光响应纳米材料在骨组织再生中的应用

背景:光响应纳米材料兼具纳米材料的优点以及光响应的独特优势,在组织再生、生物成像、疾病诊断、药物递送和靶向治疗等生物医学领域广泛应用,是目前功能材料领域的研究热点。目的:综述光响应纳米材料及其在骨组织再生中的应用优势和研究进展。方法:应用计算机检索中国知网和PubMed数据库,主要的英文检索词为“light-responsive,photoresponsive,nanomaterials,bone defect,bone regeneration,osteogenesis,osseointegration”,主要的中文检索词为“光响应,纳米材料,骨缺损,骨再生,骨结合”,根据纳入和排除标准筛选相关文献,最终纳入59篇文献进行综述。结果与结论:光响应纳米材料的表面形貌可通过直接调节成骨细胞及间接调节免疫相关细胞的基因表达及生物学行为来促进骨组织再生。光响应纳米材料可利用光热抗菌、光动力抗菌促进感染性骨缺损的修复。光响应纳米材料产生的温和光热刺激可通过上调成骨相关基因、蛋白质的表达及功能性成骨来有效增强成骨作用。光响应纳米材料在光照下可产生电子,进而通过调节细胞局部电位变化达到无创促进骨组织再生的目的。基于光响应纳米材料的药物释放系统可在特定光源照射下发生结构变化,以促进药物释放,为骨组织再生提供靶向治疗策略。

诺丽不同遮荫条件光响应模型筛选及其光合特性比较

光合作用是植物生长和发育的重要过程,而光响应曲线可以描述植物在不同光照条件下的光合速率与光照强度之间的关系。诺丽作为一种热作植物,明确其光合特性对于了解其生长和发育过程至关重要,而目前关于诺丽光合方面的报道相对较少。为了深入研究诺丽的光合特性及其环境适应性,本研究以4种(CK、T_(1)、T_(2)、T_(3))处理的诺丽为研究对象,采用LI-6400便携式光合仪测定光强日变化、净光合日变化、光响应曲线,并采用4种常用光响应模型进行拟合,筛选最佳模型后得出相应光合特征参数。结果表明:光强日变化呈现单峰抛物线变化趋势,在中午12:00时日光强达到最大,而诺丽的净光合日变化则呈现倒“U”型变化,在6:00—10:00时快速上升,10:00—16:00这一阶段缓慢下降,到16:00时快速下降,二者日变化存在一定同步性和非同步性变化;不同处理之间,净光合速率(P_(n))和光强(I)均随着遮荫度的增加出现明显的下降趋势;直角双曲线修正模型(MRHM)对诺丽光响应曲线拟合效果最好,除90%遮荫度外,其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)较其他3个模型最小,分别为0.06~0.12和0.05~0.09;随着遮荫度增加,诺丽的光合表观量子效率(AQE)、最大净光合速率(P_(nmax))、光饱和点(LSP)和暗呼吸速率(R_(d))逐步下降,而光补偿点(LCP)逐步增加,表明在弱光诱导下,诺丽光合效率逐步下降,过度遮荫时甚至大幅下降,其高光效特性须在强光刺激下才能激活。本研究揭示了诺丽光合特性及其对不同荫蔽度的应对策略,为深入了解诺丽生态适应性提供理论依据,也为生产上诺丽开展林下种植或遮荫措施提供参考。

乐昌含笑幼苗在不同光照环境下的光响应模型拟合分析

为探究不同光强下乐昌含笑(Michelia chapensis)光响应特征及光响应模型的适用性,以乐昌含笑1 a生幼苗为试材,设置5种光强100%、70%、50%、30%、10%全光照处理,测定其光响应曲线,并采用直角双曲线模型(RH)、非直角双曲线模型(NRH)、指数模型(EM)、修正直角双曲模型(MRH)及修正指数模型(MEM)5种模型对其进行拟合,进而利用R_a~2、均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)结合光合参数实测值与拟合值对5种模型拟合效果进行综合评价。结果表明,应用RH、NRH和EM模型拟合不同光强下乐昌含笑光响应曲线不符合其光合-光响应特征;MRH模型拟合的各项光合参数与实测值最为接近,MEM模型次之。因此,MRH模型具有较高的拟合精度和适用性,是拟合不同光强下乐昌含笑幼苗光合-光响应特征的最适模型。

南亚热带生境下6种紫珠属植物的光响应模型拟合分析

利用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型,对南亚热带生境下的6种紫珠属(Callicarpa)植物进行光合参数分析和光响应曲线拟合。通过对比4种模型计算光饱和点(LSP)、光补偿点(LCP)、最大净光合速率(P_(nmax))、暗呼吸速率(R_(d))和表观量子效率(AQE)以及决定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)等参数,筛选出6种紫珠属植物最适光响应模型。结果表明:直角双曲线修正模型是6种紫珠属植物进行光合研究的最适用光响应模型,杜虹花对强光和弱光的利用能力均最高,朝鲜紫珠的光合潜能最大。综上,不同紫珠属植物对光的利用能力既表现出种间差异性,又表现出种间相似性,4种光响应模型在紫珠属植物的光合参数计算上存在较大差异,但在模型的拟合优度和拟合精度上存在一致性。

二维层状α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电材料的各向异性光响应

采用机械剥离法制备了2H相α⁃In_(2)Se_(3)[α⁃In_(2)Se_(3)(2H)]纳米片。通过X射线衍射(X⁃ray diffraction,XRD)、拉曼光谱、球差电镜和压电力显微镜对纳米片的结构和铁电性能进行详细表征,确定纳米片为具有特殊结构的α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电材料。进一步在SiO_(2)/Si基片上成功构造了基于α⁃In_(2)Se_(3)(2H)铁电的平面四端器件,详细研究其在各个方向的光响应。结果表明,具有本征结构的α⁃In_(2)Se_(3)(2H)在相互垂直方向均没有光响应。在器件两端分别施加电压后,α⁃In_(2)Se_(3)(2H)器件在相互垂直方向均出现了明显的光响应,尤其在接近于易极化轴方向施加电压后,α⁃In_(2)Se_(3)(2H)器件出现了各向异性光响应。

光响应纤维素基印迹吸附材料的制备及光再生性能

光响应性吸附材料对污染物的光控释放性能,对发展吸附材料的绿色再生具有重要的意义。以纤维素为原料,偶氮苯衍生物为功能单体,以典型农药残留2,4-D为模板,采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备光响应纤维素印迹吸附剂(Cell-AB-MIP)。通过单因素实验对材料的制备条件进行优选,采用多种表征手段对材料结构和性能进行分析。结果表明:Cell-AB-MIP表面含有丰富的官能团(—COOH,N=N等),对2,4-D具有较高的特异性识别作用;偶氮苯基团的引入使得Cell-AB-MIP具备优异的光再生性能。经过紫外光照射后,Cell-AB-MIP上的偶氮苯基团将从反式构型转变为顺式构型,从而改变吸附剂对污染物的吸附亲和力,实现光控条件下的清洁脱附。在甲醇介质中光照解吸效率可达72.22%,经过5次光循环后对2,4-D的吸附百分比仍可达到83.47%;SEM及EA分析结果证实了吸附剂经紫外光照射后污染物可从吸附剂表面脱离,完成吸附剂的再生过程。

金属纳米团簇的光响应行为在生物诊疗中的应用

金属纳米团簇因其独特的理化特性,在生物传感、生物成像、光动力治疗以及光热治疗等生物医学领域显示出巨大的应用潜力。本综述系统地讨论了具有光响应行为的金属纳米团簇在生物诊断和治疗领域的应用进展,特别是它们在光敏化处理后的激发态电子行为及其在不同生物医学应用中的角色。首先,介绍了金属纳米团簇吸收光能后的电子跃迁过程,以及它们在生物传感、成像中的应用。其次,分析了金属纳米团簇在光动力治疗和光热治疗中的作用机制。最后,提出了金属纳米团簇在生物医学领域应用的前景与挑战。希望通过本综述,为金属纳米团簇材料的进一步研究与应用提供参考。

增氧灌溉对温室番茄生长及光响应特征的影响

为提高温室番茄产量和光能利用能力,基于温室盆栽试验,设置了3个溶解氧质量浓度梯度5,15,25 mg/L(即处理A1,A2和A3),采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型等6种模型对温室番茄叶片进行了光响应曲线拟合,分析了不同增氧水平对温室番茄生物量、产量、光响应曲线模型及光响应参数的影响.结果表明:处理A2下番茄地上部鲜质量、干质量,地下部鲜质量、干质量,根冠比和产量均达到最大,较处理A1分别提升了25.65%,17.62%,13.35%,36.80%,16.25%和33.82%(P<0.05).番茄地上部质量和产量与气孔导度(G S)、胞间CO 2浓度(C i)和蒸腾速率(T r)呈极显著正相关,地下部干质量与G S,C i呈显著正相关,与T r呈极显著正相关.处理A2下温室番茄叶片的最大净光合速率(P n max)、光饱和点(LSP)、暗呼吸速率(R d)和表观量子效率(α)等光响应参数达到最大,光补偿点(LCP)达到最小.6种模型中,直角双曲线修正模型拟合的光响应曲线其R 2最大,均高于0.992,而RMSE和MAE最小,分别在0.447和0.383以下;对P n max,LSP,LCP和R d等参数的拟合值更接近于实测值.因此,溶解氧质量浓度为15 mg/L更有助于温室番茄高产;直角双曲线修正模型是适合增氧灌溉下温室番茄光响应曲线拟合的最优模型.

基于光响应非均匀性的WhatsApp压缩视频来源识别

光响应非均匀噪声(photo response nonuniformity,PRNU)是光学成像传感器成像时引入的一种独特噪声,可有效识别压缩视频的来源。针对现有算法提取压缩视频的PRNU效果并不显著的问题,论文提出了一种改进PRNU提取算法。首先,去除视频编解码的环路滤波器,对视频帧使用双密度双树复小波变换进行分解;然后对高频子带使用基于贝叶斯阈值估计的双变量收缩算法进行估计,再使用自适应加窗维纳滤波进行二次估计,得到噪声残差;最后用基于量化参数值加权的最大似然估计法聚合噪声残差,再与视频帧估计得到PRNU。实验结果表明:该文提出的方法在20 s时WhatsApp视频的识别率为75%。

冬枣光响应模型及不同物候期光合变化动态研究

【目的】设施栽培极大改变了冬枣生长环境,也对其光合作用进行调控,但是冬枣最佳光合模型以及不同设施栽培模式下不同物候期光合特性变化动态尚不明确。【方法】针对温棚、避雨棚和露地3种冬枣栽培模式,测定光响应参数并用4种光响应模型拟合,同时对冬枣植株不同物候期的光合生理特性进行比较分析。【结果】通过比较直角双曲线修正模型、非直角双曲线模型、直角双曲线模型和指数模型的冬枣光响应曲线的拟合效果,发现直角双曲线修正模型对冬枣的光响应曲线拟合效果最好,能较好地对3种栽培模式下测定的冬枣光响应曲线进行拟合。此外,通过对比盛花期环剥和未环剥的冬枣,发现环剥显著改变了冬枣植株的生长势,抑制了光合速率,直至脆熟期才恢复至与未环剥植株相近状态。3种栽培模式下冬枣不同物候期光补偿点(LCP)、光饱和点(AQE)和最大净光合速率(P_(nmax))的总体变化趋势基本相似,均表现为脆熟期较高,而幼果期和采后较低。【结论】通过拟合冬枣最佳光响应模型,阐明了不同设施栽培模式对冬枣光合作用的影响规律,为设施栽培合理调控光合环境、促进枣树生长和坐果提供了理论指导。

光响应的药物递送系统在眼科领域中的应用研究进展

刺激响应的药物递送系统可在外源性或内源性刺激下,在病变部位准确释放药物。光相较于其他刺激,具有非侵入性和时空特异性,且可以通过调整波长、功率以及照射时间等参数精确控制药物释放,受到了广泛的关注。眼球作为透明的光学系统,在光响应的药物递送系统应用方面具有独特的优势。本文综述了近十年来光响应的药物递送系统在眼科领域的应用研究进展,涵盖紫外光、可见光以及红外光在眼部的穿透深度、光能量和光毒性,眼部应用中光波段的选择,并综述了基于光裂解、光致异构化、光二聚化及光热转化的药物递送系统中的光敏基团和其发挥作用的机制。此外,本文还讨论了使用光响应的药物递送系统进行角膜药物渗透、眼后节药物输送以及治疗后发性白内障、脉络膜新生血管、眼内炎、难治性角膜炎等疾病的进展。虽然光响应的药物递送系统在眼科应用方面具有独特的优势,但是在未来的研究中需要进一步考虑光毒性、光热损伤、光敏基团的生物安全性以及光照频率、光照时间等安全性问题。

载阿霉素光响应纳米锆基MOFs构建及细胞毒性研究

为了克服乳腺癌治疗药物阿霉素存在毒副作用大、作用时间短等限制,本研究采用含偶氮苯侧链结构的联苯羧酸与Zr4+构建了一种新型光响应纳米金属有机框架(U67-AZO-COOH)作为药物载体,成功地将阿霉素负载其中。通过粉末X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、全自动比表面及孔隙度分析等技术手段对其结构进行了详细表征,得到在紫外光照射下阿霉素的载药率可由18.57%降至7.31%。体外释放实验和细胞毒性实验结果表明,该纳米药物复合物具有高载药量、良好的生物相容性,其在微酸环境下的释放率57.02%高于生理条件39.26%,表现出显著的缓释效果,能够减少对正常细胞的损害,存活率从39.88%提高到81.73%。这为新型光响应纳米金属有机框架在药物传递领域的广泛应用提供了新的可能性。

光响应聚合物的结构动态调控

近年来,动态光响应聚合物因其在光照条件下实现结构调控的先进性而备受关注。通过可逆的光化学反应,这类材料在特定波长和强度的光照下能够实现分子水平的精确控制,表现出卓越的性能和广泛的应用前景。本文深入探讨了结构可调的光响应主链聚合物、可逆光响应交联材料以及光响应超分子聚合物等关键领域。在综述中,详细总结了动态光响应聚合物在材料科学中的最新进展,为该领域的科学创新和应用拓展提供了系统性的参考和有价值的展望。

格木不同种源光合作用光响应分析研究

以格木6个不同种源苗木为研究材料,通过测定其光合作用光响应曲线,分析光合生理指标光合速率(Pn)、胞间CO2(Ci)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr),计算水分利用率(RWUE)对光辐射梯度的响应变化;分析光饱和点(VLSP)、光补偿点(VLCP)、最大净光合速率(Pmax)、表观量子效率(RAQY)和暗呼吸速率(Rd)等光合特征参数。结果表明:南宁种源和浦北种源的Pn和Gs最大值较大,南宁种源的Ci最大值最大、Tr上升过程中一直较大,浦北种源RWUE最大;浦北种源VLSP、RAQY和Rd高,VLCP低,对光环境适应范围较广;南宁种源和大容山种源VLSP和VLCP高,阳性特征明显,有较好的适应强光能力;博白种源VLSP和VLCP低,利用弱光能力强;缅甸种源VLSP和VLCP均在中等,对光环境的适应生态幅窄;越南种源Rd和RAQY低,其利用光能能力不强;南宁种源和浦北种源的Pmax最大,具有较大的光合潜力。通过比较不同种源格木的光合作用差异性,以便在造林时根据环境、地形、地貌选择合适的种源。

野生小蓬竹的光合光响应曲线及其模型拟合

应用5种典型的光响应模型对野生小蓬竹叶片光响应曲线进行了拟合,并探讨了几种模型在光响应研究中的适用性。结果表明:①直角双曲线、非直角双曲线及指数函数模型无法求取植物最大净光合速率(Pnmax)和光饱和点(Isat)的解析解,而结合其它方法拟合的相应值却与实测值相差很大,同时也不能处理光抑制部分的光响应数据;②二次多项式模型能够一定程度地处理光抑制部分的光响应数据,但其拟合得到的各项光合参数与实测值相差较大,甚至会出现逻辑错误;③修正的直角双曲线模型拟合的各项光合参数均比较准确,同时也能很好地处理发生光抑制部分的光响应数据;④采用修正的直角双曲线模型拟合的野生小蓬竹Pnmax、Isat、光补偿点(Ic)、暗呼吸速率(Rd)和初始量子效率(α)分别为8.53μmol.m-2s-1、1 750.75μmol.m-2s-1、21.40μmol.m-2s-1、1.06μmol.m-2s-1、0.054。

米槁幼苗光合作用及光响应曲线模拟对干旱胁迫的响应

为阐明米槁光合作用对干旱胁迫的响应规律与适应机制,以一年生米槁幼苗为研究对象,进行盆栽试验研究设置3种不同土壤含水量梯度,利用Li-6400便携式光合作用系统测定干旱胁迫下的光合生理指标及光响应过程,光响应曲线模拟采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、指数模型和直角双曲线修正模型进行拟合并对比,以期选出适用于干旱环境下的光响应模型。结果表明(1)光响应曲线模型对干旱胁迫下米槁幼苗的光合作用拟合中直角双曲线、非直角双曲线和指数模型适用于低光合有效辐射(PAR),但拟合光响应参数与实测值相差大,只有直角双曲线修正模型能够很好的拟合各个处理且拟合参数比较精确米槁幼苗。(2)光合作用的表观量子效率(Φ)小于一般植物的光合量子效率,则其对弱光的光能利用效率相对较低。(3)在较强的光合有效辐射条件下,严重干旱胁迫下的米槁净光合速率P_n显著下降,出现了明显的光抑制现象;中度胁迫下净光合速率(P_n)、最大净光合速率(P_(nmax))、光补偿点(LSP)最大,米槁具有较宽的抗旱适应范围,有一定的抗旱性;严重胁迫下P_n、P_(nmax)、LSP降低,蒸腾速率(T_r)与气孔导度(G_s)下降幅度更大,但仍具有较高的水分利用效率(WUE),米槁在严重的干旱胁迫下光合机构受到一定的损伤,但自身可以通过生理调节来积极适应不良环境,减少光合机构伤害。(4)综合来看,在人工管理或种植米槁时,为了适应米槁生长发育,建议土壤含水量保持在23.05%到14.92%之间。

不同桉树无性系光响应曲线研究

分别应用直角双曲线模型、非直角双曲线模型和叶子飘构建的新光响应模型对8个参试不同桉树无性系的光响应曲线进行拟合,比较它们之间的差异,找出最优模型,筛选高光效桉树优良无性系。结果表明,与直角双曲线和非直线双曲线模型相比,叶子飘新构建的模型拟合的效果更好,拟合的结果与实测值最为接近。新模型拟合的光响应曲线在达到饱和光强之后呈非线性缓慢下降,出现光抑制现象。而直角双曲线和非直角双曲线模型拟合的光响应曲线在强光下光合曲线仍呈现不断上升的趋势,与超过饱和光强后光合速率下降的预期和事实不符。新模型拟合得到的φ0、φc0、φc三个参数不相等,这表明新模型可以处理在低光照强度条件下的光响应问题。以新模型拟合的8个桉树无性系的光响应曲线特征参数作为参考值,综合各参数,在8个桉树无性系中,无性系1号在光合上为表现较优良的无性系。

秋季漳州地区8种园林植物的光响应特性及园林应用

为研究不同植物的光合变化规律和光适应能力,利用便携式光合仪Li-6400,以漳州市龙文区碧湖生态公园内的8种常用园林绿化植物为研究材料,测定不同光照强度梯度下植物光合作用的光响应,运用双曲线修正模型进行拟合,并对其耐荫能力进行分析。结果显示:具有高LCP、高LSP的美丽异木棉适应强光能力强,红花羊蹄甲、三角梅、朱槿具有较高的LCP和LSP,在强光下的适应能力相对较强,耐荫能力相对较差;具有低LCP、低LSP的蒲葵耐荫能力强,利用强光的能力较弱;而红背桂的LCP相对较高、LSP相对较低,不耐强光而具备一定的耐荫能力;香樟、复羽叶栾树的LSP较高、LCP相对较低,既对强光有一定的耐受能力,又能充分利用弱光。8种植物的净光合速率与光照强度、气孔导度、蒸腾速率等影响因子的相关性分析结果显示,影响因子在不同的植物之间各不相同,净光合速率分别与蒸腾速率、胞间CO_(2)浓度呈显著正相关和显著负相关。此外,蒲葵、香樟、红背桂、复羽叶栾树能较好的利用土壤的水分,是良好的节水植物。综上,可在光照充足的林缘、道路隔离带等地配置红花羊蹄甲、三角梅、朱槿、美丽异木棉;蒲葵适宜在林下较荫蔽或无强光直射的地方种植;红背桂适宜在某一时段遮荫或有围墙、其他建筑物或植物遮蔽的地带;香樟、复羽叶栾树光适应范围较宽,可根据景观表达需求实行灵活配置。另外,蒲葵、香樟、红背桂、复羽叶栾树可配置在相对较干旱的地方。

不同土壤水分条件下栾树光合作用的光响应

采用光合作用光响应直角双曲线模型、非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型对栾树在不同土壤水分条件下的光响应曲线进行拟合,探讨不同光响应模型对栾树的适用性及栾树光合特性对土壤水分和光照强度的响应规律。结果表明:1)3个模型都能较好地拟合栾树的光合光响应过程,其中直角双曲线修正模型能拟合在光抑制条件下的光响应过程,非直角双曲线模型和直角双曲线修正模型要优于直角双曲线模型;2)栾树对土壤水分和光照强度的适宜范围较广,土壤相对含水量在41.5%～93.3%范围内,净光合速率、表观量子效率均相对较高,光合有效辐射强度在600～2 000μmol/(m2.s)范围内,净光合速率和水分利用效率均能获得较高水平。

干旱处理对毛竹光响应的影响:基于4种模型比较分析

[目的]采用4种模型对干旱处理下毛竹叶片光响应曲线进行拟合比较,分析各模型的优缺点,以选出适合毛竹光响应曲线拟合的最佳模型,并量化干旱处理对毛竹光合光响应的影响。[方法]主要采用Li-6400便携式光合仪测定干旱处理下毛竹的光响应曲线,并通过4种模型对其进行拟合。[结果]研究表明:(1)在干旱和对照处理下各模型的决定系数R^2均大于0.995,说明拟合精度较高。综合各参数可以看出,直角双曲线修正模型拟合效果最佳,相对误差RE平均值为0.07,而指数模型参数拟合效果最差,RE平均值为0.767;(2)通过直角双曲线修正模型拟合各光合参数,在干旱环境下,暗呼吸速率R_d、光补偿点LCP和水分利用效率WUE较高,分别为对照环境的1.57倍、1.66倍和1.06倍,而净光合速率P_(nmax)、光饱和点LSP和表观量子效率AQY分别比对照环境降低3.6%、17.6%和4.8%。[结论]从整体拟合效果来看,这4种模型拟合顺序为:直角双曲线修正模型>直角双曲线模型>非直角双曲线模型>指数模型。通过在干旱和对照间毛竹各光合参数的比较发现,毛竹对干旱环境有一定的适应能力。