CRISPR/Cas系统在核酸检测中的应用和挑战

成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)/CRISPR相关基因(Cas)系统是古菌和细菌适应性免疫系统,最初被发现用来进行基因编辑,近年其特异识别和切割特性以及可编程性使其在核酸和非核酸靶标检测中崭露头角。目前基于CRISPR/Cas系统的核酸检测系统主要与核酸扩增技术如PCR、链置换扩增(SDA)、滚环扩增(RCA)和EXPAR等恒温扩增技术结合,以提高灵敏度;多项研究也在尝试开发基于CRISPR/Cas的无预扩增核酸检测系统;另外也有研究尝试通过生物祖体(包括适体、DNAzymes和抗原-抗体反应)特异性识别靶物质实现非核酸信号转换为核酸信号,实现基于CRISPR/Cas的蛋白质、小分子、细胞等非核酸物质的检测。但仍存在一些挑战,其中目标中痕量原始浓度的信号转换和放大是分析系统的关键挑战;其他挑战包括CRISPR/Cas存在一定背景活性,CRISPR RNA和单链DNA/单链RNA信号报告序列有降解风险等。随着技术的逐渐成熟,CRISPR/Cas系统将在生物靶标检测中发挥更大作用。本文就CRISPR/Cas系统在核酸检测这一领域的最新发展方向作一述评。

谐波干扰抑制下的低压配电网母线电压自动控制系统

母线电压的平稳程度,直接影响低压配电网的运行安全,因此设计谐波干扰抑制下的低压配电网母线电压自动控制系统。该系统以配电网调度系统的控制需求为前提,在系统无功补偿层引入抗谐波干扰无功发生器获取母线电压的无功补偿量,母线无功控制需求整定层依据该计算结果和母线电压控制指令,结合母线实时运行电压结果,对比判断母线实际电压结果和参考电压之间的差距,确定母线电压所需的无功补偿量,完成电压控制。测试结果显示:该系统能够有效控制母线电压谐波,谐波畸变率低于4.4%;能够保证电压的稳定,电压控制的偏差结果均在±1.5 V之间,母线在相位阶跃和稳态两种情况下的相位误差结果均低于0.075。

时滞SMIB混沌系统的同步及其在通信干扰对消中的应用

在实施通信干扰时,为了消除干扰信号对己方通信的影响,研究了干扰信号对消问题。考虑到混沌的类随机性使得混沌信号可以代替高斯噪声作为通信干扰源达到较好的干扰效果,以时滞SMIB混沌系统为干扰源,证明了存在外干扰时,参数失配的两个时滞SMIB混沌系统在线性状态误差反馈控制下达到有误差界的同步的判据,给出了误差界的估计,并进行了仿真验证。结果表明:利用该研究结论,可以在通信接收端对混沌干扰信号进行对消,基本消除混沌干扰对自身的影响。

共享信号模式的探测干扰一体化系统设计

为解决传统信息战装备呈现出的模式单一、自适应能力差、资源冗余度高等问题,提出了基于共享信号的探测干扰一体化系统优化方案,从系统结构、工作流程、工作模式和核心模块等方面对探测干扰一体化系统进行了详细设计。梳理了实现一体化系统所存在的科学问题与技术难点,通过分析脉内复合调制和动态避障两类共享波形的性能,验证了两类波形均具备同时探测、干扰的能力,说明了共享信号模式下探测干扰一体化系统的可行性。

LEO卫星系统对GSO卫星系统干扰规避技术研究

近年,低地轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座繁荣发展,LEO卫星系统和地球静止轨道(Geosynchronous Orbit,GSO)卫星系统同频共用情况非常普遍,同频段内LEO卫星系统需要规避GSO卫星系统的上下行干扰。LEO卫星系统对GSO卫星系统干扰规避方法和策略包含调整指向、更改频率、降低功率和关闭波束。在对系统干扰规避模式及干扰区域情况进行仿真基础上,结合LEO卫星系统特点,提出经过规避区域时切换信关站或者馈电链路关闭下行波束的方案。用户链路结合相控阵天线特点,信令波束通过上注星载相控阵天线波位表实现干扰规避;业务波束通过上注干扰规避区域对应的地面网格编码实现干扰规避,提出不同链路干扰规避实施方案和实现流程。

基于等价输入干扰的不确定离散时间系统预见重复控制

针对一类具有外部干扰的不确定线性离散系统,提出一种基于等价输入干扰(equi-valent input disturbance,EID)补偿的预见重复控制设计方法。首先,为了在提高系统跟踪精度的同时对外部干扰进行主动抑制,提出一种前向通道包含预见和重复控制器、反馈通道包含EID补偿的多自由度系统结构。然后,利用T阶差分算子,获得包含目标信号预见信息、重复控制器输出以及重构干扰的增广离散系统。于是,设计控制器的问题,变成了离散系统在二次性能指标下的稳定性问题。进一步,利用Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)处理技巧,得到系统稳定性条件,进而获得控制器参数化方法。最后,数值仿真验证了所提方法的有效性。

基于干扰观测器的机电伺服系统PI控制策略

空气舵机电伺服系统的主要任务是接收控制指令,并驱动负载按指令角度摆动,在各类航空航天飞行器中具有越来越广泛的应用价值。然而在运行过程中存在的未知干扰给机电伺服系统高精度控制带来了巨大挑战。针对这一问题,提出基于干扰补偿的空气舵机伺服系统控制策略。首先进行空气舵机电伺服系统模型分析,其次运用径向基函数设计神经网络的状态观测器,将不可测量的舵面角度用估计值替代进行反馈控制,最后应用Lyapunov方法分析了有限时间收敛条件。仿真结果表明:与传统电机角度反馈相比,所提出的控制策略使空气舵机电伺服系统的稳态误差减少97%以上。

电力系统小干扰稳定性评估的多重谱变换方法

针对电力系统小干扰稳定性分析过程中遗漏不稳定特征值的问题,提出了一种求解大规模系统不稳定特征值的多重谱变换方法。该方法首先利用所提出的多重谱变换将全部不稳定特征值映射为主导特征值;在利用Krylov-Schur方法收敛得到全部主导特征值之后,通过逆变换得到相应的不稳定特征值;该方法还揭示了指数变换与位移逆变换以及凯莱变换之间的内在联系。相较于位移逆变换和凯莱变换,多重谱变换方法由于具有类似于指数变换的良好谱特性,从而有利于特征值收敛;同时其又避免了指数变换引起的指数矩阵与向量的乘积,从而具有更高的计算效率和计算精度。在Xingo6u和Xingo3012这两个源于巴西互联电网上的算例分析结果表明,所提出的多重谱变换方法不仅保证了不遗漏不稳定特征值,而且相较于指数变换方法,计算精度提升了约3个数量级,计算耗时减少了90%以上。

CRISPR系统在疾病诊疗中的应用:基于文献计量学视角

CRISPR系统作为一种新的基因编辑工具,在疾病的基因诊疗领域受到了越来越多的关注.文章利用R语言文献计量学软件BiblioShiny,以“CRISPR”和“disease”为主题检索Web of Science数据库,选取2018年1月至2024年6月刊发的9839篇文献进行计量学分析.结果表明,近年来聚焦在该领域的研究文献丰富且逐年稳步递增,CRISPR系统中的新技术(如单碱基编辑,先导编辑)和新靶点(如干细胞,动物模型)等为热点研究方向,CRISPR系统已广泛应用于神经系统疾病、骨骼肌肉系统疾病、血液系统疾病、眼部疾病、癌症和病毒感染等疾病治疗中.

CRISPR/Cas系统中工程化gRNA技术的研究和应用

CRISPR/Cas是原核生物在进化过程中获得的一种免疫防御系统,用于抵抗外来遗传物质的入侵,近年来被开发成为高效的基因编辑、基因调控以及分子诊断工具。其可编程靶向机制揭开了利用该系统进行基因组操作的序幕,并允许在活性范围内实现动态调节和控制基因表达。作为现有基因修饰手段中灵活性最强和成本最低的技术之一,已被广泛应用于临床疾病治疗、工农业生产、可持续染料开发和化学品加工等领域。随着对CRISPR/Cas系统的不断深入挖掘和探索,大量研究报道了gRNA工程改造及优化方法,包括改变间隔序列长度、调节恒定区和可变区的结构、向末端或中间延伸添加额外功能序列及化学合成修饰等,以期降低脱靶突变率,提高作用效率,充分激发CRISPR基因操纵工具在生物医学方面的潜力。基于此,本综述将介绍CRISPR/Cas9和CRISPR/Cas12系统中gRNA工程化设计方法及应用研究的最新进展,分析探讨了当前工程化gRNA技术面临的机遇和挑战,旨在为获得性能更加优异的gRNA提供思路和方向,从而提高利用CRISPR/Cas系统探测人类细胞基因组的能力,进一步为可编程生物学带来更多可能性。

基于平衡阻抗的MC-WPT系统传导干扰抑制方法

抑制电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)以提升电磁兼容性是磁耦合无线电能传输系统推广应用中必须解决的关键问题。该文以传统LCC-S型磁耦合无线电能传为研究对象,针对阻抗不平衡和寄生参数造成的传导干扰问题,提出EMI滤波器和谐振补偿网络的融合拓扑。文中分析传统LCC-S型MC-WPT系统传导干扰的产生机理及传输通道特性,给出融合拓扑的设计方法,并通过实验验证该文所提出的拓扑对EMI抑制的有效性。在搭建的85 kHz/500 W实验系统中,该文提出的融合拓扑的线圈共模干扰电流相比于传统LCC-S型拓扑降低35.6 dB,在特定频率点的线圈差模干扰电流降低23.6 dB;在输入侧的共模和差模传导干扰分别降低约30 dB和10 dB。该文所提出的融合拓扑及其设计方法也可推广应用至其他谐振类型的MC-WPT系统中。

多电飞机系统传导电磁干扰交互作用机理分析及建模

采用270 V直流配电的多电飞机系统中电力电子设备众多,单一设备的传导电磁干扰很容易影响其他设备。为了探究复杂工况下设备间的传导电磁干扰交互作用机理,以DC/DC变换器、DC/AC逆变器和电机及其驱动器三种典型设备为研究对象进行研究。首先,对典型设备依据功能划分不同的运行工况。然后,分别建立了各设备的高频等效模型,在此基础上建立系统的高频等效模型。根据不同运行工况,分别研究设备间的电磁干扰交互作用机理。研究发现,设备间的电磁干扰交互作用既体现在干扰源的增加,又体现在新传导路径的引入,新传导路径会造成新的谐振问题。最后,仿真和实验结果表明,基于设备间电磁干扰交互作用机理搭建的仿真模型对谐振尖峰幅值的预测结果与实验误差在5 dBμV以内,模型符合度很好,证明了机理分析和建模的正确性。

基于视线角速度精度的导引系统抗干扰性能评估指标研究

针对传统抗干扰性能评估指标集中在导弹制导系统层面,无法满足导引系统抗干扰性能评估的问题,本文在分析抗干扰过程中制导系统内部误差传递原理的基础上,基于导引系统的测量误差,提出了基于视线角速度精度的导引系统抗干扰性能评估指标,从而在导引系统研制过程中,能够及时对其抗干扰性能进行评估。由于视线角速度精度在外场试验中不易测量,为了提高该指标的测试效率,基于比例导引制导原理,给出了视线角速度精度的简化计算方法,并针对非比例导引制导场景,给出了利用识别时间对视线角速度精度进行等效测试的方法。外场数据测试结果表明,该指标能够反映导弹在不同场景下的抗干扰性能,具有一定合理性。

地铁车辆逆变系统共模传导干扰全电路模型分析

为了预测地铁车辆逆变系统中开关器件高速动作产生的共模传导干扰,以额定功率190 kW逆变器构成的地铁车辆逆变系统作为研究对象,首先对其干扰源和干扰路径进行分析,通过Ansys Q3D软件及阻抗分析仪提取地铁车辆逆变系统共模传导干扰路径各组成部件的高频参数;其次搭建地铁车辆逆变系统共模传导干扰全电路模型,通过Ansys Simplorer软件对地铁车辆逆变系统共模传导干扰全电路模型进行仿真分析;最后将仿真预测结果与现场测试结果进行比对,在150 kHz~3 MHz频率范围内仿真预测结果与现场测试结果基本吻合,在3~30 MHz频率范围内由于并网试验、台架布线、测试传感器转移阻抗等因素的影响,仿真预测结果与现场测试结果出现大约8 dB的误差,由此证明所设计的全电路模型建模及分析的正确性。

跷跷板系统干扰补偿的分层滑模控制策略研究

为提高跷跷板系统在外部干扰下的平衡控制性能,提出一种基于指数收敛干扰观测器与切换增益模糊自适应分层滑模控制相结合的复合控制策略。首先,设计一种指数收敛干扰观测器,对系统受到的外部扰动等不确定因素进行估计补偿,以改善控制器鲁棒性。该观测器不需要状态变量二阶导的信息,可以应对实际工程中难以通过求导的方式获取加速度信号的问题。然后,针对跷跷板这类强耦合欠驱动系统提出一种分层滑模控制算法,并进一步针对滑模控制算法在未知大干扰下切换增益过大的问题,通过模糊规则的设计将切换增益模糊化,以降低系统抖振。最后,仿真和试验结果表明,相较于传统的滑模控制算法,该分层滑模控制算法抗干扰能力更强、切换增益更低。该策略可应用于类跷跷板平衡控制的实际系统。

广州地铁22号线交流牵引供电系统电磁干扰问题分析

[目的]当地铁线路正常运行时,由于钢轨对地不能做到完全绝缘,采用交流牵引供电系统的地铁会对邻近金属油气管道产生交流干扰。因此,有必要研究地铁交流牵引供电系统对外部电磁干扰的问题。[方法]以广州某金属油气管道与广州地铁22号线并行段为例,建立地铁隧道与金属油气管道耦合模型,对金属油气管道进行电磁干扰仿真分析;计算了与隧道呈不同夹角的油气管道各段的电磁感应电压、地电位和涂层耐受电压,分析了电磁干扰的主要影响因素。[结果及结论]交流牵引供电制式下,管道涂层实际承受电压为涂层内部金属管道表面的电压和外部土壤中的地电位的差值,地铁隧道在金属管道表面产生的感应电压幅值是土壤地电位幅值的10倍以上,金属油气管道受到的电磁干扰以管道与地铁的电磁感应电压为主;金属油气管道及地铁隧道并行段是产生电磁干扰的主要区段;增加回流线可以极大地降低金属油气管道的电磁感应电压,回流线的位置与数量对减少电磁干扰效果有极大的影响。

新疆油田并行管道阴保系统相互干扰因素及规律

针对新疆油田多条管道并行敷设产生的阴保系统相互干扰问题,采用数值模拟技术,研究土壤电阻率等8个因素对并行管道干扰程度的影响规律。结果表明:随着土壤电阻率或干扰管道涂层破损率增加,被干扰管道近阳极端电位负移,远阳极端电位正移,干扰显著增强;随着管道间距增加,干扰程度略有增加后逐渐降低,且最强干扰管道间距随土壤电阻率和涂层破损率增加而增大;随着干扰管道直径增大,或当干扰管道为高温管道时,并行管道受干扰略微增强;随着干扰管道辅助阳极距离增加,干扰减弱,但当辅助阳极距离小于200 m时干扰影响仍较为显著;当辅助阳极位置分别在两条并行管道一侧或两侧分布时,并行管道受干扰程度均较小;随着干扰管道数量增多,干扰电流存在明显叠加效应,干扰程度显著增强。综上,土壤电阻率、涂层破损率及干扰管道数量是阴保系统相互干扰的主控因素,管道间距、辅助阳极距离影响次之,辅助阳极相对位置、管道类型、管道直径影响较小。

装甲车辆大功率电驱动系统传导干扰预测模型构建方法

装甲车辆动力系统大功率电驱动系统中开关模组的高速切换将产生一系列高压瞬态脉冲及宽频谐波干扰,对高度电气化的整车系统构成严峻威胁。针对大功率电驱动系统产生的传导干扰缺乏数字化检测及分析问题,提出一种系统级的传导干扰预测模型构建方法。对电驱动系统各电气部件例如高压电池组、逆变器、负载电机分别独立建模;基于多导体传输线方法,将各模型通过表征系统寄生效应的传输线进行级联,进而构成完整的分布式系统级传导干扰预测模型。通过测试台架对新提出的模型进行精度测试对比验证。对比验证结果表明,新构建的模型在10 kHz~100 MHz频段范围内仿真精度优于8 dB,可为电驱动装甲车辆的电磁兼容正向设计提供有效支撑,具备创新性及实用性。

电子安全系统升压电路的传导电磁干扰建模方法

针对电子安全系统高压变换过程中产生的电磁传导干扰无法量化分析的问题,提出一种电子安全系统升压电路传导电磁干扰建模和量化分析的方法。该方法通过对电子安全系统升压电路关键器件高频等效建模构建了电子安全系统升压电路传导电磁干扰模型,开展了引信高压变换过程中传导干扰产生机理和传输路径的分析和量值仿真计算。试验和仿真结果表明,传导干扰模型能够真实反映升压过程中电路内部产生的电磁干扰特性,并可准确对传导干扰进行量化计算。

基于干扰序列图的无人机定位系统电磁效应分析

无人机定位系统是无人机与外部环境进行信息交互的重要核心模块,同时也为电磁干扰信号提供了耦合路径。围绕无人机定位系统电磁效应分析展开研究,关注未采取电磁加固措施的消费级无人机,基于无人机定位系统内部结构,建立了无人机定位系统的干扰序列图,进而推导出无人机定位系统各模块的瞬态响应函数,基于干扰序列图构建了无人机定位系统物理模型,开展了定位系统电磁效应场路联合分析,仿真分析了定位系统及其敏感单元磁场强度H和磁感应强度B的分布与规律,得到了无人机定位系统的电磁效应分布特征与电磁薄弱环节。仿真结果表明:无人机定位系统电磁薄弱环节在芯片线路连接点处,且随着电磁脉冲干扰时间的增加,电磁效应持续累积且呈现趋势一致的震荡效应。