仿生制备有机-无机复合微囊固定化葡萄糖氧化酶

将层层自组装技术与仿生矿化技术相结合,由聚苯乙烯磺酸钠、聚二甲基二烯丙基氯化铵和二氧化硅成功制备(聚苯乙烯磺酸钠-聚二甲基二烯丙基氯化铵)₂-二氧化硅复合微囊.采用扫描电子显微镜、红外光谱和热重对微囊的形貌和化学结构进行了表征.以该复合微囊作为理想载体固定化葡萄糖氧化酶.结果表明,固定于复合微囊中的葡萄糖氧化酶的热稳定性、pH稳定性、操作稳定性得到了提高;在最适条件下,复合微囊固定化葡萄糖氧化酶的酶活回收率为72.85%,米氏常数是游离葡萄糖氧化酶的2.21倍.复合微囊在化学/生物催化、药物/基因传递系统和生物传感器应用方面具有一定的潜能.     

化学基元组学与药物创新

化学基元组学（chemomics）是与化学信息学、生物信息学、合成化学等学科相关的交叉学科．生物系统从内源性小分子（天然砌块）出发,通过酶催化的化学反应序列制造天然产物．生物系统通过化学反应和天然砌块向目标天然产物“砌入”一组原子,这样的一组原子称为化学基元（chemoyl）．化学基元组（chemome）是生物组织中所含有的化学基元的全体．化学基元组学研究各种化学基元的结构、组装与演化的基本规律．在生存压力和繁衍需求的驱动下,生物系统已经进化出有效手段来合成天然产物以应付环境的变化,并产生了丰富多彩的生物和化学多样性．近年来,人们意识到药物创新的瓶颈之一是药物筛选资源的日益枯竭．化学基元组学可以解决这个瓶颈问题,它通过揭示生物系统制备化学多样性的规律,发展仿生合成方法制备类天然化合物库（quasi natural product libraries）以供药物筛选．本文综述了化学基元组学的主要研究内容及其在药物创新各领域中的潜在应用．     

低浓度下的仿生矿化及其在对映体拆分中的应用

以L-苯丙氨酸衍生物(L-18Phe6PyBr)的自组装体为模板, 在0.30 mmol/L的浓度下, 研究了pH值、 老化时间和四乙氧基硅烷(TEOS)浓度对二氧化硅形貌的影响. 通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品进行表征. 结果表明, 在pH=10.01的条件下可以得到左手扭转的纳米带, 而pH=7.15和12.34时, 得到直线的纳米带. 遵循动态模板的方法, 老化时间的延长有利于直线纳米带的形成. 随着TEOS和L-18Phe6PyBr的质量比由2:1增加到15:1, 扭转纳米带的宽度增加, 螺距变长. 通过煅烧除去有机模板后, 得到带状二氧化硅纳米管. 将TEOS与L-18Phe6PyBr质量比为2:1制备得到的二氧化硅作为气相色谱固定相, 涂渍到毛细管色谱柱中进行对映体拆分. 结果表明, 该气相色谱柱可以拆分1-苯基-1-丙醇、 1-(4-氯苯基)乙醇和2-甲基戊酸3种外消旋化合物, 手性超分子印迹是拆分对映体的主要作用力. 对二氧化硅低聚物与小分子凝胶的协同组装行为以及将无机材料作为手性固定相有了一个更好的认识.     

鉴别玉米杂交种纯度的近红外光谱分析技术研究

以不同产地和年份的农华101(NH101)玉米杂交种和母本种子为对象,研究了鉴别玉米杂交种子纯度的近红外光谱分析方法。 光谱采集时间跨度达10个月,运用傅里叶变换(FT)近红外光谱仪器,在不同季节用23天(分五个时间段)采集了这些样品共920条玉米单子粒近红外漫反射光谱。 全部原始光谱用移动窗口平均、 一阶差分导数和矢量归一化进行预处理,使用主成分分析(PCA)方法和线性判别分析(LDA)方法降维,采用仿生模式识别(BPR)方法建立模型。 通过对光谱预处理校正光谱失真,使样品光谱集在特征空间分布的范围收缩,相对距离增大了近70倍,实现了母本和杂交种子的鉴别。 通过代表性样品的选择,提高了模型对光谱采集时间、 地点、 环境等条件变动的应变能力,也提高了模型对样品种子制种时间与地点变动的应变能力,增强了模型的稳健性,使测试集玉米单子粒杂交种和母本种子的平均正确识别率达到95%以上,而平均正确拒识率也达到85%以上。     

基于仿生膜的功能化单纳米通道在分析化学中的应用

灵感来源于蛋白质离子通道的仿生功能化单纳米通道,已逐渐成为一种成熟的单分子检测技术和离子整流器。功能化纳米通道包括两种:基因改造的蛋白质纳米通道和固体加工的纳米通道。常用的固体纳米通道有三种:在纳米氮化硅或石墨烯上用聚焦离子束(FIB)或电子束(FEB)轰击得到的纳米通道,化学腐蚀聚合物薄膜中的重金属离子轨迹得到的锥形纳米通道和拉制毛细管或激光刻蚀得到的玻璃纳米孔。相对于蛋白质纳米通道,固态的人工纳米通道具有更优越的机械稳定性,并可用于各种功能基团的修饰。经过近十年的发展,包括蛋白质纳米通道在内的各种仿生的纳米通道已广泛用于对小分子、蛋白质和聚合物等其他一些对象的定性和定量检测。本综述详细介绍了近年来国内外该领域的发展,并对未来的发展方向作了简要的展望。     

鲹科模式中前体对尾鳍推进影响的数值研究

自然界中鱼类尾鳍形状各种各样,但前体大部分都是扁平的椭圆形状.该文研究了不同形状的前体对尾鳍推进的影响.尾鳍统一采用月牙形状;前体采用了两种模型:A-鱼类扁平椭圆形状和B-潜艇水滴回转体形状.通过以Strouhal数为控制参数的FLUENT数值模拟,发现前体形状对于尾鳍的静止状态和运动状态有不同的作用,采用模型A的前体形状更有利于长时间巡游,故鱼类采用模型A这种前体形状是自然界优胜劣汰的进化必然选择.     

仿生天然高分子水凝胶在医用材料方面的应用

天然高分子水凝胶具有高度水合的三维网络结构,显示出独特的粘附性,能有效地控制出血,减少二次感染,且生物相容性和生物降解性好,是一种理想的医用粘合剂材料。近年来,鉴于目前医用粘合剂研发制备中对水下湿粘性以及生物降解性能等要求越来越严格,具有耐水粘附性、生物安全性和形状可控性的新型粘附材料成为研究的热点和难点。自然界生物对各种基质的粘附性主要取决于其组成或结构,利用天然高分子水凝胶材料进行仿生,可以使其兼具优异的组织粘附性、止血抑菌性和形状可控性等特性,是解决上述问题的有效策略。本文概述了两种类型的仿生天然高分子水凝胶材料粘附机制,针对性地讨论了贻贝、藤壶、牡蛎的组成特性和咸水鱼、细胞外基质(extracellular matrix)的结构特点以及粘附机理,并介绍了相应仿生天然高分子水凝胶材料在组织愈合、伤口止血及药物递送方面的研究进展。最后,对仿生天然高分子水凝胶在未来的发展方向进行展望并为其提供相应的建议。     

Characterization of cuttlebone for a biomimetic design of cellular structures

Cuttlebone is a natural material possessing the multifunctional properties of high porosity, high flexural stiffness and compressive strength, making it a fine example of design optimization of cellular structures created by nature. Examination of cuttlebone using scanning electron micros- copy （SEM） reveals an approximately periodic microstruc- ture, appropriate for computational characterization using direct homogenization techniques. In this paper, volume fractions and stiffness tensors were determined based on two different unit cell models that were extracted from two different cuttlefish samples. These characterized results were then used as the target values in an inverse homogenization procedure aiming to re-generate microstructures with the same properties as cuttlebone. Unit cells with similar topologies to the original cuttlebone unit cells were achieved, attaining the same volume fraction （i.e. bulk density） and the same （or very close） stiffness tensor. In addition, a range of alternate unit cell topologies were achieved also attaining the target properties, revealing the non-unique nature of this inverse homogenization problem.     

大黄鱼仿生态分阶段养殖新模式的构建及问题探讨

根据野生大黄鱼的洄游规律、生态习性, 采用人工手段的移动, 来满足其生活史中赖以生存的自然条件, 构建大黄鱼养殖全过程仿生态分阶段养殖新模式. 新模式实施结果, 养殖优势明显, 尤其是达到了拟野生的品质和口感, 经济效益极为显著. 本文通过对新模式产生的背景、新模式发展的理论基础、新模式的生产环节的构成及问题探讨等四个方面对大黄鱼仿生态分阶段养殖新模式进行全面的论述, 为这种模式的健康发展和推广提供一些理论依据.     

基于改进Sobel算子的动态自动调焦算法研究

为了提高自动调焦算法在动态环境下的性能, 对调焦评价函数和调焦搜索策略进行了研究。在分析人类视觉系统特性研究成果的基础上,提出一种基于8方向Sobel算子边缘加权的调焦评价函数。同时,为了克服传统爬山法搜索速度慢的缺点,采用自适应变步长极值搜索策略,通过仿真实验可知,提出的8方向Sobel边缘检测算子具备良好的边缘提取效果,同时基于此算子结合人类视觉机制特性给予各边缘不同权重系数计算的调焦评价函数, 比经典两方向Sobel算子调焦评价函数具备更好的抗干扰能力。最后搭建基于液体透镜的实验平台,在动态环境下验证改进算法的性能。实验结果表明,提出的自动调焦算法在动态环境下调焦准确率达到97.5%。