用于土壤中氮钾含量快速测定的非接触电导微流控芯片

[目的/意义]土壤中氮、钾元素在作物生长和农业生产过程中具有关键作用。快速定量检测土壤中氮、钾含量对指导精确施肥具有重要意义。因此,建立一种快速可靠的土壤氮、钾含量检测方法十分必要。[方法]本研究建立一种基于聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)微流控芯片电泳和电容耦合非接触电导检测(Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection,C4D)方法,快速定量检测土壤中氮、钾养分离子。通过微流控电泳芯片实现对土壤中多种离子快速分离,利用C4D进行电导率变化的精准测量。基于检测器工作频率输出响应特性,激励电压响应特性和电泳电压,确定最佳分离和检测性能。[结果和讨论]该方法对钾离子(K+)、铵根离子(NH4+)和硝酸根离子(NO_(3)^(-))标准溶液的检测限(S/N=3)分别为0.5、0.1和0.4 mg/L。K^(+)、NH_(4)^(+)和NO_(3)^(-)在0.5~40.0 mg/L范围内具有良好的线性关系,线性相关系数(R2)分别为0.994、0.997和0.990,表明该方法可以对土壤中氮、钾养分离子进行定量分析。同时,采用峰高、峰面积和出峰时间作为评价指标进行可重复性实验,其相对标准偏差(Relative Standard Deviation,RSD)均小于4.4%,说明该方法具有良好的重复性。此外,对土壤样品进行测试,K^(+)和NH_(4)^(+)可实现完全分离以及同步检测,其检测效率明显提高。通过标准加入法进行回收率实验,回收率保持在81.74%~127.76%。[结论]本研究为土壤氮钾养分离子的快速检测提供了一种简便、高效的方法。

以太网物理层芯片光电特性测试研究

当前,以太网物理层芯片在诸多应用领域不可或缺,对以太网物理层芯片的功能性能要求也越来越高,因此,如何进行芯片功能性能方面的光电特性验证是亟待解决的问题。主要介绍了以太网物理层芯片验证的技术现状,提出符合以太网物理层芯片功能性能应用需求的光电特性测试方法,采用测试仪器(如示波器、逻辑分析仪、网络矢量分析仪等)和验证板卡对网络中物理接口的数据传输电特性和光特性进行测试,测试结果表明提出的测试方法达到了测试要求,满足了功能性能应用需求,进而提高了国产高可靠以太网物理层芯片验证的技术手段。

基于SNP芯片的内江猪群体遗传结构分析

本研究旨在分析内江猪群体的遗传结构,从而更好的保护和利用内江猪遗传资源。使用猪50K SNP芯片,对237头(24头公猪,213头母猪)内江猪进行基因组分型,分型结果经质量控制及自填充后用于后续分析。通过多种分析软件对内江猪群体的遗传结构、遗传多样性以及群体近交情况进行分析,结果发现:共有26652个SNP位点用于分析,其有效等位基因数为1.569,多态性标记比为0.533,多态性信息含量为0.272,期望杂合度为0.338,观测杂合度为0.341,最小等位基因频率为0.249。主成分分析结果表明群体内分层不明显,根据状态同源计算的群体平均遗传距离为0.252,通过聚类分析可将24头公猪划分为10个家系。在群体基因组中共检测到7031个长纯合片段,其平均长度为12.59 Mb,通过连续性纯合片段估计群体近交系数为0.008,通过SNP纯合性估计群体近交系数为-0.012。总体来说,内江猪群体遗传多样性较为丰富,群体遗传距离较远,近交程度较低,但存在一定的近交风险。本研究可为内江猪的保护和开发利用提供理论依据。

器官芯片——更具前景的体外模型

传统的体外模型具有不可避免的局限性,与人体试验相比,在评估药物疗效和不良反应方面存在显著差异。器官芯片技术在生理环境和功能芯片上模拟人体器官,具有高保真的生理或病理生理功能,为药物开发提供了巨大的创新前景。本文主要从体内各系统角度介绍器官芯片的研究进展和应用,同时提出目前器官芯片发展过程中存在的局限性和未来的发展方向。

基于网络药理学与GEO差异基因芯片数据探讨芦丁治疗脊髓损伤的作用机制

为了探究芦丁治疗脊髓损伤的作用机制,基于网络药理学和GEO差异基因芯片数据分析,结合体内实验,筛选芦丁对脊髓损伤的作用靶点.首先通过TCMSP、Swiss Target Prediction和SuperPred数据库获得芦丁的作用靶点,同时采用GEO差异基因、CTD、OMIM、PharmGkb疾病数据库获取脊髓损伤的疾病靶点;然后应用Cytoscape软件采用蛋白互作的方式筛选芦丁治疗脊髓损伤的核心靶点,并采用R语言对核心靶点进行GO功能及KEGG通路富集分析;最后采用Rutgers MASCIS脊髓损伤撞击器建立大鼠急性脊髓损伤模型,芦丁干预3 d后采用BBB运动评分法对大鼠后肢运动功能进行评价,采用酶联免疫吸附测定法检测脊髓中炎症因子TNF-α、IL-6、IL-1β和NF-κB的表达水平以及ROS和MDA含量.结果发现:(1)芦丁共有56个对应的蛋白靶点,脊髓损伤筛选到4 624个疾病靶点,合并后得到5个核心靶点,即CASP3、ESR1、GSK3B、IL-6、MTOR;(2) GO功能主要集中在对氧化应激的反应、活性氧代谢过程、NF-κB结合等,KEGG通路分析显示,芦丁治疗脊髓损伤相关的通路包括PI3K-Akt信号通路、AMPK信号通路、HIF-1信号通路等;(3)分子对接实验和分子动力学模拟表明,芦丁与5个核心靶点均有良好且稳定的结合;(4)体内实验结果显示,脊髓损伤后使用芦丁进行药物干预处理可以降低脊髓的含水量,减少炎性因子和氧化应激因子的产生.上述结果证实,芦丁可以通过多个靶点以及多条通路在治疗脊髓损伤中发挥抗炎和抗氧化作用.

人工智能芯片先进封装技术

随着人工智能(AI)和集成电路的飞速发展,人工智能芯片逐渐成为全球科技竞争的焦点。在后摩尔时代,AI芯片的算力提升和功耗降低越来越依靠具有硅通孔、微凸点、异构集成、Chiplet等技术特点的先进封装技术。从AI芯片的分类与特点出发,对国内外典型先进封装技术进行分类与总结,在此基础上,对先进封装结构可靠性以及封装散热等方面面临的挑战进行总结并提出相应解决措施。面向AI应用,对先进封装技术的未来发展进行展望。

奶山羊低密度液相SNP芯片开发及有效性验证

为更好地了解奶山羊在世代更替中的遗传谱系,避免因错误谱系记录造成群体近交程度过高,本研究利用液相SNP芯片标记技术确立羊群遗传谱系及其亲缘关系。通过简化基因组测序,对25个不同种群的崂山奶山羊基因组DNA样本进行分析,挑选出1 792个SNP多态性位点,再通过靶向测序基因型分型,合成低通量的探针,最后对探针进行相应的捕获测试,开发出检测崂山奶山羊遗传基因的低密度液相SNP芯片。将该液相芯片应用于300只崂山奶山羊群体的血缘关系鉴定,与已知300只奶山羊系谱记录的亲缘关系进行对比,发现结果高度吻合,证明此芯片具有很高的准确性。本实验开发出均一性高、位点多态性好的低密度液相芯片技术,可专门用于崂山奶山羊亲缘关系鉴定,从而更好地指导奶山羊的选种选配。

基于STM32的微流控芯片离心进样机设计

针对某种微流控芯片在使用过程中需要保证微腔室全部充满样品液的要求,设计了基于STM32单片机的离心进样机。硬件方面,选用STM32F103ZET6型单片机作为控制器,选用ECMAC20602RS型伺服电机作为驱动电机,选用TK6051iP型触摸屏作为人机交互界面,设计了设备的整体硬件结构。软件方面,编写了基于Modbus协议的串口通信程序,设计了触摸屏人机交互界面,设计了设备的控制程序流程。通过实验对设备的功能进行了测试,实验结果表明,当转速和时间分别设置为1500 r/min和120 s时,微腔室全部充满样品,并且没有出现液体渗漏,满足了微流控芯片的进样要求。

基于RT-YOLO-V5的芯片外观缺陷检测

针对传统的人工芯片检测方法效率低、过分依赖人为操作且误检率高等产生的问题,提出了一种基于ResCBS模块与增加微检测层(Tiny-scale detection layer)的RT-YOLO-V5检测方法用于检测芯片外观缺陷。首先搭建了图像采集系统,并制作了芯片外观缺陷检测数据集。为解决芯片外观缺陷形状不规则、大小不统一、位置不确定带来的检测精度低等问题,在CBS模块中增加短连接,融合输入输出的特征信息,减少信息损失,优化推理速度;其次,增加一个微小尺度的检测层,提高模型对微小目标的特征提取能力。实验结果表明:使用改进后的网络对芯片外观缺陷进行检测,平均精度(mAP)达到95.5%,相对于原始网络提升了5.7%;除此之外,改进后的RT-YOLO-V5在先验框损失(Box_loss)与小目标缺陷的检测精度上都得到了一定的提升。

美国芯片立法的最新动向与中国对策

美国芯片制裁策略将阻碍中国芯片产业发展。《2022年芯片和科学法案》对美国芯片企业在域外的投资与合作行为作出限制,将中国排除在合作范围之外,加剧了中国芯片产业链断链风险,同时扰乱了全球芯片产业链的布局。文章分析了美国在芯片领域相关立法的演进路径与发展趋势,探究芯片制裁对我国可能存在的影响,从国际、国内双重层面寻求应对策略,以期促进我国芯片产业的发展。

高压共轨柴油机国产芯片控制系统研究

针对现有高压共轨柴油机电控单元高度依赖进口芯片、自主不足的问题,提出了基于全国产芯片的高压共轨柴油机电控单元方案。所设计的国产控制单元选用兆易创新的GD32F450芯片为控制核心,承担发动机数据采样、处理、存储与控制任务。首先,采用Boost升压电路提供喷油器峰值电流,利用分立器件设计双边驱动与电流反馈电路,在不依赖进口专用芯片的条件下,对喷油器驱动电流进行闭环控制;然后,基于FreeRTOS操作系统,开发高压共轨柴油机底层驱动软件,实现对不同任务调度周期的精准控制;最后,对所设计的电控单元进行了实验验证。结果表明,所设计的国产高压共轨柴油机电控单元功能齐全、工作稳定,双边驱动电路典型峰值电流为22 A,维持电流为10 A,最小喷射间隔时间为200μs,多次喷射性能与Bosch系统相当。发动机不同转速条件下任务调度周期精准、实时性好,研究证实了高压共轨柴油机电控单元全国产化方案的可行性,对推动发动机电控技术自主可控提供了有益参考。

基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片

微波光子雷达拥有分辨率高、处理速度快、同时多波段、多功能等优势,在航天系统中具有广阔的应用前景。为了满足航天应用对雷达系统体积、质量和功耗的严格要求,集成化已经成为微波光子雷达的重要发展方向。介绍了一款基于薄膜铌酸锂的微波光子雷达芯片,利用该芯片实现了雷达发射信号倍频产生和回波信号去斜接收,并对距离天线不同位置的目标进行了测距实验,得到的测量距离与实际距离基本相同,两者之间的误差小于4 mm。

基于GEO芯片和网络药理学探讨康力欣胶囊治疗乳腺癌的作用机制

目的:利用GEO芯片和网络药理学探讨康力欣胶囊治疗乳腺癌的分子机制。方法:通过TCMSP、HERB、Batman-TCM数据库检索药物的化学成分,借助Swiss Target Prediction数据库获取药物成分对应的相关靶点;在GEO数据库中检索乳腺癌的相关靶点;利用Venny 2.1.0在线软件获取药物与疾病的共同靶点;由Cytoscape 3.8.2绘制药物-成分-靶点-疾病网络;STRING数据库构建PPI网络;借助DAVID数据库进行GO功能富集和KEGG通路富集分析;运用AutoDock软件对关键的活性成分和靶点进行分子对接验证。结果:康力欣胶囊中59个有效成分通过调控106个靶点和43条通路对乳腺癌产生作用,法尼斯淝醇A、多胶阿魏素、宽叶阿魏酮、山奈酚、法尼斯淝醇B、泽兰黄醇素、槲皮素、宽叶阿魏醇、啤酒甾醇、阿魏种素等成分可以通过EGFR、JUN、PPARG、PTGS2、CCNA2、CHEK1、CDK1、CDK2、MMP9、TOP2A等关键靶点介导癌症的中枢碳代谢、细胞周期、代谢途径、癌症途径、AMPK、松弛素、FoxO、IL-17、Ras、HIF-1、MAPK、钙、胰岛素等信号通路来治疗乳腺癌。分子对接分析发现10个靶点蛋白与10个活性成分具有较好的结合能力。结论:康力欣胶囊可以通过多成分、多靶点、多途径参与乳腺癌的治疗,为其临床应用及治疗乳腺癌的机制深入研究提供了理论依据。

芯片设计企业创新价值链锁定困境与破解——以华为海思为例

面对近年国外战略性掣肘的不断加压,我国芯片设计被锁定在产业创新价值链的低端,芯片设计企业如何摆脱低端循环以抢占产业发展制高点,成为我国芯片产业破局的关键。在分析我国芯片设计产业现状及其创新价值链地位的基础上,选取芯片设计领军企业华为海思作为研究对象,从研发水平、竞争对手、设计人才三方面探讨其陷入低端锁定困局的成因,并为解决低端锁定带来的企业发展易受制于人、失去主流市场应用机会、难以赢得资本市场青睐等不良影响,从知识储备、技术研发、人财保障、平台搭建和策略组合等维度提出破解策略,为我国芯片设计企业向创新价值链高端攀升提供对策建议。

荧光纸基微流控芯片在食品检测领域中的应用

食品安全事故频发,引发全球对食品安全的广泛关注。为了保障食品的质量和安全,研究人员已经开发了各种快速和灵敏的检测方法,用于分析各种食品成分和污染物。纸基微流控芯片(μPADs)是以纸张为主要基版,使生化反应小型化的微实验室分析系统。近年来,μPADs在芯片设计和功能集成方面发展迅速,因其成本低、样品体积小和携带方便等优点,在快速检测中具有独特的应用潜力,已广泛用于保障食品安全。与其他检测方法相比,基于荧光法的μPADs具有选择性好和灵敏度高等优点,能够快速准确地测定目标物,满足现场检测的需求,为食品检测提供理想的解决方案。其在不同的实际应用中显示出广阔的前景,能测定食品中的各种污染物,包括病原微生物(大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌和副溶血性弧菌)、有害化学物质(农药、苏丹红染料、亚硝酸盐、甲醛和抗生素)和重金属离子(铅、镉、汞、砷、铬)等。笔者介绍了μPADs的基本概念,包括纸作为基材的优点以及二维和三维芯片的特点,重点介绍了荧光检测原理以及在食品检测领域中的应用。研究结果将有助于开发和应用更多新型基于荧光分析方法的μPADs,并为开发准确、灵敏、便捷的食品污染物检测方法提供参考。

猪流行性腹泻病毒微芯片荧光定量RT-qPCR检测方法的建立

为了建立简便快速的猪流行性腹泻病毒(PEDV)荧光定量RT-qPCR检测方法,根据GenBank数据库公布的猪流行性腹泻病毒囊膜蛋白E基因,设计特异性引物和探针结合微芯片技术,建立微芯片荧光定量RT-qPCR检测方法。该方法除对PEDV检测为阳性外,对与其同源性较近的致病病毒的检测均为阴性;最低检测限为1 copies/μL,常规荧光RT-qPCR检测限为10 copies/μL。批内、批间重复性试验表明,Ct值变异系数均在2%以内,可对PEDV临床样本进行检测。建立的检测方法特异性好、敏感性高、检测时间短且重复性好,适用于临床检测。

智能汽车芯片产业如何实现突破式创新?--基于资源协奏理论的分阶段多案例研究

当前中国智能汽车芯片产业存在对外依存度高、国产化率低、高端产能不足以及外部技术封锁等问题,发展面临创新困境。智能汽车芯片产业具有复杂的网络结构,需要依托跨知识、跨网络的研究,改变知识要素的联系、推动跨界网络嵌入以突破核心技术,进而实现“卡脖子”芯片的国产替代和规模量产的突破。但是,在产业的不同发展阶段,企业面临差异化的目标导向和资源约束,需要基于产业发展变化去动态配置知识要素特征和跨界网络嵌入两类创新要素,以实现各阶段的突破式创新。因此,依据“要素—行动—结果”的内在逻辑,资源协奏理论能够揭示智能汽车芯片产业突破式创新的机理和演进,有助于破解创新困境。本文采用多案例研究方法,对智能汽车芯片产业20个企业的深度访谈和编码分析发现:在导入期、成长期和成熟期不同阶段分别对应差异化的目标导向和资源约束,通过动态配置知识要素特征和跨界网络嵌入,衍生出“资源建构、资源捆绑、资源撬动”三层递进的创新机理,从而在各阶段更高效实现“研发、产品、价值”的突破式创新。理论上,从资源协奏和产业演进视角,丰富了智能汽车芯片产业突破式创新的机理和演进研究;实践上,为加速“卡脖子”芯片的国产替代,推动中国智能汽车芯片产业自主创新提供启示。

基于SECS/GEM协议的芯片烘箱设备智能故障诊断算法设计

针对芯片烘箱设备故障排查困难,提出了一种改进型贝叶斯网络故障诊断算法。利用SECS/GEM通信协议从设备端获取故障报警数据,建立芯片烘箱设备故障树。将故障树映射为贝叶斯网络,通过对贝叶斯网络反向推理计算得到可用于指导维修工作的诊断决策树。将历史故障样本数据代入算法模型中进行验证分析,验证结果表明,按照诊断决策树进行故障诊断能够将诊断误差率控制在5%左右,满足企业用户要求,具有较高的应用价值。

微型组合导航SIP芯片的PDN电热协同仿真与优化

随着SIP芯片逐步小型化和集成化,导致芯片对PDN的直流压降、电流密度以及系统的温升控制要求越来越高.本文通过改变载流导体的面积来改善直流压降和电流密度过高的问题,同时针对芯片温升研究通过合理优化热过孔阵列的孔径、过孔数量以及镀铜厚度来减小热阻以达到控制芯片温升的目的.仿真结果表明,增加载流导体的面积能有效降低直流压降和电流密度,且还留有很大的裕量;而热过孔阵列的合理布局能有效控制芯片温升,从而提升了芯片的功能和可靠性.

采用电解预刻蚀实现高界面结合强度的镍/钢微流控芯片模芯

采用微电铸工艺制作微流控芯片金属模芯的过程中,金属基底与沉积层之间的界面结合强度制约着金属模芯的成品率、制作周期、制作成本以及使用寿命。以NAK80模具钢基底和镍铸层的结合界面为研究对象,采用电解预刻蚀的方法提高界面结合强度。首先,为探究界面结合强度的影响因素,开展数值仿真研究。仿真结果表明,界面结合强度随表面粗糙度和刻蚀深度的增加均呈现增大的规律。为优选电解预刻蚀的工艺参数,开展刻蚀实验研究。实验结果表明,当电压为0~20V时,基底表面粗糙度随刻蚀电压的增加先增大后减小,优选电压为11.15V;当刻蚀电压一定时,刻蚀深度随刻蚀时间的增加而增加。为保证电沉积后铸层无缺陷,缩短电铸和后处理时间,针对60μm宽度的流道式芯片模芯,将刻蚀深度优选为30μm,以此获得优选的刻蚀时间为53s。基于以上仿真和实验结果,制作出了铸层厚度为40μm、整体尺寸为65mm×65mm的微流控芯片金属模芯。采用拉伸法测得界面结合强度为178.46MPa,相比于无刻蚀方法,电解预刻蚀后的界面结合强度提高了518.6%。