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等离子体活化介质技术及其生物医学应用

电工技术学报 2024年第12期39卷 3855-3868页

作者：刘定新张基珅王子丰张浩郭莉周仁武王小华荣命哲西安交通大学等离子体生物医学研究中心西安710049

等离子体生物医学兴起20余年来,已有多项技术通过美国食品药品监督管理局(FDA)认证并推广应用,但现有的应用方式主要采用等离子体直接处理生命体,存在处理面积小、作用深度浅、有效时间短、稳定性不足等问题,限制了等离子体生物医学的... 详细信息

等离子体生物医学兴起20余年来,已有多项技术通过美国食品药品监督管理局(FDA)认证并推广应用,但现有的应用方式主要采用等离子体直接处理生命体,存在处理面积小、作用深度浅、有效时间短、稳定性不足等问题,限制了等离子体生物医学的适用范围和应用效果。为此,在近10年研究基础上,发展了等离子体活化介质技术,即:采用等离子体活化处理气体、液体或水凝胶等介质材料,将活性粒子加载到介质材料中再应用,使等离子体生物医学从直接处理变革到间接处理,推动实现“更大面积、更深部位、安全稳定、持续有效”的应用升级。该文总结了等离子体活化介质技术的形成背景与研究现状,分析该技术当前面临的关键科学和技术问题,给出最新研究结果并展望未来发展方向,以期为同行学者和研究生提供参考。

关键词：等离子体生物医学等离子体活化介质活性粒子间接处理

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等离子体活化水用于微生物消杀的意义和现状

高电压技术 2024年第7期50卷 2955-2971页

作者：郭莉赵鹏瑜黄玲玲陈旻刘定新荣命哲西安交通大学等离子体生物医学研究中心西安710049

等离子体活化水作为大气压冷等离子体的一种主要衍生形式,近年来成为等离子体生物医学领域的研究热点。等离子体活化水能够储存等离子体中的活性成分,具备与等离子体相近的生物效应,能高效杀菌;具有良好的均匀性和流动性,可通过擦拭、... 详细信息

等离子体活化水作为大气压冷等离子体的一种主要衍生形式,近年来成为等离子体生物医学领域的研究热点。等离子体活化水能够储存等离子体中的活性成分,具备与等离子体相近的生物效应,能高效杀菌;具有良好的均匀性和流动性,可通过擦拭、冲洗等多种方式应用于多种消毒场景,包括环境和物体表面的消毒、食品保鲜等;因其具有的低刺激性和良好的生物安全性,也可用于感染性疾病的治疗。基于等离子体活化水的这些特性和应用,近年来围绕着活化水的制备和性质、对微生物消杀效应及其机制、等离子体活化水制备装置的研发及应用发展等方面开展了大量研究工作,增加了对等离子体活化水化学和生物学机制的认识,为等离子体活化水的应用转化提供了科学依据。文中综述了等离子体活化水用于微生物消杀的基本原理、研究现状和发展方向,以期为同行学者、研究生和企业技术人员提供参考。

关键词：等离子体活化水大气压冷等离子体活性粒子微生物灭活消毒杀菌

整合素和N-钙黏素协同调控间充质干细胞极性的力学生物学机制研究

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四川大学学报（医学版） 2024年第2期55卷 321-329页

作者：张欢李卓雅林敏西安交通大学生命科学与技术学院生物信息工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学研究所西安710049

目的研究整合素和N-钙黏着糖蛋白(N-钙黏素)介导的力学黏附对间充质干细胞极性的协同调控作用,并探索其力学生物学机制。方法构建双层聚乙二醇(polyethylene glyeol, PEG)水凝胶,分别修饰RGD和HAVDI多肽,实现与整合素和N-钙黏素的力... 详细信息

目的研究整合素和N-钙黏着糖蛋白(N-钙黏素)介导的力学黏附对间充质干细胞极性的协同调控作用,并探索其力学生物学机制。方法构建双层聚乙二醇(polyethylene glyeol, PEG)水凝胶,分别修饰RGD和HAVDI多肽,实现与整合素和N-钙黏素的力学黏附,模拟整合素介导的细胞-细胞外基质间以及N-钙黏素介导的细胞-细胞间力学相互作用。通过免疫荧光染色表征整合素力学黏附、N-钙黏素力学黏附以及不同细胞内力作用下,有无接触HAVDI多肽的单细胞的极性蛋白磷酸肌醇3-激酶(phosphatidylinositol 3-kinase, PI3K)和磷酸化肌动蛋白轻链(phosphorylated myosin light chain, pMLC),并用Image J分析其表达强度和极性分布情况。结果整合素力学黏附诱导接触组中PI3K和pMLC蛋白的极性强度高于非接触组,并使得接触组中PI3K蛋白与β-连环蛋白的极性夹角集中在135°~180°之间,pMLC与β-连环蛋白的极性夹角集中在0°~45°之间。抑制整合素的功能会抑制接触组中PI3K的极性分布,但不会改变pMLC蛋白的极性分布。N-钙黏素力学黏附对PI3K和pMLC蛋白的极性分布的影响与整合素类似,但抑制N-钙黏素的力学黏附作用,会同时抑制接触组中PI3K和pMLC蛋白的极性强度和极性夹角分布,并且会削弱整合素β1的极性强度,降低整合素β1与β-连环蛋白的极性夹角富集在135°~180°之间的细胞百分比。同时发现降低细胞内力会削弱PI3K和pMLC蛋白的极性强度及其极性分布,增强细胞内力会增强PI3K和pMLC蛋白的极性强度及其极性分布。结论整合素和N-钙黏素协同调控细胞蛋白的极性分布,N-钙黏素可以通过局部抑制整合素的方式在干细胞极性调控中发挥重要作用。

关键词：整合素类 N-钙黏着糖蛋白类细胞极性

等离子体催化及其在电力多元转换的应用研究进展

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电工技术学报 2024年第17期39卷 5461-5481页

作者：李天宇孙静高钰婷屈仲平周仁武西安交通大学等离子体生物医学研究中心西安710049 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 西安710049

随着新能源技术的不断发展,电力多元转换(Power-to-X)已逐渐成为低碳转型领域的重要研究方向。大气压低温等离子体技术能够很好地兼容风、光等可再生能源供电系统的间歇性和波动性,已成为一种备受关注的解决方案。通过在温和条件下利用... 详细信息

随着新能源技术的不断发展,电力多元转换(Power-to-X)已逐渐成为低碳转型领域的重要研究方向。大气压低温等离子体技术能够很好地兼容风、光等可再生能源供电系统的间歇性和波动性,已成为一种备受关注的解决方案。通过在温和条件下利用可再生电力产生等离子体直接驱动高值化产品的生产和减排,为实现“双碳”目标提供了有力保障。该文首先介绍了常见的等离子体放电类型,并结合实例阐述了等离子体与催化剂之间可能存在的复杂协同效应;其次,对国内外在等离子体催化CO_(2)转化、等离子体催化固氮及等离子体催化CH_(4)重整三种典型研究实例的进展进行了概述;最后,基于目前的研究现状,分析了等离子体催化应用在Power-to-X技术中所面临的问题与挑战,并对等离子体催化的实验室研究与商业化实现提出了展望。总之,进一步研究等离子体催化技术及其在可持续发展和低碳经济方面的重要应用,对于推动清洁能源的使用和减少碳排放具有积极的意义。

关键词：大气压低温等离子体等离子体催化电力多元转换(Power-to-X) 协同效应能量效率

基于广义Curvelet变换和相空间特征聚类的VSP波场分离方法

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地球物理学报 2024年第1期67卷 289-307页

作者：赵亮高静怀李振张伟田亚军西安交通大学信息与通信工程学院西安710049 海洋油气勘探国家工程研究中心西安710049

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)蕴含大量的地层地质信息,是连接地震反射数据与测井资料之间的桥梁.VSP数据分辨率高,资料丰富,包括上行波、下行波、转换波等多种类型的波场,常被用于地层反射界面标定、介质衰减参数反演... 详细信息

垂直地震剖面(Vertical Seismic Profiling,VSP)蕴含大量的地层地质信息,是连接地震反射数据与测井资料之间的桥梁.VSP数据分辨率高,资料丰富,包括上行波、下行波、转换波等多种类型的波场,常被用于地层反射界面标定、介质衰减参数反演等.其中,如何有效地分离波场是将VSP资料应用于油气勘探的关键之一.广义Curvelet变换是一种具有多尺度、多角度的相空间变换,能够进行相空间域波场特性的提取.本文聚焦于VSP波场的上下行波分离问题,提出一种基于广义Curvelet变换和相空间特征聚类方法.首先,采用广义Curvelet变换对VSP波场进行特征提取,构造融入相空间角度信息的特征数据集;然后,利用K-means聚类算法在相空间对波场特征进行分类;最后,对分类结果进行反变换,完成VSP上下行波波场的自适应分离.为了验证方法的有效性,本文将所提出的方法用于合成数据和实际VSP数据的波场分离,并与常用的基于F-K变换的波场分离方法进行对比.处理结果表明,本文方法角度分辨率高、抗噪能力强,波场分离结果的保真保幅性好,这为后续的成像与地层的特征分析提供了重要基础资料.

关键词：垂直地震剖面(VSP) 波场分离 Curvelet变换广义Curvelet变换 K-means聚类

基于脉冲神经网络微调方法的遥感图像目标检测

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遥感学报 2024年第7期28卷 1702-1712页

作者：郭柏麟黄立威路遥张雪涛马永强西安交通大学人机混合增强智能全国重点实验室西安710049 北京市遥感信息研究所北京100192 西安交通大学视觉信息与应用国家工程研究中心西安710049 西安交通大学人工智能与机器人研究所西安710049

遥感影像目标检测问题是视觉图像识别任务的重要研究内容之一,但是在船舶遥感图像中,船舶目标小且分布稀疏,使用传统的人工神经网络(ANN)进行目标检测往往会浪费大量的计算资源。脉冲神经网络(SNN)的事件驱动与低功耗特性可以极大地节... 详细信息

遥感影像目标检测问题是视觉图像识别任务的重要研究内容之一,但是在船舶遥感图像中,船舶目标小且分布稀疏,使用传统的人工神经网络(ANN)进行目标检测往往会浪费大量的计算资源。脉冲神经网络(SNN)的事件驱动与低功耗特性可以极大地节省能量消耗同时解放更多的计算资源。然而SNN神经元由于其复杂动态与不可微调的脉冲操作,难以正常进行训练。作为替代,将训练好的ANN转换为SNN可以有效规避这一问题。对于转换后的深层SNN,需要大量时间步长(time steps)来维持其性能。这一过程需要大量的计算资源并对产生较大的延迟,与低功耗的研究初衷相违背。本文研究了转换后SNN需要大量time steps维持模型性能的原因,并提出了新的转换方法,基于微调的逐层转换方法;考虑硬件部署的合理性,提出了泊松群编码,相比泊松编码,泊松群编码输出的脉冲序列噪声更小,对模型性能的影响更小。实验表明,微调转换方法在SAR舰船检测数据集(SSDD、AIR-SARShip)上取得与转换前模型(97.9%、79.6%)相近的性能(96.9%、70.3%),在PASCAL VOC数据集上也获得了较好的检测性能(49.2%),而且对于泊松群编码,time steps相同的条件下神经元数目越多,对模型性能的影响越小,时间步长较少的条件下即可获得与输入模拟频率近似的性能。本文的研究可以提升转换后SNN的性能,减少转换后SNN对time steps的需求,并为SNN的硬件部署提供了一个切实有效的输入编码方法。

关键词：脉冲神经网络目标检测船舶遥感图像 ANN-SNN转换泊松群编码

基于实例对比学习的遥感建筑物变化检测域适应算法

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遥感学报 2024年第7期28卷 1771-1788页

作者：张奇路遥王飞张雪涛郑南宁西安交通大学人机混合增强智能全国重点实验室西安710049 西安交通大学视觉信息与应用国家工程研究中心西安710049 北京市遥感信息研究所北京100011 西安交通大学人工智能与机器人研究所西安710049

建筑物变化检测是遥感影像智能解译中的重要研究方向。针对建筑物变化检测的跨域变化检测算法中存在的像素级对比学习噪声过大和目标域样本利用不充分等问题,本文提出了实例级对比学习域适应变化检测算法ICDA-CD。首先,使用区域级域混... 详细信息

建筑物变化检测是遥感影像智能解译中的重要研究方向。针对建筑物变化检测的跨域变化检测算法中存在的像素级对比学习噪声过大和目标域样本利用不充分等问题,本文提出了实例级对比学习域适应变化检测算法ICDA-CD。首先,使用区域级域混合替代实例级域混合,以实现源域和目标域图像的有效混合;然后,利用实例级对比学习,降低伪标签噪声的影响。具体来说,在编码器中,拉开变化实例区域双时相特征距离,并在解码器中,拉近各个变化实例特征之间的距离,这可以显著提升模型对源域和目标域特征表示的一致性;最后,在损失计算部分使用伪标签质量估计,使得低置信度区域的像素也可以参与训练,提高了目标域样本的利用率。将本文方法与DACS、DAFormer、和HRDA等3种目前先进的算法进行实验对比。结果表明本文所提出来的方法在LEVIR-CD域迁移至S2Looking以及S2Looking域迁移至LEVIR-CD时F1分数分别达到了43.91%和74.75%,优于几种先进的算法。

关键词：遥感图像建筑物变化检测对比学习域适应深度学习伪标签

基质刚度和生长因子协同驱动上皮⁃间质转化的力⁃化耦合机制

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应用数学和力学 2024年第6期45卷 719-734页

作者：朱鸿源王与帅林敏西安交通大学生命科学与技术学院生物信息工程教育部重点实验室西安710049 西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室仿生工程与生物力学研究所(BEBC) 西安710049

上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)是胚胎发育、伤口愈合、癌症发展等生理、病理过程中的关键步骤,使细胞从紧密黏附在一起的上皮状态转变为分散排布的间质状态.该文提出了一个基质刚度和生长因子协同驱动EMT的... 详细信息

上皮-间质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)是胚胎发育、伤口愈合、癌症发展等生理、病理过程中的关键步骤,使细胞从紧密黏附在一起的上皮状态转变为分散排布的间质状态.该文提出了一个基质刚度和生长因子协同驱动EMT的核心调控回路模型,发现在EMT过程中,基质刚度和生长因子通过协同调控EMT激活转录因子(EMT-activating transcript factors,EMT-TFs)来改变细胞间力学黏附分子E/N-钙黏素的表达,从而影响EMT的进程与可逆性.该模型揭示了力学和化学因素的协同作用对EMT过程中细胞间力学黏附的影响机制,为研究癌症等疾病的发生、发展机制和防治策略奠定了理论基础.

关键词：力学模型力-化耦合上皮-间质转化细胞间力学黏附

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细胞外基质刚度诱导CCL5合成以提高非小细胞肺癌免疫治疗响应

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西安交通大学学报（医学版） 2024年第3期45卷 396-404页

作者：张天杨雅儒张恩永郭卉刘梦洁西安交通大学第二附属医院肿瘤内科陕西西安710004 西安交通大学生命科学与技术学院仿生工程与生物力学中心陕西西安710049

目的探讨非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)细胞外基质刚度调控趋化因子配体5(C-C motif chemokine ligand 5,CCL5)的机制,揭示CCL5对NSCLC的免疫治疗响应的影响。方法通过TCGA数据库分析NSCLC细胞外基质刚度与CCL5表达... 详细信息

目的探讨非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)细胞外基质刚度调控趋化因子配体5(C-C motif chemokine ligand 5,CCL5)的机制,揭示CCL5对NSCLC的免疫治疗响应的影响。方法通过TCGA数据库分析NSCLC细胞外基质刚度与CCL5表达的相关性;根据NSCLC细胞外基质刚度设计不同刚度的聚丙烯酰胺水凝胶,获得响应水凝胶基质刚度力学加载的H1299细胞并对其进行转录组测序,利用q-PCR验证高基质刚度对CCL5表达的影响;进一步利用NSCLC患者转录组数据探究CCL5与免疫治疗响应的相关性。结果高细胞外基质刚度可以上调CCL5的表达,并且干扰素-γ(interferonγ,IFN-γ)介导的信号通路可能参与了该过程;CCL5高表达的NSCLC患者,肿瘤组织中细胞毒性T细胞的丰度更高,与抗程序性死亡受体-1(programmed cell death protein 1,PD-1)治疗响应性有关。结论细胞外基质刚度增加可促进CCL5合成,CCL5可通过增加肿瘤组织中细胞毒性T细胞浸润提升NSCLC的免疫治疗响应性。

关键词：非小细胞肺癌(NSCLC) 细胞外基质刚度趋化因子配体5(CCL5) 免疫治疗响应性

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