活性强、成本低等优点,已广泛应用于生产生活中。然而,抗生素的滥用可能导致其在人体内或食物中的积累,造成公共卫生问题,如引起耳毒性、肾毒性、过敏反应和细菌耐药性。因此,选取具有灵敏度高、选择性好、制备简单、快速、可用于实际样品检测等优点的荧光检测技术,对提高食品安全性和合理用药具有重要意义。基于荧光技术在检测抗生素方面的应用,选取具有AIE效应的典型代表四苯基-1,3-丁二烯(TPB),其具有化学性能稳定、发光性能好、不受溶液条件限制等优点,将其制成荧光探针用来探究TPB的光化学性质及抗生素对其猝灭效应的影响。研究结果表明,TPB的最大激发波长为365 nm,最大发射波长为435 nm,TPB固体有很强的荧光特性;在365 nm的激发波长下,TPB的量子产率为51.9%;在水体积分数为80%时,TPB的荧光效果最佳;荧光探针TPB对四环素类抗生素具有较高的选择性和较强的抗干扰能力,即四环素类抗生素对TPB高度猝灭,满足荧光内滤效应的条件,而磺胺类和喹诺酮类抗生素对TPB猝灭效果不佳;体系荧光强度随着盐酸四环素浓度增加而降低,存在较强的相关性,线性回归方程为y=-1.338x+984.20,检出限为0.0427 mmol·L^(-1);在pH≤7时,猝灭效果较好;加入盐酸四环素溶液后,湖水、海水、牛奶体系荧光强度均明显减弱,可以通过荧光强度的变化间接反映四环素类抗生素溶液浓度的变化。通过抗生素猝灭TPB的探究,在环境和食品中抗生素残留量的检测具有重大意义,为人类治理食品和环境中残留的抗生素提供参考。

关键词：荧光检测抗生素聚集诱导发光效应四苯基-1 3-丁二烯

微生物利用CO及其低碳衍生物为原料制备粮食类产物的研究进展

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生物工程学报 2024年

作者：白振敏郭姝媛杨一群庄周康曹文兵杨研于涛汤红婷中海石油化学股份有限公司中国科学院深圳先进技术研究院碳中和与粮食安全交叉创新联合实验室中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院合成生物化学研究中心中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院定量合成生物学重点实验室

微生物细胞工厂的构建和优化是实现绿色生物制造的重要环节和关键技术。现阶段，过量二氧化碳(CO2)排放和粮食短缺等问题已经引起了广泛关注，这促进了利用人工微生物转化CO2为粮食类化合物的新兴研究方向的发展。该领域的研究不仅有助... 详细信息

微生物细胞工厂的构建和优化是实现绿色生物制造的重要环节和关键技术。现阶段，过量二氧化碳(CO2)排放和粮食短缺等问题已经引起了广泛关注，这促进了利用人工微生物转化CO2为粮食类化合物的新兴研究方向的发展。该领域的研究不仅有助于实现“双碳”目标，也对维护粮食安全具有重大意义。本文主要围绕葡萄糖、糖类衍生物、单细胞蛋白的生物合成及人工碳固定途径的开发及应用等方面，对直接或者间接利用CO2制备粮食类化合物的研究进展进行了综述和展望。

关键词：二氧化碳低碳原料粮食类化合物糖类衍生物单细胞蛋白

人工智能辅助压缩感知3D重建用于5.0T MR加速全脑超高分辨血管壁成像

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中国医学影像技术 2024年第5期40卷 699-702页

作者：贾森冯飞戚玉龙张辉赵佳盈程静张磊张娜刘新郑海荣梁栋中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心广东深圳518055 北京大学深圳医院医学影像科广东深圳518036 中国科学院深圳先进技术研究院医学人工智能研究中心广东深圳518055

缺血性脑卒中是我国发病率和死亡率最高的疾病,动脉粥样硬化斑块破裂堵塞血管形成血栓系主要病因[1-2]。相比血管造影,MR血管壁成像(vessel wall imaging,VWI)检测颅内斑块、区分管壁病变等的敏感度和特异度均更高;但颅内血管走行纡曲。

关键词：血管壁磁共振成像深度学习压缩感知前瞻性研究

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合成生物学在基于微生物载体肿瘤疫苗设计中的应用

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合成生物学 2024年第2期5卷 221-238页

作者：谭子斌梁康陈有海深圳理工大学药学院中国科学院深圳先进技术研究院癌症免疫中心

合成生物学有望创造具备独特优势的抗肿瘤微生物疫苗，合成生物学改造的微生物更能适应肿瘤微环境并在其中富集与增殖，削弱或者逆转免疫抑制细胞的功能，并增强肿瘤抗原的呈递，诱发多种先天与适应性抗肿瘤免疫反应，所以合成生物学已... 详细信息

合成生物学有望创造具备独特优势的抗肿瘤微生物疫苗，合成生物学改造的微生物更能适应肿瘤微环境并在其中富集与增殖，削弱或者逆转免疫抑制细胞的功能，并增强肿瘤抗原的呈递，诱发多种先天与适应性抗肿瘤免疫反应，所以合成生物学已成为肿瘤疫苗研究的重要工具。本文总结了合成生物学在细菌和病毒载体肿瘤疫苗开发中的几个关键应用，其中包括减弱微生物载体毒性的方法，例如去除、失活或修改其致病基因等。讨论了增强它们在肿瘤组织中的趋向性和适应性的策略，如改变它们的细胞入侵分子或引入环境控制的基因表达系统等；也讨论了降低全身毒性的方法。为了充分利用微生物复制引起的肿瘤微环境改变的潜力，多种合成生物学手段被用于改造微生物载体，这些方法包括将外源基因引入微生物基因组，使其生产诸如细胞因子、趋化因子或单克隆抗体等分子，这些分子可以增强先天和适应性免疫细胞的招募和激活，促进肿瘤细胞免疫原性死亡，并增强肿瘤相关抗原的呈递。此外，还探讨了将肿瘤抗原引入载体中的方法，例如不同的装载方式、位置和释放机制。开发微生物载体肿瘤疫苗存在重大挑战，包括安全性问题、抗载体免疫与抗肿瘤免疫的复杂关系和肿瘤生物学的复杂性，克服这些困难将成为未来研究的重要方向。

关键词：肿瘤疫苗免疫治疗肿瘤微环境细菌载体病毒载体

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基于氧化锌薄膜声表面波器件的细胞富集方法

声学学报 2024年第3期49卷 398-402页

作者：李英银周伟彭本贤张春秋全浩孟龙中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心深圳518055 东北大学医学与生物信息工程学院沈阳110004

针对常见的铌酸锂等压电单晶在高温易碎裂且不能弯曲等问题,提出了一种区别于传统压电单晶富集细胞的方法。通过磁控溅射技术在硅衬底上制备了厚度为3.83μm的氧化锌薄膜,并用扫描电子显微镜与X射线衍射表征了薄膜性能,在薄膜表面制备... 详细信息

针对常见的铌酸锂等压电单晶在高温易碎裂且不能弯曲等问题,提出了一种区别于传统压电单晶富集细胞的方法。通过磁控溅射技术在硅衬底上制备了厚度为3.83μm的氧化锌薄膜,并用扫描电子显微镜与X射线衍射表征了薄膜性能,在薄膜表面制备了频率为195 MHz的叉指换能器,插入损耗为-33.8 dB,且仿真分析了该器件的声场。结果表明,表面波声束集中在换能器声孔径处,液滴位于声束边缘。实验结果表明,该器件能够驱动液滴产生3.9×10^(-3)m/s流速的涡旋,并在20 s内富集了悬浮于液滴中的微球和人体淋巴细胞,将液滴中细胞的浓度提升55倍。

关键词：声表面波声镊声流氧化锌压电基底细胞富集