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钛合金弹性性质的多尺度模拟

稀有金属材料与工程 2024年第7期53卷 1909-1916页

作者：陈伟牛丽娜薛婷张素芳柴敏赫娟贾俊辉山西师范大学生命科学学院山西太原030031 山西师范大学化学与材料科学学院磁性分子与磁性信息材料教育部重点实验室山西太原030031

钛合金弹性性质因其组成成分以及组织结构的差异而不同。本研究基于多尺度弹性响应本构模型,以双相α+β钛合金为例,理论预测了钛合金在载荷作用下的等效弹性响应,理论计算了不同相含量的钛合金等效弹性性质参数,如等效弹性模量E、等效... 详细信息

钛合金弹性性质因其组成成分以及组织结构的差异而不同。本研究基于多尺度弹性响应本构模型,以双相α+β钛合金为例,理论预测了钛合金在载荷作用下的等效弹性响应,理论计算了不同相含量的钛合金等效弹性性质参数,如等效弹性模量E、等效体积模量K、等效剪切模量G以及等效泊松比n,揭示了相含量对钛合金弹性性质的影响机制。与不同细观力学模型以及实验测量值的比较表明,双相钛合金E受α相的影响较大,随α相的降低,近似从111.1 GPa逐渐降至87.5 GPa;K、G以及n受β相的影响较大,随β相的增加,K近似从104.2 GPa增至117.2 GPa,G从42.0 GPa降至31.8 GPa,n从0.322增至0.376。模型预测值与实验测量值大致相当,从而证实了该模型的准确性。

关键词：钛合金弹性性质多尺度模拟

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仿生凹坑型吸盘设计与试验

吉林大学学报（工学版） 2024年第4期54卷 1144-1152页

作者：丛茜徐金史孝杰金敬福陈廷坤吉林大学生物与农业工程学院长春130022 吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022 吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130022

为了提高吸盘的吸附性能,基于水蛭吸盘表面存在的凹坑形态,运用仿生学原理,在常规吸盘表面设计凹坑形态,使吸盘工作表面存在多个小型吸盘,提高吸盘的吸附性能。运用部分正交多项式回归分析,探究凹坑形态的直径、单排凹坑数量及排间距对... 详细信息

为了提高吸盘的吸附性能,基于水蛭吸盘表面存在的凹坑形态,运用仿生学原理,在常规吸盘表面设计凹坑形态,使吸盘工作表面存在多个小型吸盘,提高吸盘的吸附性能。运用部分正交多项式回归分析,探究凹坑形态的直径、单排凹坑数量及排间距对吸盘吸附力的影响。试验表明,不同凹坑的形态参数对吸盘吸附力具有不同的影响效果,当凹坑直径为1.5 mm、单排凹坑的数量为40个及排间距为4 mm时,仿生吸盘在基底表面的吸附力为49.54 N,相对于标准吸盘在基底表面的吸附力提高49.21%。建立设计因素与评价指标间的数学回归模型,确定对吸盘吸附力影响的显著性主次顺序为排间距、凹坑直径、单排凹坑数量。仿真分析表明,工作表面存在的凹坑形态改变了吸附时吸盘表面接触压力及摩擦应力的分布,并且仿生吸盘工作表面的摩擦应力和接触压力均大于标准吸盘,增大了仿生吸盘在基底表面的吸附力。

关键词：仿生凹坑吸盘吸附力吸附机理试验设计

改进的局部最值分段多项式拟合算法精确校正拉曼光谱基线

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光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 1073-1080页

作者：田超凡李剑君翁国军朱键赵军武西安交通大学生命科学与技术学院教育部生物医学信息工程重点实验室陕西西安710049

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁... 详细信息

基线校正作为拉曼光谱预处理极为关键的步骤之一,对进一步拉曼光谱数据分析和实现拉曼成像等有重要意义。目前,最常用的基线校正算法基于多项式拟合,由于其采用手动或半手动的形式,因此依赖人工经验,对用户的专业性要求较高,处理过程繁琐,处理结果差异较大。同时,在使用过程中,多项式阶数及移动分段窗口难以选择确定,因此处理的结果常出现欠拟合或过拟合现象。针对传统多项式拟合算法的此类局限性,改进了局部最值分段多项式拟合(NPPF)算法用于精确校正拉曼光谱基线。首先采用了改进的基于分段的局部最值算法,选取光谱中最宽峰底部轮廓的近似横向宽度作为背景点窗口宽度,依次选取窗口内的最小两个值作为需要拟合的背景基线点,避免直接比较或者人工选取导致的背景点选取困难,实现更准确地选取每个背景轮廓基线点。然后通过每个窗口三次拟合迭代覆盖的方式,得到三个拟合曲线函数,选取窗口内每个点对应三个曲线函数值,分别计算与前一拟合值的差值绝对值,取绝对值最小的曲线函数值作为此点拟合曲线值,从而较好地避免了传统分段多项式拟合(PPF)算法中的欠拟合和过拟合现象,同时也确定了拟合过程中的阶数和分段窗口。模拟了两种不同背景类型的拉曼光谱,将NPPF与PPF算法分别对两种模拟光谱进行处理比较,发现NPPF处理结果均方根误差(RMSE)小,证实NPPF较于PPF的优越性。最后,对实际样品(烯啶虫胺、罗丹明6G)的拉曼光谱进行了NPPF和PPF对比处理,发现NPPF的拟合基线较为准确,证实该算法NPPF在拉曼光谱基线校正预处理中具有广泛的实际应用价值和前景。

关键词：拉曼光谱多项式拟合基线校正局部最值

融合大肠杆菌素DNA结合域的Taq DNA聚合酶的性质表征

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生物工程学报 2024年第3期40卷 812-820页

作者：王亚平平啸寅赵艺刘阳吴林马立新湖北大学生命科学学院省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室湖北武汉430062

Taq DNA聚合酶发现自水生热栖菌(Thermus aquaticus),是一种同时具有逆转录酶活性以及DNA聚合酶活性的工具酶。Colicin E(简称CE)蛋白质是一类以维生素受体BtuB为跨膜受体的大肠杆菌素,其中CE2、CE7、CE8和CE9是非特异性的DNase型大肠... 详细信息

Taq DNA聚合酶发现自水生热栖菌(Thermus aquaticus),是一种同时具有逆转录酶活性以及DNA聚合酶活性的工具酶。Colicin E(简称CE)蛋白质是一类以维生素受体BtuB为跨膜受体的大肠杆菌素,其中CE2、CE7、CE8和CE9是非特异性的DNase型大肠杆菌素。Taq DNA聚合酶由5′→3′核酸外切酶结构域、3′→5′核酸外切酶结构域以及聚合酶结构域组成。缺失5′→3′核酸外切酶结构域的Taq DNA聚合酶(ΔTaq)具有更高的产量,但是其进行性很低,无法扩增长片段。为了提高ΔTaq的进行性,本研究融合dCE和ΔTaq,发现dCE-ΔTaq的进行性相比于Taq DNA聚合酶和dCE-Taq显著提升,并且其逆转录酶活性也比ΔTaq更高。dCE8-ΔTaq的提升最明显,不仅能够1 min内扩增8 kb的DNA片段,并且产量高于其他突变体。综上所述,本研究通过将ΔTaq DNA聚合酶和dCE进行融合,提升了Taq DNA聚合酶的PCR效率和逆转录活性,为改造Taq DNA聚合酶提供了新的方法,有望开发出性质更好的Taq DNA聚合酶。

关键词： Taq DNA聚合酶 CE PCR效率逆转录活性

低温高应变量衬板控轧高固溶Al-Mg合金高强塑性与高热稳定性机制

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金属学报 2024年第4期60卷 473-484页

作者：田滕查敏殷皓亮花珍铭贾海龙王慧远吉林大学材料科学与工程学院汽车材料教育部重点实验室长春130025 吉林大学超硬材料国家重点实验室长春130012 吉林大学未来科学国际合作联合实验室长春130012

通过大变形技术制备的高强Al-Mg合金具有广阔应用前景,但其塑性低和高温稳定性差的缺点严重限制其进一步发展。本工作采用低温高应变量衬板控轧(cryogenic high-reduction hard-plate rolling,CHR-HPR)制备了兼具高强塑性(抗拉强度约597... 详细信息

通过大变形技术制备的高强Al-Mg合金具有广阔应用前景,但其塑性低和高温稳定性差的缺点严重限制其进一步发展。本工作采用低温高应变量衬板控轧(cryogenic high-reduction hard-plate rolling,CHR-HPR)制备了兼具高强塑性(抗拉强度约597 MPa、延伸率约7.7%)和高热稳定性的高固溶Mg含量Al-9Mg合金。利用EBSD、TEM、硬度测量和拉伸实验等方法系统研究了Mg含量对CHR-HPR Al-Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:CHR-HPR Al-9Mg合金中高含量固溶Mg原子与低温变形促进合金中形成了高密度位错及小角晶界,显著提高合金的屈服强度;高含量固溶Mg原子与可动位错交互作用引起的动态应变时效导致合金加工硬化能力提高,进一步提高了合金的抗拉强度和塑性。此外,在再结晶退火过程中,高含量固溶Mg原子有效地抑制位错滑移、钉扎晶界,延缓回复与再结晶的发生。因此,CHR-HPR Al-Mg合金热稳定性随固溶Mg含量增加而显著提高,其中CHR-HPR Al-9Mg合金再结晶温度达到400℃。

关键词： Al-Mg合金低温衬板控轧加工硬化力学性能微观组织再结晶

利用光驱动的生物杂合系统实现CO_(2)转化生产化学品

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第5期60卷 294-303页

作者：干雅梅柴甜甜张健高聪宋伟吴静刘立明陈修来江南大学生物工程学院工业生物技术教育部重点实验室江苏无锡214122 江南大学生命科学与健康工程学院江苏无锡214122

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在... 详细信息

太阳能作为清洁能源之一,为缓解化石燃料枯竭和温室气体排放等问题提供了一种高效、经济、可持续的解决方案.自然界中的植物和光合微生物通过自身的光合系统收集并转化太阳能,从而生产生物燃料和生物化学品.然而,由于自然光合系统存在光吸收范围相对较窄、光生电子在传输过程中易损耗等问题,限制了太阳能到化学品的转化效率.为了解决上述难题,科研人员模仿自然光合作用中的关键部分,探索构建人工光合系统,相关研究引起了广泛关注.本文通过将碲化镉量子点(CdTe QDs)与大肠杆菌(***)相耦合,构建了一种光驱动无机-生物杂合系统(IBPHS),用于捕获太阳能并驱动CO_(2)转化合成高价值化学品.该系统主要由光催化模块和生物催化模块组成.在光催化模块中,通过生物合成CdTe QDs进行光能捕获,并将其转化为电子.通过敲除***的Cd2+外排蛋白(ZNTA)编码基因,实现了***胞内Cd2+过量积累.通过“时空耦合”方式,并借助共聚焦显微镜、高分辨率透射电镜和X射线能谱分析,确认了CdTe QDs在***胞内的组装合成.利用紫外-可见分光光度计研究了光催化模块对光子的吸收能力.结果表明,光催化模块的吸收峰位于400-420 nm.利用瞬时光电流,评估了光催化模块的光生电子能力.实验发现,该模块可以产生0.07μA光电流,表明完成了光催化模块的构建.在生物催化模块中,将光催化模块产生的电子用于还原NAD+再生NADH.采用NADH生物传感器,分析了***胞内NADH含量,结果表明,在蓝光照射下***胞内NADH含量比黑暗条件下提高了5.1倍.在此基础上,通过表达NADH依赖型乳酸脱氢酶(LDH)将丙酮酸还原为乳酸,在蓝光光照下乳酸积累量达到了0.44 g/L,而黑暗条件下无乳酸积累,从而验证了生物催化模块的有效性.基于光催化模块和生物催化模块,进一步组装构建了IBPSH,用于驱动CO_(2)还原合成甲酸和丙酮酸.在蓝光照射下,IBPHS能够合成0.65 g/L甲酸和0.18 g/L丙酮酸,其CO_(2)利用速率分别达到51.98 mg/gDCW/h和21.92 mg/gDCW/h,超过了光合细菌.综上所述,本文利用光催化模块与生物催化模块相耦合的方式,组装构建了一种新型的人工光合系统,实现了光驱动CO_(2)还原合成高附加值化学品,为理性设计材料-生物杂合系统提供了借鉴,同时也为挖掘绿色生物制造潜力、开发太阳能化学制造平台提供参考.

关键词：人工光合系统 CO_(2)利用光能转换 CdTe生物合成 NADH再生

线粒体DNA基因组揭示的白马人群的遗传结构

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中国科学:生命科学 2024年

作者：毛乙臻王飞刘雨佳陈紫薇张金柠杨亚军郑鸿翔复旦大学生命科学学院遗传工程国家重点实验室现代人类学教育部重点实验室

白马人是中国最古老的人群之一,尽管历史和文化等方面的研究提示了白马人与青藏高原相关人群之间的紧密联系,但是遗传学证据仍然缺乏.本研究采集49例白马人样本并进行线粒体DNA基因组测序.同时,本文额外整合95个人群总计5676个亚洲个体... 详细信息

白马人是中国最古老的人群之一,尽管历史和文化等方面的研究提示了白马人与青藏高原相关人群之间的紧密联系,但是遗传学证据仍然缺乏.本研究采集49例白马人样本并进行线粒体DNA基因组测序.同时,本文额外整合95个人群总计5676个亚洲个体的线粒体DNA单倍群数据进行主成分分析,发现白马人与青藏高原相关人群最为接近,提示白马人与青藏高原相关人群相近的遗传关系.随后,本研究对白马人群、青藏高原相关人群和汉族共18个人群进行序列多态性分析,发现白马人群的遗传多样性最低,且远远低于青藏高原相关人群和汉族.同时,本研究挑选出白马人中6个主要的亚单倍群(频率>4%),分别为A21, D4j1a1, D4b2b+T3398C+A390G+A15613G, M9a1a2, M62b1a和D5b1b.本文对这6个单倍群构建进化网络,并估计最近共祖时间.研究发现白马人群的6个主要单倍群中有3个单倍群与青藏高原人群特异支系相关,同时这6个主要单倍群中的4个单倍群都起源于新石器时期及之后时期.综上所述,本文推测白马人群与青藏高原相关人群关系密切,且白马人群的主体形成可能与新石器时期农业发展后青藏高原以及周边区域更为频繁的人群活动相关.

关键词：白马人东亚人群人类进化遗传学线粒体DNA

MXene基复合水凝胶在修复感染创面中的研究进展

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复合材料学报 2024年第7期41卷 3427-3441页

作者：吴晓娜汪宜宇赵凯黑龙江大学生命科学学院农业微生物技术教育部工程研究中心黑龙江省寒区植物基因与生物发酵重点实验室哈尔滨150080 台州学院生命科学学院浙江省植物进化生态学与保护重点实验室台州市生物医药与高端剂型重点实验室台州318000

感染创面严重危害着人类的生活质量甚至是生命健康,因此研发高效且副作用小的抗菌生物材料用于修复感染创面具有广阔的市场前景。二维过渡金属碳化物(MXene)是一种新型的二维片状材料,具有优异的抗菌性能,其抗菌机制主要包括物理捕获理... 详细信息

感染创面严重危害着人类的生活质量甚至是生命健康,因此研发高效且副作用小的抗菌生物材料用于修复感染创面具有广阔的市场前景。二维过渡金属碳化物(MXene)是一种新型的二维片状材料,具有优异的抗菌性能,其抗菌机制主要包括物理捕获理论、红外热效应、活性氧(ROS)生成理论、胞间分子泄露理论等,因此MXene有望成为一种更安全、有效、广谱的抗菌手段。通过水凝胶包裹MXene制成的MXene复合水凝胶比单纯水凝胶具有更佳的抗菌、抗氧化性以及光热效应等优势。本文综述了MXene的抗菌机制,并就近年来报道的MXene复合水凝胶修复感染创面的研究进行全面综述和总结。

关键词： MXene 复合水凝胶抗菌创面修复应用

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紫杉醇生物合成与转录调控机制研究进展

生物工程学报 2024年第5期40卷 1380-1405页

作者：孙凡淑党舒扬郑东然张贺王宇李玉花吴昊东北林业大学生命科学学院、东北盐碱地植被恢复与重建教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

紫杉醇是一种珍贵的二萜类化合物,通常从红豆杉树皮中提取获得,具有显著的抗癌活性,是治疗多种癌症的首选临床药物。然而,由于紫杉醇在红豆杉树皮中的含量极低,目前主要依赖于消耗红豆杉资源的化学半合成方法获得,难以满足持续增长的临... 详细信息

紫杉醇是一种珍贵的二萜类化合物,通常从红豆杉树皮中提取获得,具有显著的抗癌活性,是治疗多种癌症的首选临床药物。然而,由于紫杉醇在红豆杉树皮中的含量极低,目前主要依赖于消耗红豆杉资源的化学半合成方法获得,难以满足持续增长的临床需求。近年来,研究者已经在紫杉醇的生物合成途径解析、转录调控机制及生物合成领域取得了显著进展。本文综述了利用化学合成法、异源生物合成法及利用细胞工程技术生产紫杉醇的研究进展,详细介绍了紫杉醇生物合成途径与转录调控机制,以期为生物合成紫杉醇相关研究提供参考。

关键词：红豆杉紫杉醇诱导子转录调控细胞工程技术