多肽Trp-Pro_(n)-Tyr中色氨酸和酪氨酸之间的超快质子耦合电子转移

本文使用稳态吸收与荧光光谱、纳秒时间分辨荧光光谱和飞秒时间分辨瞬态吸收光谱技术,在pH=3、7和10的三种条件下,全面研究了一系列模型多肽(Trp-Pro_(n)-Tyr,WPnY,n=0、1、2、3、5)中色氨酸(Trp,W)和酪氨酸(Tyr,Y)之间的超快质子耦合电子转移特性:研究发现多肽中色氨酸的荧光猝灭程度与肽链的长度呈负相关.在WPY中,色氨酸的荧光被强烈猝灭,并且这种猝灭效应与pH值高度相关.稳态吸收光谱表明,WPY中存在与其他模型多肽明显不同的缺色性;瞬态吸收光谱也展现出其激发态衰减比其他模型多肽更快,尤其是在pH=10时,这可能归因于色氨酸和酪氨酸之间高效的质子耦合电子转移效应.由于WPY中色氨酸和酪氨酸之间的距离极短,两个氨基酸之间发生了偶极相互作用,从而实现了酪氨酸向色氨酸“直接式”的质子和电子转移过程。其他模型多肽中,两个氨基酸之间的距离较远,只能发生缓慢和长程的“间接式”质子和电子转移.此外,本文对WY和WP二肽的研究结果进一步表明,色氨酸可能与多肽的肽骨架或脯氨酸之间还存在更复杂的相互作用:该研究为色氨酸-酪氨酸“二联体”中的电子和质子转移机制提供了实验证据,可以帮助人们了解蛋白质中色氨酸自由基的清除机制,也为进一步研究蛋白质的抗氧化自我保护功能提供了指导意义。

压缩载荷下不同微观结构浮力材料力学特性研究

基于多次夹杂方法,给出含不同规格微珠的浮力材料有效弹性模量微分计算公式;以生产批次微珠内外径之比平均值为基准,提出不同规格微珠数量确定的简化方法;考虑微珠壁厚、体积分数、大小等因素,提出微珠破坏准则;通过构建三维细观单胞模型进行数值分析,研究不同微观结构(微珠体积占比、外径、壁厚)对浮力材料有效弹性模量的影响;针对微珠微观结构,设置不同单一变量,分析不同变量对浮力材料压缩强度的影响。分析结果表明:数值分析能够有效分析浮力材料的有效弹性模量,压缩强度与试验结果相契合。通过试验和数值分析较好地验证了破坏准则。本文可为高性能全海深浮力材料的优化设计和研制以及安全使用提供理论依据。

扫描方向对金属和硅复合薄膜表面激光诱导自组织加工质量的影响(特邀)

激光诱导周期性表面结构的质量可通过调整激光参数、改善材料表面和优化扫描策略等手段来提高。研究了扫描方向对线偏振激光诱导金属/硅复合薄膜表面氧化LIPSS的影响。结果表明,当扫描方向垂直于激光偏振方向时,纳米结构会出现分叉、不连续等问题;当扫描方向平行于激光偏振方向时,纳米结构呈现短程有序,但在光斑拼接处存在扭曲;而当扫描方向与激光偏振方向存在一定夹角时,容易获得长程均匀有序的周期性纳米结构。数值仿真结果表明造成这些现象的原因是近场效应对自组织过程具有不可忽略的影响。

人工湿地温室气体排放研究进展与减污降碳优化

全球气候变暖问题越来越受到重视,随着人工湿地广泛应用于水处理,人工湿地温室气体排放也受到关注。采用文献计量学方法,筛选分析了Web of Science(WoS)核心数据库中人工湿地温室气体排放相关文献,聚类统计了其中216篇研究文献关键词,总结了主要研究方向及进展。结果表明:1)人工湿地温室气体排放研究相关文献数量于2003年开始逐年增加,文献被引频次同样逐年上升;主要研究热点关键词聚类为四大研究方向,即基质和曝气对温室气体排放的影响、植物对温室气体排放的影响、一氧化二氮(N2O)产生及去除路径、甲烷(CH4)产生及去除路径。2)人工湿地基质种类及配置均会影响人工湿地温室气体排放;而曝气可改变人工湿地内部氧化还原条件导致温室气体排放发生变化;植物能够减少人工湿地温室气体排放总量,且不同植物因通气组织及生物量的差异引起人工湿地温室气体排放差异。3)人工湿地N2O产生于硝化/反硝化、厌氧氨氧化、硝酸盐异化还原成铵等多条路径,但N2O去除路径仅有反硝化;人工湿地CH4产生于有机物厌氧氧化过程,其去除则包括好氧氧化和厌氧氧化2条路径。基于上述综述,提出人工湿地工艺/运行方式优选、内部配置优化、外部条件强化等方面的优化模式,并提出未来需深入研究人工湿地内部N2O及CH4转化机制,优化调控人工湿地温室气体排放,以实现人工湿地减污降碳。

微生物电解强化剩余污泥裂解液发酵产短链脂肪酸

污泥裂解液是污泥热水解过程中产生的含有大分子有机物的高浓度溶液,通常采用厌氧消化来实现降解转化及资源回收,但在热转化过程中,美拉德反应产物等难降解有机物会导致成厌氧转化效率较低,产甲烷效率也不高。为了解决这个问题,本研究提出了利用微生物电解辅助厌氧消化(ME-AD)系统对污泥裂解液进行强化处理和资源化的方法,旨在考察大分子有机物的降解效能和短链脂肪酸(SCFAs)转化效率。研究结果表明,与实际污水厂通常处理稀释5倍后的裂解液相比,采用ME-AD直接处理裂解液原液可以提升厌氧降解效率。在序批周期内,COD的去除率为40.2%,比传统厌氧转化提高了15.6%;强化降解污泥裂解液中复杂有机物转化为SCFAs,在第五天强化厌氧发酵过程中,SCFAs的产生达到了最高浓度40.0×10^(5)mg/L,其中乙酸的占比最高,达到了68.1%。该研究可为解决污泥裂解液处理难题和污泥资源化利用提供思路。

氢低温套管式换热器模拟及实验验证

建立了考虑外管壁轴向导热与辐射漏热的套管式换热器数值模型,对搭建的预冷型液氢温区JT制冷机中套管式换热器出口温度进行模拟,结果表明:考虑外管壁的模型与实验结果更加吻合。利用该模型计算不同压比与流量情况下换热效率变化,流量由10 mg/s升高至30 mg/s,效率降低2.70%;压比由6升高至10,效率升高0.25%。

无油浮动涡旋压缩机驱动液氦温区JT制冷机实验研究

为验证无油浮动涡旋压缩机驱动液氦温区JT制冷机的可行性,搭建了闭式液氦温区JT制冷机实验平台,开展了降温实验,实现了液氦温区制冷。通过调节压缩机背压,在压比为9.57时优化得到浮动涡旋压缩机的效率为8.65%,此时制冷机可在4.4 K提供24.0 mW制冷量。

食源性致病细菌在土壤中的生存策略及其治理方式

土壤健康,特别是农业土壤的健康,与食品安全密切相关。然而,目前在土壤中已检出了大肠杆菌、肠沙门氏菌、单核增生李斯特氏菌等食源性致病细菌。某些食源性致病细菌能适应土壤中生物与非生物环境并可长期存活,其毒力基因与抗生素抗性基因可能会通过食物链传播,从而给土壤环境生物安全与消费者健康带来风险。本文综述了土壤中食源性致病细菌的主要来源及其生存策略,并介绍了源头治理和原位修复的方法。在此基础上,对土壤中食源性致病细菌治理的技术策略进行了展望,并从改善土壤化学环境和物理环境、切断传播途径、生物防治等方面讨论了未来研究重点关注的方向,以期为保障土壤健康和食品安全提供新思路。

微型JT制冷机降温实验

采用BF33硼硅玻璃结合光刻、激光刻蚀和熔融键合等工艺制成了以纯氮为工质的微型JT制冷机,外观尺寸(长×宽×厚)为60 mm×9.6 mm×1.2 mm。搭建了微型JT制冷机实验系统,能够为JT制冷机提供稳定的压力工况和高纯工质,并可测得相应压力工况下的温度和工质质量流量数据。降温实验结果表明,当高压和低压分别为10.1 MPa和0.24 MPa时,微型JT制冷机能够获得94.3 K的无负荷制冷温度。制冷温度和工质质量流量保持稳定长达4小时以上。其加工工艺和实验系统方案可靠性得到验证。

不同基质填充度模块化人工湿地强化脱氮除磷效果研究

构建了基于有机、无机基质混合的新型组合式模块化人工湿地(MCW),开展深度处理模拟污水处理厂尾水的研究.模块化人工湿地由前后串联的两级单元组成,以陶粒、生物炭和砾石为基质,其中第一级单元陶粒按照体积百分比为90%、60%和30%分别设置3组,第二级单元填充同第一级相同体积的陶粒,其余体积填充生物炭.结果表明:3组模块化人工湿地对总氮(TN)、硝酸盐(NO_(3)^(-)-N)和总磷(TP)的去除率均显著高于对照组(P<0.01),其中对TN的去除率较对照组提高了15.9%以上,对TP的去除率提高了34.1%以上.60%填充度和90%填充度的模块化人工湿地的TN、NO_(3)^(-)-N和TP去除率没有显著性差异(P>0.05),但NO_(3)^(-)-N和TP的去除效果比30%填充度的模块化人工湿地更好(P<0.05).MCW强化了脱氮除磷效果,特别是60%填充度模块化人工湿地因其较低成本而具有广阔的应用价值.

液氦温区预冷型JT制冷机闭式循环实验研究

针对目前空间探测任务对高效可靠的液氦温区制冷技术的需求,介绍了自行研制的液氦温区JT制冷机测试系统及制冷机结构,采用带有进排气阀的单级线性压缩机驱动,由两级GM制冷机预冷,测试了JT制冷机在闭式循环条件下的制冷性能。结果表明,JT制冷机经5.5 h降温至液氦温区,无负荷制冷温度为4.4 K,在4.9 K获得87.98 mW的制冷量,驱动JT侧线性压缩机所耗电功41.6 W。并分析了制冷机闭式循环与开式实验中存在的差异,表明热负荷的改变会影响制冷机的运行状态。

基于相变材料超表面的光学调控

超表面光学完美结合了传统的几何、物理光学理论和前沿的纳米技术,近年来引起科研工作者的广泛关注.在线性光学领域,它已广泛用于对光波的振幅、相位进行调控,如平面透镜、全息成像和热辐射器件等.在非线性光学领域,针对它在高次谐波生成、超快激光器等方面的研究工作也方兴未艾.本文分别从理论和应用角度,分析总结了国内外超表面光学调控方向的研究进展,重点介绍了利用相变材料实现动态光学调控的前沿研究工作,并讨论了未来发展前景以及需要解决的难题.

液氢温区直接节流制冷新流程热力学分析

低温制冷机是液氢长期在轨零蒸发贮存的关键技术之一。节流制冷机无低温运动部件,具备系统简单和可连续制冷等优点。本文提出了液氢温区直接节流制冷新流程,拟采用回热式制冷机或者液氢储罐排气冷量为其提供32K以下的预冷量,有潜力实现快速降温和高效制冷。采用热力学方法对于给定液氢温区10W的制冷量要求,以等温压缩功为优化目标对该制冷机进行优化。分析得到了优化等温压缩功及其对应的优化高压压力和预冷量与预冷温度之间的变化关系。结果表明:当预冷温度低于32K时,直接节流制冷机在优化工况下运行时与典型节流制冷机性能接近,但其结构得到简化,稳定性高且制冷机降温初期无需旁通。

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明:在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。

颗粒柱塌落中的尺寸效应和瞬态流变性研究

颗粒材料是自然界和工程中广泛存在和普遍应用的材料,泥石流、滑坡和混凝土等均可视为颗粒材料。颗粒材料研究有助于更好地控制相关自然灾害或利用其某些特性。对颗粒材料柱体的塌落动力学研究不仅可以方便理解颗粒材料在瞬态流动时的流变性,还可以引申到泥石流等岩土材料的运动与堆积形态。本文利用扩展多面体离散单元法对颗粒堆积柱的塌落进行了细致的研究,探索高宽比、摩擦系数以及颗粒柱相对尺寸等对柱体塌落的影响。对颗粒集合进行分网并分析每个网格内的应力与应变率之间的关系,讨论其瞬态本构关系。相关研究对于深入理解颗粒材料重力流的动力学性质以及颗粒集合体的堆积形态具有重要意义。

浙江省档案局微污染景观水体生态修复工程实例

针对浙江省档案局内典型城市微污染景观水体,构建了以沉水植物+生物操纵为核心、入湖植物削减带+曝气造流辅助工艺为主的示范工程。该工程经过1年的设计、建设、运行,实际监测数据表明,出水COD_(Mn)、NH_(4)^(+)-N均优于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅰ类标准,对COD_(Mn)和NH_(4)^(+)-N去除率分别为88.61%和95.45%;TN达到了准Ⅰ类标准;景观水体透明度>1 m。冬季水体TP浓度有所升高,有待进一步监测和进行机理分析。

小型商用斯特林制冷机液氮温区探索

探索了一款商用斯特林制冷机Cryo S 100实现液氮温区制冷的可能性。通过Sage程序建立了该制冷机数值模型,计算结果表明,当制冷机冷指增加1倍时,可在77 K获得5.1 W制冷量,输入电功率120 W;实验证明,当输入电功率120 W时,制冷机冷头可在77 K获得2.0 W制冷量。

液氢温区直接节流JT制冷机降温实验

空间用大冷量低温制冷机是实现液氢长期在轨零蒸发贮存的关键技术之一。预冷型液氢温区直接节流JT制冷机无低温运动部件,结构简单,降温过程无需旁通,具备实现空间大冷量制冷的潜力,可单独实现冷量远距离传输。采用直接节流流程方案搭建了用GM制冷机预冷的液氢温区直接节流JT制冷机开式系统实验测试平台,阐述了制冷过程,分析了降温过程存在的问题,在20.8 K测得了10.19 W制冷量。

人工代谢途径合成有机醇有机酸的研究进展

有机酸有机醇不仅是食品、化工、医药领域的原料,更是一类重要的生物基燃料,相比于传统的石油基燃料,具有原料可再生,生产过程清洁的特点,是应对能源危机、环境污染问题的有效对策。传统的代谢工程方法是通过在微生物中过表达产物相关的特异性酶实现的,应用时常有发酵原料单一,代谢效率不高,产物种类受限等问题。筛选并重新组合不同来源的酶来构建人工代谢途径是一个有效的解决方案,同时也是代谢工程方法发展的一个重要趋势。本文综述了近年来构建人工代谢途径生产有机酸有机醇取得的突破与进展,具体阐述了5种创新生物合成途径(一碳化合物同化途径、非磷酸化途径、酮酸途径、β-氧化逆循环途径和聚酮化合物途径)的相关机理,为未来构建低成本、高效、产物多样化的有机酸有机醇生物合成平台提供了可能。

纳米光遗传探针的发展与应用

作为光遗传学的重要工具,纳米光遗传探针用于实现对生物体神经元的光刺激,能够辅助神经科学家更具特异性地探索大脑的工作机制,有望用于神经疾病的发病机理分析和治疗。研究人员针对光遗传学刺激的刺激强度、刺激范围、刺激模式、时空分辨率等要求,开发了具有不同光学功能的探针,也针对丰富探针功能如原位电生理记录、化学或生物分子递送等要求,开发了多功能的神经探针。为克服传统光电子器件刚性不可弯折、易对生物体造成损伤等弊端,柔性光学神经探针应运而生。这一类探针在植入时对生物体的损伤小,在植入后能够维持稳定的出光强度,其使用寿命得到保证。本文围绕不同类型、不同功能的光遗传探针以及光遗传探针中的柔性技术进行综述和展望。