软骨细胞中SIRT1基因敲减后作用状态不明确信号通路及对相关疾病或功能的影响

背景:沉默信息调节因子1以去乙酰化的方式调控软骨细胞中相关蛋白的功能,参与软骨细胞增殖分化,促进软骨缺损修复。目的:利用高通量技术筛选软骨细胞中沉默信息调节因子1基因敲减后作用状态不明确的信号通路以及产生变化的疾病或功能。方法:取处于对数生长期的小鼠ATDC5软骨细胞,分2组转染:对照组转染沉默信息调节因子1基因敲减阴性对照慢病毒,实验组转染沉默信息调节因子1基因敲减慢病毒。转染72 h后,利用小鼠基因表达谱芯片GeneChip®Mouse Genome 4302.0 Array检测mRNA的基因层面变化情况,应用生物信息学技术筛选激活或抑制不明确的信号通路以及这些信号通路相关因子,并分析疾病或功能模块的富集情况。结果与结论:①沉默信息调节因子1基因敲减后,小鼠ATDC5软骨细胞中激活或抑制状态不明确的信号通路有245条;②根据-log(P-value)排序选择排前20的激活或抑制状态不明确信号通路中的因子情况进行报道,包括IGFBP4、TGFBR1、CTGF、COL4A5、LHX2、IL1RL1、KLF6等;③根据-log(P-value)进行排序,细胞生长和增殖、生物体存活和细胞死亡与存活等14个疾病和功能密切相关模块明显变化;根据差异基因数量排序,生物体损伤和异常、癌症和细胞死亡与存活3个疾病和功能密切相关模块明显变化;根据-log(P-value)与差异基因数量综合排序,固有免疫应答这一疾病和功能模块被显著激活。

柔性钻柱扭转振动及控制研究

在旋转钻井中,钻杆承担着传递扭矩以助钻头破岩的重要作用,钻杆的粘滑振动是降低钻井设备使用寿命和钻进效率的主要原因之一,因此,通过研究粘滑振动的机理,探寻一种有效的抑制方法。提出了基于改进粒子群优化PID参数的鲁棒控制器,抑制钻头的粘滑振动并且使得其它部件保持期望的速度上。采用四自由度粘滑振动模型,包括转盘、钻杆、钻铤和钻头,同时考虑钻头与岩石接触的非线性相互作用。利用Matlab/Simulink建立模型仿真进行数值分析,并且设计模拟钻头卡钻实验。结果表明:粘滑现象会带来严重的后果,改进的粒子群优化PID参数可以使钻头及其他部件稳定在给定的转速的附近,控制响应时间小于40 s,减少了钻头扭矩波动,有效地抑制了钻柱粘滑振动。

基于磁场模型的矿用钢丝绳检测信号特性试验研究

电磁检测是矿用钢丝绳缺陷可靠的检测手段之一。基于电磁法的矿用钢丝绳缺陷检测,目前存在缺陷与信号特性表征规律不明确的问题,定量识别时存在无关信号特性,影响识别准确性。采用三维磁偶极子理论计算、Maxwell模拟仿真与试验相互验证的方法,总结漏磁信号特性与缺陷变化之间的表征关系。首先建立磁场环境下的钢丝绳三维磁偶极子理论模型,应用模型对标准缺陷处进行磁场理论计算并进行Maxwell模拟仿真;分别提取理论值与仿真值的峰/谷绝对值、波宽、峰谷差值、峰谷值宽度四项信号特性,进行缺陷与信号的表征分析;最后设计缺陷进行试验验证,得到试验数值的斯皮尔曼相关系数。试验结果表明:缺陷的宽度、深度与峰/谷绝对值、波宽、峰谷差值3个信号特征值呈正相关,与峰谷值宽度无明显相关性;缺陷长度与峰/谷绝对值呈先上升后下降的趋势,与波宽、峰谷差值、峰谷值宽度呈正相关。并且发现宽度缺陷信号幅值最强,长度缺陷信号幅值最弱,深度信号幅值居中,峰谷差值和峰谷绝对值与缺陷相关性最高。该研究具有一定的工程指导价值。

承压构件缺陷磁记忆检测信号的量化分析

将金属磁记忆检测技术应用于含埋藏缺陷承压构件的检测中,将承压构件简化为平板结构,对平板试件进行单向拉伸的有限元模拟试验,分析了不同裂纹尺寸和载荷对检测信号的影响以及构件焊缝缺陷磁记忆信号的变化规律,得到了磁记忆信号特征参数与缺陷的关系。结合磁记忆检测试验,对磁记忆信号特征参数与缺陷参数、加载结果进行了量化分析。试验结果表明,磁记忆信号可以对承压构件缺陷进行有效表征,并可以对裂纹扩展趋势进行预测。研究为金属磁记忆检测技术在承压构件检测中的应用提供了理论支持。

窄间隙GMAW咬边缺陷的电弧声信号特征分析与识别

针对窄间隙熔化极气体保护焊(Gas Metal Arc Welding,GMAW)焊道侧壁处局部咬边缺陷检测困难的问题,提出了一种基于电弧声信号特征提取与处理的咬边缺陷在线检测方法。通过分析正常、临界咬边和咬边这3种焊接状态的电弧形态和电弧声信号特征,证实坡口侧壁引起的电弧形态变化是影响电弧声信号变化的重要因素。在此基础上采用小波包时频分析,同时引入特征类间标准差作为评价指标,确定了能有效识别3种焊接状态的敏感特征。采用Sigmoid支持向量机和五折交叉验证建立预测模型,实验结果表明该模型能较好地实现3种焊接状态的预测分类,识别准确率达到96.0%。

含腐蚀缺陷管道弱磁信号的正演模型

针对埋地集输管道在非开挖条件下的腐蚀检测难题,结合磁偶极子模型以及应力磁化强度模型,建立一种含缺陷管道弱磁信号正演模型。通过数值模拟方法研究了腐蚀缺陷磁感应强度波形特征及离地高度、磁化强度对磁感应强度的影响。结果表明:腐蚀缺陷处Bx和By出现极值特征且方向相反,Bz出现过零点特征且峰值改变方向;分别讨论了离地高度以及磁化强度对信号的影响。通过开展现场检测,验证正演模型的准确率,其误差率为11.11%。

基于频域反射信号衰减强度评估的电缆缺陷长度和类型判别方法

为解决频域反射法(FDR)只能判别缺陷极性而不能识别缺陷长度和类型的问题,本文提出了一种基于信号衰减强度评估的缺陷类型判别方法,通过利用各缺陷处总的折反射强度与首次反射强度作差,再利用差值的大小即可对缺陷的长度和类型做出判断,并结合极性判断方法将缺陷细分为了4种类型。结果表明:本文所提方法可成功识别电缆中常见的接地故障、过度弯折、本体受潮及长电缆中间接头4种缺陷的长度和类型,且与仿真建模的结果一致。本文缺陷类型判别方法可对电缆常见的点缺陷和段缺陷进行识别。

基于PCC-LPSO-BP的油气管道缺陷分类识别研究

为准确识别油气管道的缺陷类型,分析缺陷漏磁信号特征对识别精度的影响,建立了基于PCC-LPSO-BP的油气管道缺陷识别模型。采用皮尔逊相关系数法(PCC)分析了缺陷漏磁信号特征量与缺陷尺寸间的相关程度,建立了混沌映射和莱维飞行改进的粒子群优化后的BP神经网络识别模型即LPSO-BP模型,采用评价指标综合比较了模型的识别效果,分析了该识别模型对各缺陷类型的识别精度以及各特征量对识别结果的影响。研究结果表明:LPSO-BP模型相较于BP模型识别精度提高了7.47%,且在现有的数据范围内对表面剥落和裂纹的识别率达到了100%。研究结果对油气管道缺陷识别量化具有一定的参考价值。

基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测

为解决大容量、大跨越输电用碳纤维导线由于隐蔽性缺陷无法检出而导致频繁断线的问题,提出了一种基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测方法。该方法通过搭建导线运行环境并模拟导线运行工况,采用基于分布式光纤布里渊散射的时域反射技术,检测碳纤维导线的温度和应变分布情况,并结合光时域反射技术,检测碳纤维导线中光纤的损耗情况。经过综合对比分析,获取可表征多股碳纤维缺陷隐蔽性缺陷的光纤温度、应变、损耗等信号特征量,并构建神经网络模型,将各信号特征量作为模型输入,通过模型训练确定模型内各权系数,使其能够有效地检测多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷。实验结果表明,该方法可有效获取各类光纤信号特征量,并且能够准确地检测各类导线隐蔽性缺陷,具有重要的实际应用价值。

基于超声波信号的起重机械金属结构缺陷检测研究

起重机械的结构较为复杂,特别是其桥架、门架、臂架等部分往往高悬在空中,这使得对结构进行全面细致的检查变得尤为困难,对此提出基于超声波信号的起重机械金属结构缺陷检测方法。利用超声探测仪扫描起重机械金属结构,获取大量的超声波信号并对信号进行去噪处理,得到高质量的金属结构信号集,分别提取出起重机械金属结构超声波信号的时域特征和频域特征,由此筛选出金属结构中的缺陷特征,通过计算检测误差函数得到最终的缺陷检测结果。实验测试结果表明,设计方法的起重机械金属结构缺陷检测精度较高,具备较强的可行性,因此该方法可以有效预防和控制金属结构缺陷的产生和发展,为企业的可持续发展和人员的生命安全提供有力保障。

基于1D-CNN的混凝土内部缺陷超声信号的智能识别

混凝土内部是否存在缺陷对混凝土工程的安全起着决定性作用。超声无损检测技术是应用最广泛的一种混凝土内部缺陷无损检测技术,依靠工程检测和传统的缺陷识别方法难以满足对混凝土内部缺陷的判别。本研究提出一种一维卷积神经网络模型,基于不同混凝土缺陷的有限元仿真数据库,直接将原始超声信号输入模型中,并且通过添加高斯白噪声来验证一维卷积神经网络模型的准确性和鲁棒性。再通过物理试验验证该模型的识别效果,该模型的识别准确率达到83%以上,且优于其他机器学习模型,验证了该模型对混凝土内部缺陷智能识别的有效性。

基于高频地质雷达法隧道典型缺陷特征信号分析及应用

高频地质雷达检测具有操作方便、快速便捷、高效实用及无损等诸多优点,目前在公路隧道病害检测中发挥着非常重要的作用。本文从地质雷达基本组成、基本原理及数据处理流程出发,结合具体工程实际对公路隧道典型缺陷病害雷达特征信号和图像进行分析解译。最后,总结出几条针对公路隧道典型缺陷病害的特征信号分析方法,方法不仅能提高高频地质雷达检测数据的可读性、准确性及关联性,而且在地下管道探测、铁路、地下空洞及路基病害检测中也具有重要的参考价值。

香叶木素调控Hedgehog信号通路对骨质疏松性骨缺损的影响

目的探究香叶木素调控Hedgehog信号通路对骨质疏松性骨缺损愈合的影响。方法将SD大鼠分为假手术组、模型组、低剂量组(50 mg/kg香叶木素)、高剂量组(100 mg/kg香叶木素)及高剂量+环杷明组(100 mg/kg香叶木素+10 mg/kg Hedgehog信号通路特异性抑制剂环杷明),10只/组,切除双侧卵巢构建骨质疏松(osteoporosis,OP)大鼠模型,并在此基础上构建骨缺损模型,造模结束后进行相应灌胃给药;双能X线吸收扫描仪检测大鼠骨痂部位骨密度(bone mineral density,BMD);HE染色观察大鼠骨缺损区域病理学情况;抗酒石酸酸性磷酸酶(TRAP)染色观察大鼠骨缺损区域破骨细胞情况;qRT-PCR检测大鼠骨缺损区域组织成骨细胞特异性转录因子(Osterix)和Runt相关转录因子2(Runx2)表达;Western blot检测骨缺损区域组织音猬因子(SHH)、Gli家族锌指蛋白-1(GLI1)、跨膜蛋白受体1(Ptch 1)、Osterix和Runx2表达水平。结果与假手术组相比,模型组大鼠骨痂部位BMD、骨小梁数、Osterix、Runx2、SHH、GLI1、Ptch1表达显著降低,TRAP阳性细胞数显著增加(P<0.05);与模型组相比,低剂量组、高剂量组骨痂部位BMD、骨小梁数、Osterix、Runx2、SHH、GLI1、Ptch1表达显著增加,TRAP阳性细胞数显著降低(P<0.05);环杷明可逆转香叶木素对骨质疏松性骨缺损愈合的影响。结论香叶木素可通过激活Hedgehog通路促进骨质疏松性骨缺损愈合。

利用地质雷达方法进行重庆宝顶山-北山快速通道工程隧道灌浆检测

传统的地质雷达检测方法主要用于衬砌空洞及衬砌钢筋位置检测,对隧道灌浆状态及深度无法准确判断,不能适用于隧道衬砌后灌浆质量及深度的检测,为此,研究对传统地质雷达检测方法进行改进,通过灌浆孔内增设信号反射装置,在不影响灌浆施工的情况下,增强了雷达反射波,进而识别灌浆状态及深度,达到了对灌浆质量检测的目的。通过在宝棠隧道及龙岗隧道中的应用实例,检测结果证实了改进后的地质雷达探测方法可以对隧道衬砌及围岩灌浆状态进行判断,从而及时采取相应措施进行返工处理。

基于BOTDR分布式检测技术的光缆隐蔽性缺陷识别

提出基于布里渊光时域反射(Brillouin optic time domain reflectometer,BOTDR)分布式检测技术与解调信号的光缆隐蔽性缺陷识别方法,识别检测光缆隐蔽性缺陷。在生产阶段将光纤植入多股碳纤维导线复合芯内部作为传感器,依据BOTDR技术与光时域反射(optic time domain reflectometer,OTDR)技术原理,构建关于碳纤维导线光缆隐蔽性检测的分布式传感系统,利用光纤对温度、应力、传播损耗的高精度感知,多维度地分析碳纤维导线光缆的隐蔽性缺陷及位置分布,实现光缆的隐蔽性缺陷识别。利用morlet小波解调布里渊散射信号,提取包络信息,去除信号噪声,采用列文伯格-马夸尔特算法,拟合布里渊散射谱数据,精确估计最优Brillouin频移量参数,提升整体缺陷识别精度。实验证明:该方法可以准确地对光缆的隐蔽性缺陷进行表征,实现多股碳纤维导线光缆隐蔽性缺陷的快速、有效识别,促进碳纤维导线光缆更好地应用于增容、大跨越等工程中。

变板厚漏磁信号有限元仿真分析

为了分析漏磁检测中不同缺陷深度及测试件厚度对缺陷漏磁信号的影响,基于漏磁检测技术基本原理,借助COMSOL有限元仿真分析软件,采用横向励磁方法对圆柱缺陷的漏磁场分布特征进行三维有限元模型建立,对缺陷漏磁场在不同影响因素条件下进行了仿真研究。结果表明,得到的漏磁场磁力线与理论分析结果一致;测试件厚度及缺陷深度均对不同缺陷半径有不同的检测性能,根据所提的评价方法来区分检测性能的优劣,最终得出对于不同测试板厚度的恒深度(8 mm)缺陷及测试板厚度的40%缺陷深度,均适用于12~32 mm测试件厚度的磁化器结构参数。研究结果对励磁结构的优化设计具有一定的参考价值。

骨组织工程中种子细胞的研究进展

骨缺损是临床常见的疾病,但其治疗困难。在体外将种子细胞进行成骨诱导培养是运用组织工程策略解决骨缺损修复问题的关键因素,其中种子细胞是不可或缺的。目前,常用的种子细胞包括骨髓间充质干细胞、胚胎干细胞、脂肪来源干细胞、脐带间充质干细胞等。近年来,对于种子细胞的研究涉及分离培养鉴定、成骨诱导、信号通路、基因修饰以及联合培养等方面,目的在于揭示成骨机制,提高成骨效率,最终使组织工程技术在临床上得到应用。但种子细胞的培养要求较高,其前沿培养技术主要包括细胞的基因修饰和细胞的共培养。因此,未来需继续寻找或制备容易获取、生物相容性好、成骨能力更强且分化更稳定的种子细胞,这对骨组织工程领域具有重要意义。

SIRT1调控BMSCs成骨分化与H型血管生成促进骨质疏松骨缺损愈合的研究

目的:探究沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,SIRT1)通过调控骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)成骨分化与H型血管生成对老年骨质疏松状态下骨缺损愈合的作用,并探讨其具体分子机制。方法:利用免疫组织化学染色检测小鼠骨组织中SIRT1表达的增龄性改变。使用SIRT1激活剂SRT1720与抑制剂EX527作用于BMSCs,实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(quantitative real-time PCR,RT-qPCR)与Western blot检测成骨标志物以及促H型血管形成因子的表达变化,免疫荧光染色与Western blot检测上述过程中Wnt/连环蛋白β(β-catenin)信号通路变化。构建老年骨质疏松骨缺损模型,SRT1720与EX527作用的同时,分别给予Wnt信号通路抑制剂XAV939与激活剂CHIR-99021,Micro-CT、苏木精-伊红(hematoxylin-eosin staining,HE)/Masson染色与免疫荧光染色检测各组骨缺损区域新骨形成与H型血管含量差异。结果:小鼠骨组织中SIRT1表达呈现增龄性下调趋势。SIRT1能够促进成骨因子碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)、矮小相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2,RUNX2)和促H型血管形成因子slit同源物3(slit homolog 3,SLIT3)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)的表达,并促进老年骨质疏松骨缺损区域内H型血管形成与骨再生,且上述作用由Wnt/β-catenin信号通路介导。结论:SIRT1能够通过调控Wnt/β-catenin信号通路促进BMSCs成骨分化与H型血管生成,进而促进老年骨质疏松小鼠的骨缺损愈合。

GIS三工位开关典型机械缺陷的特征量差异分析及辨识方法

近年来气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)三工位开关行程不到位机械缺陷导致的设备运行故障案例频发,为提升GIS三工位开关行程不到位机械缺陷检测及运维水平,首先采用126kV全真型三工位开关试验平台设置机构卡涩、传动失耦和电机堵转三种典型机械缺陷,试验获得正常状态和3种典型机械缺陷情况下三工位开关分合闸动作过程中的电机电流、角位移行程和振动信号;然后,开展3种典型缺陷情况下“电流-机械”特征参量的提取及差异分析;最后,采用随机森林算法研究构建GIS三工位开关典型机械缺陷诊断模型,并验证其有效性。结果表明:单一的电机电流、角位移行程或振动信号图谱特性无法有效区分不同类型的机械缺陷,而采用“电流-机械”融合特征参量对3种典型机械缺陷的区分效果显著,基于“电流-机械”融合特征参量构建的GIS三工位开关机械缺陷随机森林诊断模型实现了对机构卡涩、传动失耦和电机堵转3种机械缺陷可靠诊断,为工程实际提升GIS三工位开关安全运行水平提供了技术参考。