佛波酯诱导大鼠滑膜细胞骨架改变的研究

以体外培养的大鼠关节炎模型的滑膜细胞为研究对象,用蛋白激酶C(PKC)激活剂佛波酯(phorbol 12-myristate 13-acetate,PMA)刺激细胞模拟炎症过程,应用原子力显微成像技术研究了大鼠滑膜细胞在PKC活化后细胞骨架变化情况.结果表明,利用原子力显微镜成像可以较好地表征PMA刺激引起滑膜细胞骨架的收缩隆起及细胞表面质地的变化,并揭示了PKC活化可能是引起滑膜细胞骨架改变的重要原因.这些结果为加深了解类风湿关节炎的发生机制提供了实验基础.

多途径介导的小胶质细胞间钙波传递

利用微局域机械力刺激,快速实时观察机械力引起的细胞间钙波传递,系统地研究了BV-2小胶质细胞间钙通讯机制.结果表明,在细胞种植密度较小且彼此未接触的情况下,旁分泌途径可介导BV-2小胶质细胞间钙波传递.在细胞密度较大且相互接触的情况下,旁分泌和间隙连接两种途径可共同介导胞间钙波传递.更为有趣的是,在体外发现BV-2小胶质细胞间存在通道纳米管类似物连接,也可介导小胶质细胞间钙波传递.综上所述,小胶质细胞间钙波传递可通过旁分泌、间隙连接和通道纳米管类似物连接三种途径介导.

新型微流控多剪切力芯片的数值模拟及其应用(英文)

设计了一个能同时产生多个剪切力的微流控芯片设备,并对其剪切力的分布进行了数值模拟.利用了计算机流体动力学软件FLUTNT描述了流速和剪切力的关系.模拟的结果显示,剪切力是正比于流速的;细胞培养小室的中心区域存在一个均一的剪切力区域,该区域的大小依赖于培养小室的宽度大小;剪切力的值在较窄的小室,如400和800μm宽的小室出现了偏离.最后,该微流控设备被应用在观察流体剪切力对成骨细胞的钙信号影响的实验上.

长波紫外光引起人红细胞自体荧光增强效应的研究

研究长波紫外光对红细胞的生物学效应之一——自荧光增强效应。用不同强度长波紫外光(365 nm)照射人红细胞,观察红细胞自体荧光变化。在实验中加入外源活性氧理论模拟非连续紫外光引起自荧光变化。结果随着照射强度的升高,红细胞自荧光作用逐渐加强;随着时间延长荧光逐渐减弱。连续紫外光照射下,起始自荧光增强速率是受到细胞内氧自由基浓度的影响;因此,在过程中紫外光的作用之一是生成大量活性氧,进一步影响自荧光增强的速率。在紫外线照射充氧自血回输疗法(UBIO疗法)过程中,对血液进行短时间的紫外光照射,必然会使红细胞中的血红素发生光解,并生成了一定量的活性氧自由基(ROS),再将红细胞回输人体后可能引起人体内的应激反应,从而激发清除这些产物的一系列反应,从而改善人体环境。

一种基于LSTM物流资源需求预测模型

对云制造环境下物流资源需求进行精准预测的方法展开研究。首先,分析了传统预测方法的不足。其次,设计了一个基于长短时记忆(LSTM)预测模型,用于云制造环境下的物流资源需求预测。最后,通过对预测结果进行多方面的评价,可以发现相较于其他方法,文中模型在多因素环境下具有更高的预测精度和更佳预测效果,具有可行性。

穿戴式滑雪装备消毒柜的方案与结构设计及消毒效果的分析

针对目前各滑雪场无法及时的对穿戴式滑雪装备进行消毒的情况,研制了一种可以随时对穿戴式滑雪装备进行消毒并干燥的消毒柜.该消毒柜采用痕量臭氧消毒为主,辅以紫外线消毒,使臭氧充分的与滑雪装备进行接触,最终实现高效的消毒,消毒完成后进行衣物的烘干,可以基本解决各滑雪场的滑雪装备消毒的问题.产品适合各滑雪场使用,方便快捷.

核孔复合物单分子定位超分辨图像的筛选和重构

核孔复合物(NPC)是细胞核膜上由多种蛋白组装而成的复杂结构,在细胞核质交换和信息传递中起着关键作用。单分子定位超分辨成像(SMLM)以其特异性和高成像分辨率成为研究NPC超微结构的主要方法之一。然而,由于抗体标记不完全等因素导致的数据丢失,给后续分析带来了困难。笔者使用SMLM提供的定位信息,结合基于密度的空间聚类算法(DBSCAN)和层次聚类算法进行数据的提取和分类,建立了NPC筛选和定位的分析流程,并采用该处理流程得到了缺失较少且形貌比较均匀的核孔。进一步,基于最小二乘法原理对筛选得到的大量NPC进行质心对齐的重构处理,成功复现出了其经典的八重对称结构,并揭示了核孔蛋白Nup133与Nup98的精确相对位置关系。本研究通过建立核孔筛选和重构的标准流程,填补了SMLM数据的缺失。采用该流程对多种核孔蛋白进行分析,揭示它们的结构特性。所建流程为理解核孔的复杂结构提供了一种高通量的定量分析方法。

二抗物种特异性对双色STORM成像的影响(特邀)

随机光学重建显微术(STORM)基于免疫荧光标记技术,具有原理易懂、光路简单、分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,但分辨率的提升对抗体的特异性提出了更高的要求。相较一抗直接标记,“一抗+二抗”的间接标记法在实际应用中普适性更强。二抗相对一抗存在物种特异性的问题,生产时需要对其进行预吸附来提升物种特异性。为了探究二抗物种特异性对双色STORM成像的影响,基于经典的红细胞骨架模型中血影蛋白N端和C端的互斥位置关系,对二者使用高、低吸附二抗标记后分别进行双色STORM成像,对照模拟中有无信号串扰条件下的互相关分析结果,结果表明低吸附二抗会造成二者共定位的假象。进一步,分别通过高、低吸附二抗对MDA-MB-231乳腺癌细胞CD47和PD-L1两种膜蛋白进行双色STORM成像,结果揭示两种蛋白无共定位关系。本研究为二抗物种特异性的评估提供了一种基于红细胞骨架结构模型的超分辨成像新策略,助力双色STORM成像精准阐明蛋白分子互作关系。

随机光学重构显微术及其应用研究进展

在光学显微成像领域,涌现出一批可以突破衍射极限的超分辨显微成像技术,极大地增强了人们研究亚细胞结构的能力。基于单分子定位技术的随机光学重构显微术(Stochastic Optical Reconstruction Microscopy,STORM)具有易懂的成像原理、简单的工作方式以及超高的分辨率等特点,受到越来越多的研究者青睐。首先,介绍了单分子定位技术的原理,讨论了STORM光路的搭建,阐述了二维和三维STORM超分辨显微成像原理。其次,探讨了多色STORM以及STORM与电镜关联成像现状。最后介绍了STORM技术现阶段的应用进展。

吃雪造砖机器人压缩机构的力学分析

我国北方冬季降雪时间长、雪量大、范围广,冬季降雪若不能及时清除,将大大影响北方地区人们的正常生活,突发的暴雪天气也将造成重大安全隐患、影响社会生产.为此本文研制了一款能实现道路清雪并将雪压制成砖的机器--吃雪造砖机器人.为对其进行合理的设计,对其工作性能标准进行了一定的规划与设计,得出压缩单元电机转速是20 r/min,电机功率为1.05 k W,整车行进速度为0.17 m/s.并且对其核心的积雪压实单元进行了理论分析与Adams仿真分析,得出装置能够满足行程、周期的要求、且压缩力矩能满足性能要求的结论.

结合多次DBSCAN和层次聚类算法的膜蛋白单分子定位超分辨图像分割

膜蛋白在细胞膜上的时空分布形式决定了其活性状态及功能,在调控细胞生命活动过程中起着重要作用。单分子定位超分辨成像(SMLM)技术为在纳米尺度解析膜蛋白的空间分布提供了可能,但分辨率的极大提升对图像准确聚类分割提出了更高要求。基于密度的空间聚类算法(DBSCAN)是常用的聚类方法之一,但其对于膜蛋白分布不均匀的SMLM超分辨图像的分割效果往往不太理想。本文提出了一种结合多次DBSCAN和层次聚类的混合聚类算法,该算法以DBSCAN方法为分割基础,通过进一步的面积阈值分析和层次聚类,在保持超分辨点簇图像精确聚类识别的前提下,仍能保留每个点簇内的多次定位信号。将该算法应用于模拟数据集和实验数据分割得到的轮廓系数等性能普遍优于传统DBSCAN算法。这种混合聚类方法为膜蛋白SMLM超分辨图像的聚类分割提供了新思路和新方法,有助于更精准地分析膜蛋白在纳米尺度上的空间分布信息。

人红细胞膜骨架超分辨图像的Voronoï分析

成熟人红细胞膜骨架是由膜下多种蛋白组成的三角晶格网状结构,在维持红细胞形态、变形性、运动和代谢等功能方面扮演着重要角色。单分子定位超分辨成像(SMLM)技术在解析骨架超微结构方面展现出了强大的能力,但分辨率的提升对成像分析手段提出了更高要求。作为一种常用的空间分析方法,Voronoï分割在SMLM图像聚类分析中已被广泛应用。笔者利用自主搭建的SMLM超分辨成像系统获得红细胞膜蛋白和骨架蛋白的超分辨点簇图像,对点簇质心进行Voronoï分割,并对Voronoï多边形面积分布进行伽马函数拟合,发现自由膜蛋白CD59的伽马分布峰值对应的x轴坐标x_(peak)为0.78。结合模拟结果,验证了自由膜蛋白CD59呈随机分布。进一步,肌动蛋白、血影蛋白N端和原肌球蛋白的Voronoï分析结果显示它们的x_(peak)均为0.86,而锚蛋白的x_(peak)为0.84,说明骨架膜蛋白呈相对均匀的分布状态,但锚蛋白较其他骨架蛋白更具随机性。Voronoï方法可助力阐释红细胞膜骨架蛋白的空间分布特性,同时也为点簇状SMLM超分辨图像数据的深入提取提供了新思路和新方法。

多色单分子定位超分辨显微成像术

多色成像作为超分辨成像技术的重要延伸,极大地增强了人们研究亚细胞结构定位与交互关系的能力,从而有助于研究者深入理解细胞内复杂的生命现象与过程。基于单分子定位超分辨显微成像术(SMLM)工作原理的特殊性,已实现了激发依赖、激活依赖、分光依赖等数种有特点的多色成像方法。介绍6种主要的多色单分子定位超分辨显微成像技术,从分色能力、光谱窜扰、数据采集效率等角度分析了各方法的优缺点,并讨论了与多色成像相关的细胞固定方法,帮助研究人员根据自身实验需求选择合适可靠的多色成像手段研究相应的科学问题。

外源性一氧化氮与趋化三肽诱导佛波酯激活的人嗜中性粒细胞钙库释放机制的对比研究

研究已知趋化三肽(fmlp)可通过激活磷脂酶C生成第二信使IP3,从而诱导胞内IP3受体敏感的钙库释放。通过药理学实验,我们发现外源性一氧化氮(NitricOxide,NO)

365nm长波紫外光辐照对人嗜中性粒细胞内钙离子浓度的影响

紫外光在临床医学上的众多应用中最值得关注的是紫外光照射自血回输疗法,但其具体机制尚未清楚.基于倒置荧光显微镜光路,在单细胞水平上,分别以连续式和间隔式365 nm长波紫外光辐照射血液中数量最多的白细胞-嗜中性粒细胞,检测其对细胞内钙离子浓度的影响.结果表明,相对低剂量的长波紫外光辐照会使胞内钙浓度升高,而较高剂量的紫外光可导致胞内钙浓度下降,甚至低于起始钙浓度.此外,胞外无钙的情况下,紫外仍可引起胞内钙升高,说明紫外引起胞内钙库释放导致胞内钙浓度升高.为探讨紫外光照射自血回输疗法的作用机理提供一定的实验支持.

基于深度学习的细胞骨架图像超分辨重建

21世纪初诞生的超分辨光学成像技术在生命科学研究中发挥着巨大作用,极大地增强了人们探索微纳尺度亚细胞结构的能力,然而这些成像技术往往耗时长,成本高。如今,许多研究者致力于基于深度学习的图像超分辨重建算法的研究中。利用自主搭建的随机光学重构超分辨显微镜获得细胞微管骨架超分辨图像,然后采用双线性插值降采样法处理得到低分辨率输入图集,再分别使用传统的三次样条插值法和增强型深度超分辨率神经网络进行学习训练,实现低分辨率图像的超分辨重建。结果表明:通过深度学习所重建的各种降采样的图像效果均优于采用传统插值法得到的图像效果,尤其是二倍降采样重建图像在主观和客观评价指标上可比拟实验获得的微管骨架超分辨图像。基于增强型深度超分辨率神经网络的细胞骨架图像超分辨重建有望提供一种简捷、有效和高性价比的成像方法,可应用于对细胞骨架超微结构的快速预测。

单分子定位超分辨成像技术进展及应用

21世纪初诞生的超分辨光学成像技术凭借纳米级空间分辨率、低损制样等优点,迅速发展成为生命科学研究中不可或缺的技术手段。其中单分子定位超分辨成像(SMLM)技术更是由于其成像原理易懂、空间分辨率极高等特点,一直受到科研工作者的青睐,不断取得重要的技术和应用进展。首先回顾了SMLM的工作原理,讨论了其光路搭建、图像重建、漂移校正等关键技术问题。介绍了两类代表性SMLM技术。列举了多种多色SMLM方法,并分析了各自的优缺点。介绍了SMLM成像参数的改进研究,包括横/纵分辨率的提高、成像视野和深度的改善。介绍了SMLM和深度学习,SMLM和电镜等成像手段结合的关联成像研究进展。讨论了SMLM数据提取与分析方法。最后列举了SMLM在细胞生物学中的重要应用,并展望了SMLM未来的发展方向。期望该综述能为SMLM工作者提供有益的启发和参考,推进SMLM在生命科学研究中的深入应用。

基于激光消融技术的斑马鱼条纹再生的研究

使用355nm纳秒脉冲激光对斑马鱼体表条纹进行消融处理,通过分析色素细胞簇的再生过程研究斑马鱼体表图案的形成及再生机制。结果表明:斑马鱼体表的黄色素细胞簇能够促进周围一定区域内黑色素细胞的再生,该区域限于稍远于紧邻黄色条纹的位置,但在半个条纹宽度以内;这种促进作用具有方向特异性,即黄色素细胞更多地促进其本身条纹纵向处的黑色素细胞再生,但不促进其本身条纹横向处的黑色素细胞再生。这一结果可为理解斑马鱼自主形成周期性条纹提供新的实验支持。

Investigation on the phase shifts of extinction and phase gratings in polymethyl methacrylate

The phase shifts of the extinction and refractive index gratings to the illumination pattern are revealed in doped polymethyl methacrylate （PMMA）. The dynamic process of these shifts is studied via two-wave coupling at 351 nm. It is shown that these shifts are from the strain and the shrinkage inside the sample and accompanied with the photo-repolymerization process during the building process of the holographic grating. Such shifts will cause obvious energy exchange between the two recording beams and enough attention should be paid to the nonlocal property of the holographic gratings of the material in the application.