高频率分辨的金刚石氮-空位色心宽频谱成像技术

高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基于NV色心作为探测器的宽频谱分析仪能够在几十GHz频带内进行实时频谱分析,然而其频率分辨率仅达到MHz水平.本文通过搭建结合连续外差技术的量子金刚石微波频谱成像系统,利用磁场梯度对NV色心谐振频率进行空间编码,成功获取了900 MHz—6.0 GHz范围内完整的频谱数据.在可测频谱范围内,系统进一步采用连续外差的方法,同时施加谐振微波和轻微失谐的辅助微波对NV色心进行有效激发,增强了NV磁强计对微弱微波信号的响应.该方法使系统在可测频谱范围内实现了1 Hz的频率分辨率,并能够对间隔为1 MHz扫频步进的多个频点的频率分辨率进行单独测量.以上研究结果表明基于NV色心的宽频谱测量可实现Hz级频率分辨,为未来的频谱分析和应用提供了有力的技术支持.

Magnetic sensitivity technology based on microwave modulation of solid state spin system NV center

In view of the low resolution and accuracy of traditional magnetometer,a method of microwave frequency modulation technology based on nitrogen-vacancy(NV)center in diamond for magnetic detection was proposed.The magnetometer studied can reduce the frequency noise of system and improve the magnetic sensitivity by microwave frequency modulation.Firstly,ESR spectra by sweeping the microwave frequency was obtained.Further,the microwave frequency modulated was gained through the mixed high-frequency sinusoidal modulation signal generated by signal generator.In addition,the frequency through the lock-in amplifier was locked,and the signal which was proportional to the first derivative of the spectrum was obtained.The experimental results show that the sensitivity of magnetic field detection can reach 17.628 nT/Hz based on microwave frequency modulation technology.The method realizes high resolution and sensitivity for magnetic field detection.

超高真空原子尺度Au_(x)/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.

河北省燕山及太行山山脉黄芩生态适宜性区划研究

目的:研究黄芩在河北省燕山及太行山山脉生态适宜性区划。方法:通过第四次全国中药资源普查等方式获取黄芩分布位点信息,利用地理信息系统技术和最大信息熵模型分析其分布区的主导生态因子、数值和权重,得出黄芩药材在河北省的生态适宜生长区。结果:研究表明,海拔、坡度、最暖季降水量、最湿月降水量、年均温、土壤类型、植被类型7项环境因子是影响黄芩分布的主要生态因子;黄芩在河北省的生态适宜生长区主要分布在承德、张家口、保定等地的燕山及太行山山脉区域。结论:可在太行山山脉的承德市、张家口市、保定市,燕山山脉的秦皇岛市引种栽培黄芩。

真空调频原子力显微镜高精度扫描器设计与校准

原子力显微镜(AFM)是一种表征样品表面的物理化学信息的精密仪器,AFM高精度扫描器是整个测量与表征系统的核心部件,其性能直接影响整个测量系统的性能,因此对原子力显微镜高精度扫描器的研究具有重要意义。介绍了调频原子力显微镜(FM-AFM)、AFM精密扫描平台以及扫描器的基本原理,提出了更为精确的扫描器设计模型,并将根据真空FM-AFM实际需要设计的扫描器搭载到自主研发的超高真空AFM系统中进行测试,结果表明了设计模型的精确性。随后,根据实验测试结果进行了相应的校准,提出了一种基于图像进行非线性校准的简易方法。最后,对云母样品表面形貌进行了测量,得到了云母台阶。

不同强度力学刺激对大鼠上颌骨MGF、OPG、RANKL影响

目的分析力生长因子(MGF)、骨保护素(OPG)、核因子κB受体活化因子配体(RANKL)在不同大小咀嚼力大鼠上颌骨中的表达,探讨力学信号在颌骨骨重建中的传导,揭示力学刺激对颌骨骨重建的调节机制。方法雌性健康SD大鼠40只,牙列完好,鼠龄2个月,体质量200~240 g。随机分为2组,喂食不同硬度饲料,建立SD大鼠颌骨不同力学刺激动物模型。一组软食喂养(软食组,硬度123 N),一组硬食喂养(硬食组,硬度216 N)。大鼠在实验开始后2、4个月时分2次处死,取上颌骨第三磨牙区骨组织进行显微CT检测骨组织形态计量学指标,应用Western blot方法检测MGF、OPG、RANKL蛋白质表达,实时荧光定量聚合酶链反应(real time-PCR)方法检测MGF、OPG、RANKL基因表达。结果显微CT检测发现,大鼠上颌骨骨体积分数、骨小梁宽度硬食组较软食组增加显著,骨小梁分离度硬食组较软食组降低显著(t_(2个月)=5.740、3.785、-9.228,t_(4个月)=2.461、3.789、-3.175,P<0.05);大鼠上颌骨中MGF和OPG蛋白及基因表达硬食组较软食组同时上调(t_(2个月蛋白结果)=4.916、4.718,t_(4个月蛋白结果)=7.013、6.726,t_(2个月基因结果)=-12.066、-3.081,t_(4个月基因结果)=-3.446、-10.903,P<0.05),RANKL蛋白及基因表达硬食组较软食组降低(t_(2个月蛋白结果)=-12.222,t_(4个月蛋白结果)=-10.416,t_(2个月基因结果)=-6.722,t_(4个月基因结果)=-3.824,P<0.05);4个月结果与2个月结果相比,MGF、OPG和RANKL蛋白及基因表达均有变化,但不显著。结论较高强度的咀嚼力能够促进大鼠颌骨的生长,促进颌骨骨中MGF和OPG的表达,抑制RANKL的表达,表明力学刺激能够调节MGF和OPG/RANKL/RANK分子系统的表达水平。

咀嚼力对青龄期大鼠牙槽骨胰岛素样生长因子-1、骨保护素、核因子kB受体活化因子配体蛋白表达的影响

分析不同强度力学刺激对青龄期大鼠牙槽骨IGF-1、OPG、RANKL蛋白表达的影响,探讨力学信号在牙槽骨骨重建中的传导,揭示力学刺激对牙槽骨骨重建的调节机制。喂食不同硬度饲料,建立大鼠牙槽骨不同力学刺激动物模型。40只SD大鼠随机分为2组,一组软食喂养,一组硬食喂养。大鼠分别在喂养2月、4月时分两次处死,显微CT检测下颌骨第三磨牙区牙槽骨骨组织形态计量学指标,Western blot方法检测IGF-1、OPG、RANKL蛋白质表达。经显微CT检查发现,硬食组大鼠牙槽骨骨体积分数、骨小梁数量等均较软食组组显著增加,骨小梁分离度降低,P<0.05;大鼠牙槽骨中IGF-1和OPG蛋白表达硬食组较软食组同时上调,并且它们的表达量呈正相关;RANKL表达硬食组较软食组降低;IGF-1和RANKL表达量呈负相关;4月组结果与2月组结果相比,IGF-1、OPG和RANKL蛋白表达量均有变化,但差异不显著。结果显示较高的咀嚼力能够促进大鼠牙槽骨的生长,促进牙槽骨中IGF-1和OPG的表达,抑制RANKL的表达,表明力学刺激能够影响IGF-1和OPG/RANKL两种分子系统的表达水平,两种分子信号通路存在关联协同性。IGF-1和OPG/RANKL两种分子信号系统是调节骨重建力学信号传导通路。

室温超高真空环境原子尺度Au/Si(111)-(7×7)不定域吸附的局域接触势能差测量技术

利用自制超高真空非接触调频开尔文探针力显微镜系统地研究了Au/Si(111)-(7×7)的结构和局域接触势能差.虽然扫描隧道显微镜已被广泛应用于原子尺度金属吸附半导体表面的研究,但仅局限在观测金属和半导体表面.开尔文探针力显微镜允许在原子尺度利用局域接触势能差直接测量各类平整表面不同位置的电荷,而成为更方便、更精确的电荷表征手段.本文通过在室温下利用开尔文探针力显微镜对Au吸附Si(111)-(7×7)表面的形貌及局域接触势能差原子尺度测量,同时建立相应的吸附模型和第一性原理计算,得到了Au/Si(111)-(7×7)最佳吸附位置的差分电荷密度分布图,并给出了Au在Si(111)-(7×7)表面的最佳吸附位置不定域移动的局域接触势能差关系,分析了Au原子在吸附过程中与Si表面之间电荷转移的机理.实验结果表明,Au/Si(111)-(7×7)吸附表面的局域接触势能差测量可以进行有效的Au与Si原子识别.本研究对推动表面电荷精密测量的发展具有重要意义.

原子分辨率短程化学力提取与势能谱解算

超高真空非接触式原子力显微镜近年来飞速发展,在表面物理探测领域有着广泛的应用。其中短程化学力的定量测量对剖析物质特性及反应机理方面有着重要意义,是实现显微镜原子分辨率的关键要素。为精确测量短程化学力,基于球锥探针模型从理论上推导了频率偏移(Δf)与原子间总作用力(F(ts))的转换关系,并分析作用力成分推导短程力求解算法。实验中,频率偏移谱由汉明窗滤波后根据Δf-F(ts)方程解算得到总力谱(F(ts)-z),对其拟合并剔除长程力以精确求解短程力谱(F(short)-z),并积分得到势能谱。本文以Si(111)-(7×7)表面为实验研究对象验证算法可行性。

一株发酵转化黄芩苷菌株的筛选及鉴定

为实现生物发酵法转化黄芩苷生产活性产物黄芩素,本研究从自然发毛的新鲜黄芩植株根部筛选发酵转化黄芩苷生成黄芩素的菌株,并进行产物分析和菌株鉴定。通过马铃薯葡萄糖培养液(PDB)富集,黄芩药粉培养液初筛,马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)平板分离后转入PDB黄芩苷培养液复筛,高效液相色谱法定性及定量分析,得到一株能够高效转化黄芩苷为黄芩素的菌株RM3,该菌在添加0. 1%黄芩苷的PDB培养液中能够将黄芩苷转化为黄芩素,未经任何优化条件下,28℃,150 rpm培养5天后摩尔转化率达到83. 87%。通过对菌落的形态、显微结构观察及ITS序列分析比对,鉴定菌株RM3为青霉菌(Penicillium sp. RM3)。该菌转化黄芩苷生成黄芩素效率高,且清洁环保,可缓解中药资源紧张,满足市场和临床需求,是一株很有前途的黄芩素生产菌。

黄芩内生真菌发酵黄芩苷生成千层纸素A的代谢途径及转化条件研究

本研究采用黄芩内生青霉菌Penicillium sp.R3发酵转化黄芩苷生产千层纸素A,探索生物转化途径,优化发酵转化条件,旨在为天然产物千层纸素A的开发利用提供新方法、新途径。菌株Penicillium sp.R3在马铃薯葡萄糖(PDB)培养液中培养并进行转化反应,菌株生长4天后达到最大生物量,之后进入稳定期。通过不用底物添加法分析其生物转化途径,高效液相色谱检测发现菌株转化黄芩苷生成千层纸素A同时伴随黄芩素产生,且黄芩素为中间产物。单因素分析结合正交试验方法获取发酵转化的最适条件为:摇瓶装液量10%,接种孢子浓度1×106~2×106个/mL,30℃,150 rpm培养3天后添加0.08%黄芩苷转化6天。该条件下转化反应摩尔转化率达到42.44%,发酵液中千层纸素A产量达到177 mg/L,且结果稳定性好。实验明确了菌株生长及转化规律,获得了稳定且转化率较高的发酵转化条件,为千层纸素A的进一步开发利用奠定了基础。

模糊OWL 2本体到模糊关系数据库映射形式化方法

针对语义Web上的模糊OWL 2本体,提出了基于关系数据库的模糊本体存储方法.通过深入分析模糊OWL 2本体的结构及语义特点,提出了基于模糊关系数据库的模糊本体存储结构,在此基础上,给出了模糊OWL 2本体到模糊关系数据库映射的形式化方法.理论和实例结果表明所提出的形式化映射方法是合理和可行的.

基于系综金刚石氮空位的色心量子调控系统设计

为了实现量子的自旋调控和精密测量,将金刚石作为自旋载体材料,设计了基于系综金刚石氮空位(nitrogen-vacancy,NV)色心量子调控系统。通过利用金刚石独特的自旋三重态容易被初始化、操控和读出,基于Lab VIEW软件,设计编写了脉冲序列发生模块并搭建了共聚焦系统,调控了系综NV色心的自旋量子态。结果表明:该系统可以调控系综NV色心的自旋量子态;实现了NV色心拉比振荡实验的测量;拉比振荡周期为100 ns。可见该系统结构设计简单,为下一步延长退相干时间,提高系统灵敏度打下基础。

黄芩苷发酵转化成黄芩素和千层纸素A的黄芩内生真菌的筛选及鉴定

目的:采用现代微生物发酵转化技术开发传统中药——黄芩,从黄芩植株体内筛选可发酵转化黄芩苷的内生真菌,以期替代传统化学方法获得天然药效成分,同时缓解该中药资源紧张的现状。方法:以新鲜黄芩植株为材料,采用马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)平板培养消毒组织块,分离单菌落,黄芩药粉选择性培养法初筛,黄芩苷发酵转化实验复筛,HPLC分析转化产物。结果:从新鲜黄芩植株根部分离得到一株发酵转化黄芩苷的内生真菌R3,该菌在添加0.1%黄芩苷的马铃薯葡萄糖培养液(PDB)中能转化黄芩苷,同时产生黄芩素和千层纸素A共2种产物,于28℃,150 r·min^(-1)培养5 d转化率61.09%,其中黄芩素和千层纸素A的摩尔比3∶5。利用形态分析及显微鉴定并结合分子生物学技术手段,鉴定该菌为青霉菌,定名为Penicillium sp. R3。结论:筛选得到黄芩内生真菌Penicillium sp. R3,该菌能够转化黄芩苷得到活性更强、更易吸收的黄芩素,以及近年来因更多药效不断被发现而备受关注的千层纸素A,具有一定的研究价值与应用价值。

基于一维光子晶体的波长调制的光学传感系统研究

本文设计了一种基于纳米尺度分布式布拉格反射光栅(nano-DBR)结构的一维光子晶体宽禁带波长调制系统。根据1.55μm通信光所在波段性质,DBR被精确的设计成光子带隙材料,由硅/空气多层结构周期性重复组成。其中,可动DBR受外力作用发生位移,利用间距的变化调制光子晶体透射谱的变化。采用严格耦合波分析(RCWA)来计算6个周期带隙结构的峰值透射谱变化。通过对模拟数据的统计分析,可得出所设计的nano-DBR一维光子晶体系统,在对应两个DBR间距位移变化从0到1μm时,对应的一级透射峰可调制的范围在1.55μm^2.7μm,峰值最低透射率为0.8366。该系统灵敏度可达1.2~1.3左右。与同类型波长调制传感系统比较,在理论上具有更宽带隙调制范围,高辨识度和高灵敏度的优势。

NV色心磁强计研究进展及应用

基于金刚石氮空位(Nitrogen Vacancy,NV)色心的量子传感技术具有高灵敏度、高分辨率、全固态等优势,近年来引起了众多传感器研究机构的广泛关注。就NV色心在量子传感中的磁测量展开论述,首先介绍了NV色心的基本结构与磁测量原理,着重分析了微波天线、荧光高效收集、高灵敏磁测量方法以及集成磁强计设计等关键技术的最新研究进展,并针对当前存在的技术难题提出了技术发展方向。此外,还总结归纳了近些年NV磁强计在地磁探测、无损检测、生物医疗等领域的初步实际应用情况。