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  • ISSN 1006-3080
  • CN 31-1691/TQ

2019年45卷6期

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综述
硅罗丹明荧光探针的研究进展
姚永康, 唐俊马, 杨琴, 傅杨, 彭以元, 郭志前
2019, 45(6) :845-852. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180711001
摘要:
近年来,罗丹明染料因其良好的荧光性能,在化学和生物化学领域倍受关注。但罗丹明染料的荧光波长通常都小于600 nm,具有较强的生物背景荧光的干扰,很大程度上限制了其在生物成像等领域的实际应用。将罗丹明母核的氧原子替换为硅原子,所发展的硅罗丹明不仅具备传统罗丹明荧光染料的优点,还可将荧光波长红移至近红外波段,很好地解决了罗丹明荧光波长较短的问题。本文主要综述了硅罗丹明荧光探针的研究进展,重点聚焦该荧光团波长红移原理、荧光波长和荧光量子产率的调控,以及硅罗丹明探针的设计机理与应用。
研究论文
N2和CO2稀释对CH4/O2扩散火焰反应区和结构特性的影响
杨家宝, 何磊, 祝慧雯, 郭庆华, 龚岩, 于广锁
2019, 45(6) :853-859. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180928002
摘要:
利用紫外成像系统获得了CH4/O2同轴射流扩散火焰的OH*二维辐射分布,并对其进行了Abel逆变换处理。基于OH*分布特性的变化,重点探究了氧化剂中N2和CO2体积分数对火焰反应区和结构特性的影响,并进一步比较了两种稀释火焰反应区和结构特性的区别。结果表明:随稀释剂体积分数增加,火焰更加细长。在稀释剂体积分数相同的条件下,CO2稀释时火焰具有更为狭窄的火焰锋面,且OH*辐射强度显著低于N2稀释火焰。稀释剂体积分数的增加使OH*的生成机理发生改变,从而导致火焰的核心反应区发生位移。火焰反应区的轴向高度随稀释剂体积分数的增加呈先增大后减小的变化趋势。与N2稀释火焰相比,反应机理转变对CO2稀释火焰反应区轴向高度的影响更大。
工业级MIP提升管反应器气固两相流动特性的数值模拟
于苗, 钱锋, 胡贵华, 隆建, 李天越
2019, 45(6) :860-867. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180913003
摘要:
以工业上多产异构烷烃催化裂化工艺(MIP)装置的提升管反应器为研究对象,采用欧拉-欧拉双流体模型对反应器的气固两相流动行为进行三维冷态数值模拟。采用计算流体力学(CFD)模拟方法分析了预提升段、一反段和二反段的气固流动特性,并对比了催化剂颗粒入口的质量流量与原料油入口的质量流量之比(剂油比)分别为6、7、8时反应器内的流动特性。模拟结果表明MIP提升管反应器内存在典型的非均匀流动特点。随着剂油比的增加,催化剂颗粒的轴向速度降低,固相体积分数增加。
熔融酯交换法合成氢化双酚A型聚碳酸酯
鲁文芳, 张明, 吴国章
2019, 45(6) :868-872. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20181209002
摘要:
以氢化双酚A为反应单体,通过与碳酸二苯酯熔融酯交换成功合成了氢化双酚A型聚碳酸酯,并考察了催化剂的种类及其浓度、单体配比、酯交换时间、缩聚温度等工艺条件对产品分子量、分子结构、热性能及外观等的影响。结果表明,氢化双酚A因二级醇的弱碱特性,在酯交换反应中难以解离成亲核试剂,导致其反应活性较双酚A低;与其他碱金属盐或碱土金属盐催化剂相比较,LiCl具有较高的催化活性。当催化剂摩尔分数为0.01%,碳酸二苯酯和氢化双酚A的物质的量之比为1.01∶1,且酯交换反应时间为2 h,缩聚温度为250 ℃时,合成的氢化双酚A型聚碳酸酯的数均分子量(Mn)可达1.12×104,玻璃化转变温度为160 ℃,且色泽优异。
氧化石墨烯功能化磁性空心球的制备及载药性能
殷红霞, 杨宇翔, 黄艳, 赵怡, 倪超英
2019, 45(6) :873-882. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180926001
摘要:
以纳米碳球和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为双模板合成了具有介孔核-壳结构的纳米复合材料;并通过刻蚀法,制备了磁性介孔纳米空心球(HMNPs);在交联剂1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基硫代琥珀酰亚胺(NHS)的作用下,制备了氧化石墨烯(GO)功能化的磁性介孔纳米空心球(HMNPs-GO)。利用红外光谱(FT-IR)、X-射线粉末衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和振动样品磁强计(VSM)等方法进行了表征。通过研究HMNPs-GO对藤黄酸(GA)的吸附等温线,得出HMNPs-GO对GA的吸附主要为两者之间的π-π堆积,且属于Freundlich吸附。同时,基于Bhaskar模型和准一级、准二级动力学模型,分别探讨了HMNPs-GO中GA药物分子的扩散机理和缓释动力学,得出GA在HMNPs-GO中的缓释具有pH依赖性,且在不同pH下的缓释更适合于准二级动力学模型。
不同分子量聚乙烯吡咯烷酮对多壁碳纳米管分散性能的影响
尚旭, 景希玮, 徐健, 郑柏存, 公维光
2019, 45(6) :883-890. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180820002
摘要:
研究了不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对多壁碳纳米管(MWCNTs)浆料流变性能、稳定性能的影响,并对PVP修饰的MWCNTs(P-MWCNTs)导电性进行了分析。结果表明,中等分子量的PVPK25和PVPK30对浆料的分散效果最佳,浆料黏度较低,呈现近牛顿流体特征,分散的MWCNTs颗粒均匀,平均粒径相对较小,并具有较好的稳定性,同时P-MWCNTs电阻率也较低。通过拉曼光谱(Raman)、热失重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)对作用机理分析,结果表明,PVPK25和PVPK30与MWCNTs之间有更强的π-π共轭作用,吸附量高于低分子量PVPK17和高分子量PVPK90的吸附量,并在MWCNTs表面具有更好的空间位阻修饰效果,因而使得MWCNTs几乎呈单根分散,缠结现象显著减少。
用于前列腺冷冻消融的电加热尿道保温装置
赵红莉, 钱彬, 徐彬凯, 蓝闽波
2019, 45(6) :891-898. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180830004
摘要:
在标准导尿管的基础上,改装了一种电加热尿道保温装置,以降低医生手术中的操作和判断困难,并对该装置进行了模拟计算和体外实验测试。在使用高精度的PID控制器控制温度的同时,研究了不同加热功率对保温装置最低壁温的影响,并与水热式保温装置进行比较。体外实验中,在加热功率为9 W和使用两把冷冻消融刀的工作环境下,在冷冻30 min后保温管表面最低温度仍然能保证高于细胞致死温度(−22 ℃)。电加热尿道保温装置是一种应对冷冻手术中尿道低温损伤的有效方式。
分子内弱相互作用对共轭性的影响
张融, 周颖, 晏琦帆
2019, 45(6) :899-909. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180902001
摘要:
以[2,2]对环蕃、三蝶烯、9,9’-螺二芴为连接单元,通过Buchwald-Hartwig/Suzuki偶联反应,连接富电子二苯氨基/缺电子萘酰亚胺片段,合成了化合物1~6和化合物7~12。在化合物1~67~12中,两个富电子中心或两个缺电子中心通过本共轭、交叉共轭、π-π堆积以及直接π-共轭方式连接。光物理和电化学测试表明,中性状态下基态共轭性以直接π-共轭最好,本共轭、交叉共轭次之,π-π堆积最差;在正离子自由基状态下共轭性以直接π-共轭最好,本共轭、交叉共轭次之且相近;负离子状态下共轭性则由于缺电子中心和连接单元之间的π-共轭作用被π-平面之间的扭转角削弱,化合物7~12中的连接方式都未能体现出差异。
可用于电子顺磁共振检测的pH响应载药胶束的制备与体外评价
王兆东, 史炉炉, 赵红莉, 洪亚云, 周丽芳, 蓝闽波
2019, 45(6) :910-918. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180725001
摘要:
基于乙炔聚合反应,以席夫碱作为酸响应基团,合成了含有2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)自由基的pH响应聚合物PA-pH-TEMPO,利用核磁共振氢谱(1H-NMR)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、电子顺磁共振波谱(EPR)等对其分子结构进行了表征;以广谱抗肿瘤药物阿霉素(DOX)为模型药物,通过透析法制得了载DOX的胶束DOX@PA-pH-TEMPO。结果表明,PA-pH-TEMPO在对小鼠成纤维细胞L929和人子宫癌细胞HeLa的毒性测试中,没有明显的细胞毒性;DOX@PA-pH-TEMPO胶束的载药量和包封率分别为2.58%和32.09%,表现出良好的pH响应特性和缓释性能,且对HeLa肿瘤细胞具有较强的抑制效果。对PA-pH-TEMPO和DOX@PA-pH-TEMPO的体外细胞摄取实验表明,HeLa细胞对材料具有良好的摄取效果,并可检测到明显的EPR信号。
Kap147/Kpn杂合启动子引导Cre重组酶在转基因小鼠睾丸组织中特异性表达
刘飞, 孟军, 范立强
2019, 45(6) :919-927. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180830001
摘要:
为了验证杂合启动子Kap147/Kpn的体内、外功能,构建了Kap147/Kpn引导的Cre重组酶转基因鼠。体外细胞转染和激素诱导证实Kap147/Kpn启动子具有细胞特异性,且受雄激素诱导。通过RT-PCR(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction)和荧光定量PCR(Polymerase Chain Reaction)证实Kap147/Kpn启动子引导Cre重组酶在转基因鼠(Cre-F0-2)睾丸组织中特异表达。荧光定量PCR检测发现,Cre mRNA在转基因鼠睾丸中的表达量与小鼠年龄相关,经15 mg/(kg·d)二氢睾酮(DHT)处理后睾丸中Cre mRNA表达量增加1.7倍,经100 mg/(kg·d)醋酸环丙孕酮(CAP)处理后Cre mRNA表达量降低约50%,证实Kap147/Kpn启动子在转基因鼠体内受雄激素调控。荧光组化显示,转基因鼠Cre-F0-2与双荧光Cre重组酶报告鼠杂交后,能成功介导子代鼠睾丸组织特异性的基因敲除。杂合启动子Kap147/Kpn引导的Cre重组酶转基因鼠(Cre-F0-2)具有雄激素调节性和睾丸靶向性,是一个潜在的研究睾丸基因功能的有力工具。
基于新型自适应采样算法的催化重整过程代理模型
张剑超, 杜文莉, 覃水
2019, 45(6) :928-937. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180915001
摘要:
催化重整装置是石油加工的重要装置之一,直接使用机理模型对其进行优化耗时较长。代理模型方法能够有效地对机理模型进行近似,而采样方法对代理模型的精度有很大影响。提出了一种新的自适应采样算法−基于最近邻和马氏距离的自适应采样算法。该算法从采样方法的全局搜索能力与局部搜索能力出发,通过求解优化问题在关键信息区域中获取样本点。采用7个测试函数进行测试,结果表明该算法能够选取对代理模型精度影响较大的采样点,从而有效地提升代理模型的精度。针对催化重整过程的关键质量指标建立了相应的代理模型,结果表明该算法能够很好地处理实际工程中的问题。
基于多数据结构的集成质量监控方法
薛敏, 杨健, 谭帅, 侍洪波
2019, 45(6) :938-945. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180821002
摘要:
考虑到工业过程中不同数据结构特征的提取方式可能会影响质量监控性能,提出了一种融合过程数据集全局与局部结构特征的集成质量监控(Ensemble Learning based Multiple Data Structures Quality Monitoring,E-MDSQM)方法。首先,构建偏最小二乘(Partial Least Square,PLS)、邻域保持回归(Neighborhood Preserving Regression,NPR)、局部全局主成分回归(Local and Global Principal Component Regression,LGPCR)3种基础模型,分别描述过程数据的全局结构、局部拓扑及局部全局混合结构信息;然后,基于一种新的监控指标,采用遗传优化算法求得最优权重,集成融合各统计量并确定控制限;最后,通过田纳西-伊斯曼(Tennessee-Eastman Process,TE)过程仿真,评估集成模型的监控效果,并与PLS、NPR、LGPCR 3种基础算法比较,实验结果表明该集成模型取得了较好的综合效果。
基于T-TSNPR的动态过程质量监控
吕铮, 杨健, 侍洪波, 谭帅
2019, 45(6) :946-953. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20181114003
摘要:
针对动态过程的质量监控,提出了一种全时间序列邻域保持回归(Total Time Series Neighborhood Preserving Regression,T-TSNPR)算法。首先,考虑到无关变量对构造特征空间的影响,对过程变量进行相关性分析,利用贡献度方法进行变量优化。在数据降维过程中考虑到数据间的时序相关性,T-TSNPR在一定长度的移动时间窗内进行邻域点挑选并构造目标函数,通过全投影回归提取出质量相关特征空间,并建立相应的T2统计量进行质量监控。最后,通过数值仿真和TE过程(Tennessee-Eastman process)仿真实验验证了T-TSNPR算法的有效性。
基于类别色彩查找表的彩色夜视方法
张玮雯, 谷小婧, 顾幸生
2019, 45(6) :954-961. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20181018005
摘要:
针对夜视图像解读困难的问题,提出了一种面向类别的色彩查找表的彩色夜视方法。该方法可以将不同景物的特征色彩映射到多波段夜间图像,使观察者能够更快、更好地解读图像,从而提高态势感知并缩短反应时间。这种映射方法首先采用深度学习中的语义分割技术对图像进行分割,然后使用类别色彩查找表固定不同波段对应色彩,避免了全局彩色化时出现的色彩单一、不自然的缺点。实验结果表明,与其他全局彩色化方法相比,本文方法对于夜视图像的解析能力更强。
基于Ohta颜色空间的多信息融合火焰检测
刘佳丽, 叶炯耀
2019, 45(6) :962-969. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180910001
摘要:
为了能够快速准确地检测到火焰,预防火灾的发生,提出了一种在Ohta颜色检测的基础上使用饱和度和Otsu阈值分割法相结合的算法。采用该算法可以实时、准确地检测出疑似火焰区域,然后对其进行圆形度、矩形度、重心高度系数特征分析,并结合LBP纹理分析,最后再通过SVM进行判定。实验结果表明,该算法能够准确地检测出火焰,且实时性和准确率都得到了显著提高。
基于竞争机制差分进化算法的无分流换热网络优化
陈鹏, 罗娜
2019, 45(6) :970-979. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20181015004
摘要:
换热网络综合问题是典型的混合整数非线性规划问题,所建立的数学模型具有非凸、非线性的特征,优化求解易陷入局部最优。本文提出了一种竞争机制下的差分进化算法并应用于换热网络综合问题。首先,利用拉丁超立方实验设计方法获得初始种群,使其均匀分布在解空间中,以保证初始种群的多样性。其次,引入竞争机制,将整个种群分为竞争胜利群体与竞争失败群体,对竞争胜利群体采用反向随机搜索与贪婪选择相结合的方式进行深度优化;竞争失败群体则通过向竞争胜利群体学习,提升竞争失败群体的质量。在对个体进行变异操作时引入自适应收缩因子,提高算法的全局优化能力与局部优化能力。对典型案例的验证结果表明,与其他算法相比,利用该算法可以获得年综合费用更低的换热网络设计方案,可以用来求解中等规模的换热网络综合问题。
基于深度学习的驾驶场景关键目标检测与提取
张雪芹, 魏一凡
2019, 45(6) :980-988. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20181023002
摘要:
包含目标识别与边界框选定的目标检测是无人驾驶视觉感知中的关键技术之一。采用基于深度计算机视觉组网络(VGGNet)的新型单次多框检测算法(SSD)进行驾驶环境中的关键目标检测、语义标注和目标框选;同时,针对具体驾驶场景,提出了改进的SSD_ARS算法。通过优化梯度更新算法、学习率下降策略和先验框生成策略,在提高平均检测精度的同时使得小目标类别的检测精度得到明显提升。在实际驾驶场景中9类关键目标的检测实验上验证了本文算法的有效性,实验结果表明,检测速度满足实时检测需求。
平行三阶段流水作业问题的近似算法
曹移林, 余炜
2019, 45(6) :989-994. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.20180206001
摘要:
研究了n个三阶段工件在m个流水车间进行加工的排序问题,目标为最小化最大完工时间。当m是定值时,该问题是NP困难;当m>2时,问题是强NP困难。将问题分解成3种情形,情形1给出了\begin{document}$\dfrac{ 7}{ 3}-\dfrac {1}{3m} $\end{document}的近似比;情形2给出了一个3的近似比;情形3给出了近似比为\begin{document}$\dfrac{23}6-\dfrac 1{3m} $\end{document}。结合3种情形,最终给出了性能比为\begin{document}$\dfrac{23}6-\dfrac 1{3m} $\end{document}的算法。
基于降维的全局优化近似解法
陈丹丹, 王薇, 徐以汎
2019, 45(6) :995-1000. doi: 10.14135/j.cnki.1006-3080.2018071700
摘要:
将降维应用到全局优化问题的求解中,提出了一个基于降维的全局优化近似算法,用以求解带箱约束的非线性全局优化问题。首先在区间[0, π]上构造一个新的降维公式,给出基于该降维变换曲线的α-致密度,再从降维曲线长度对该近似算法的计算量进行估计并给予证明,给出理论算法,最后给出了数值实验结果以说明算法的有效性。