定向凝固过程中枝晶侧向分枝生长行为与强制调控规律

采用相场法数值模拟研究了定向凝固过程中随机噪声条件下枝晶侧向分枝生成行为与强制扰动条件下侧向分枝调控规律.模拟结果表明:随机噪声条件下,侧向分枝整体上并无规则性,但产生频率存在一定分布范围,且在一定时间段内会出现生成频率一致且具有极强相关性的一组侧向分枝,即波包;不同波包之间不具有相关性,但不同波包内部的侧枝生成频率基本相同,且与侧枝整体频谱曲线峰值位置处的频率基本相当;强制周期扰动条件下,当扰动频率处于侧向分枝整体生成频率范围内时,可激发枝晶产生规则侧向分枝,且扰动频率与波包内侧枝生成频率一致时侧向分枝最发达.研究结果可为向定向凝固枝晶形态的调控提供理论指导.

基于自适应有限元法的纯物质三维枝晶生长模拟

基于高性能计算特性的自适应有限元方法,较大尺度地求解三维相场模型,定量模拟纯物质三维枝晶的凝固过程,研究过冷度、各向异性系数等相场参数对三维枝晶的影响.结果表明:过冷度和各向异性系数越大,三维枝晶生长速度越大,侧向分枝越发达,二次枝晶间距越小,并得到与结晶理论相一致的枝晶生长规律.此外,在CPU耗费时间上自适应有限元方法比均匀网格方法降低一个数量级,并且当系统尺寸越大时越能体现出自适应有限元方法的优越性,为大尺度多场耦合相场模型的模拟提供便利.

菌丝形态发育:丝状真菌细胞工厂遗传改造的新切入点

丝状真菌是一类广泛存在于自然界中的真核微生物,一些丝状真菌因具有强大的蛋白分泌能力或者可以有效合成许多活性物质被开发为“细胞工厂”,常被用于酶制剂、重组蛋白、有机酸以及次级代谢产物的生产。丝状真菌菌体的生长形态对工业发酵具有关键意义,对发酵产品的品质及发酵过程的控制均有显著影响。本课题组前期研究发现丝状真菌的菌丝形态直接影响着菌体的蛋白分泌,菌丝分枝的增多会使液体发酵时蛋白质的分泌量增加。随着丝状真菌形态研究的深入,对改变真菌菌丝体形态以提高发酵过程中目标代谢物产量的研究日益增多。尽管在真菌发酵形态与生产力的关系方向已有少量综述,但该领域的研究发展非常迅速,亟待更新。本文在对国内外相关研究报告进行大量调研的基础上,结合作者科研团队自己的研究发现,系统综述了丝状真菌的形态特征、真菌形态对工业发酵的影响及菌丝形态调控的方法和策略,以期增强国内相关学者对丝状真菌菌丝形态发育的认识,为合理开发适用于工业发酵的工程菌株提供思路。