Fast parallel algorithm for three-dimensional distance-driven model in iterative computed tomography reconstruction

The projection matrix model is used to describe the physical relationship between reconstructed object and projection.Such a model has a strong influence on projection and backprojection,two vital operations in iterative computed tomographic reconstruction.The distance-driven model(DDM) is a state-of-the-art technology that simulates forward and back projections.This model has a low computational complexity and a relatively high spatial resolution;however,it includes only a few methods in a parallel operation with a matched model scheme.This study introduces a fast and parallelizable algorithm to improve the traditional DDM for computing the parallel projection and backprojection operations.Our proposed model has been implemented on a GPU(graphic processing unit) platform and has achieved satisfactory computational efficiency with no approximation.The runtime for the projection and backprojection operations with our model is approximately 4.5 s and 10.5 s per loop,respectively,with an image size of 256×256×256 and 360 projections with a size of 512×512.We compare several general algorithms that have been proposed for maximizing GPU efficiency by using the unmatched projection/backprojection models in a parallel computation.The imaging resolution is not sacrificed and remains accurate during computed tomographic reconstruction.     

XMgO·YMg(OH)_2吸附剂除氟机理及其净化水的水质研究

研究了XMg O·YMg(OH)2对水中氟离子的吸附性能,考察了吸附时间、吸附剂用量、含氟水p H值、温度、含氟水初始浓度等因素对吸附的影响。实验结果表明,在较宽的p H(3.4~8.4)值和水温(22~51℃)范围内,XMg O·YMg(OH)2对水中氟离子具有极强的吸附能力,室温下0.4g XMg O·YMg(OH)2可将100m L浓度为30mg F-1·L-1含氟水处理为符合含氟标准的饮用水。氟离子在XMg O·YMg(OH)2上的吸附速率较大,30min内基本达到吸附平衡,吸附平衡符合Langmuir方程,在50min内达到饱和吸附,室温下饱和吸附量为13.46mg·g-1。净化水呈微碱性,含有5.68~15.07mg·L-1Mg2+,有益于人体健康。吸附饱和后的XMg O·YMg(OH)2经焙烧再生,除氟率可达81%。     

一种红光发射的粘度荧光探针

以三苯胺和苯并噻唑盐为原料,设计合成了一种具有红光发射特性的D-π-A型荧光粘度探针N-乙酸乙酯基-2-(4-甲酸甲酯基三苯胺-4'-乙烯基)苯并噻唑六氟磷酸盐(L),运用现代分析测试手段进行了系统地表征。 研究结果表明,探针L的最大发射波长为630 nm,能有效地降低生物背景,提高生物成像的信噪比。 该探针对粘度有很好的荧光响应,其荧光强度比值(I/I₀)的对数与粘度的对数呈现很好的线性关系(R²=0.9934)。 此外,探针L对极性的敏感性小,且荧光信号不受生物分子的干扰。 生物学研究结果表明,探针L具有低的细胞毒性,可应用于细胞内微环境粘度的荧光成像。     

生物凝聚态物质的多层次结构表征

在生物体内到处都是由蛋白质、核酸和多糖等生物大分子构成的各种不同生物凝聚态物质,这些生物凝聚态物质形成不同的高级结构,执行不同的生物功能。获取这些生物凝聚态物质的高分辨结构是理解生命过程的重要途径。在离体环境中,获取高分辨结构的手段主要有X-射线晶体衍射、冷冻电镜和核磁共振等,而在活细胞内原位研究生物凝聚体的结构,核磁共振和化学交联质谱具有独特优势。本文总结了利用多种分析手段对生物凝聚态物质进行多层次结构表征的研究进展:包括简单纯化体系下的蛋白质分子机器,蛋白质纤维等;液-液相分离,大分子拥挤、限域等模拟细胞复杂环境下的生物大分子以及活细胞内生物大分子。     

发蓝光聚醚醚酮材料的合成及其光电特性

通过4-羟基苯甲醛与2,6-二(4-氯甲基苯基)苯并[1-2,4-5′]二唑之间的Wittig反应,制备了具有蓝色荧光特性的小分子单体2,6-二{4-[2-(4-羟基苯基)乙烯基]苯基}苯并[1-2,4-5′]二唑,在碳酸钾的催化作用下,通过其与4,4′-二氟二苯甲酮的缩聚反应,设计并合成了以均二苯乙烯为共轭母核的可发射蓝光的聚醚醚酮材料(BOE-PEEK),并对其结构进行了表征.测定结果表明,该聚合物的平均分子量(-Mw)为1.38×10⁵,均分散系数(PDI)为4.35,玻璃化温度(T_g)为195℃,热分解温度(T_d)为440℃,BOE-PEEK在二甲基乙酰胺(DMA)溶剂中的UV-Vis吸收光谱(λ_max)为372 nm,荧光光谱(λ_max)为455nm,由导电玻璃/发光层/金属铝电极(ITO/BOE-PEEK/Al)组成的单层器件在电压15 V时,发光亮度达530 cd·cm^-2,发光效率为0.36 cd/A.     

ZnTe(ZnTe∶Cu)多晶薄膜的XPS研究

用共蒸发法在室温下制备了ZnTe及ZnTe∶Cu多晶薄膜,测量了电导率温度曲线,发现不掺杂的ZnTe薄膜的暗电导随温度的增加而线形增加,呈常规的半导体材料特征;掺Cu的ZnTe薄膜在温度较低时,lnσ随温度升高而缓慢增加,随后缓慢降低,达到一极小值,当温度继续升高时又陡然增加,呈现异常现象。用XPS研究了N₂气氛下退火前后表面状态,发现不掺Cu的ZnTe薄膜呈现富Te现象。掺Cu后Te氧化明显,以ZnTe形式存在的Te明显减少;ZnTe∶Cu薄膜中Zn的含量在退火前后变化明显,退火前,Zn主要以ZnTe形式存在,退火后Zn原子向表面扩散,使表面成分更加均匀,谱峰变宽;退火时,部分Cu原子进入晶格形成Cu_xTe相,引起载流子浓度变化,导致ZnTe∶Cu多晶薄膜的电导温度关系异常。     

L-组氨酸稳定的铜纳米团簇的合成及其在三硝基苯酚检测中的应用

三硝基苯酚(PA)是废水中酚类有机化合物的重要成分,鉴于其对人体及环境的危害,实现PA简便、准确的检测意义重大.本文以L-组氨酸为保护剂,抗坏血酸为还原剂,通过一步法在室温下合成了铜纳米团簇(Cu NCs).透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见光谱(UV-vis)和傅里叶红外(FT-IR)等手...     

聚肽胶束的超分子反应:聚合、环化及活性生长

聚合物自组装是制备纳米材料的有效途径.自组装纳米材料在药物载体、高性能材料、生物结构模型等领域具有重要的应用价值.近年来,在聚合物分子自组装研究的基础上,研究者们发展了聚合物纳米粒子的自组装研究,并取得了很大进步.聚合物纳米粒子的组装一般可称为超分子反应.以聚肽胶束为组装基元的超分子反应研究得到了很多关注,取得了一系列进展.本文以本课题组的工作为主,总结归纳了近年来在聚肽胶束自组装(超分子反应)研究方面的进展,主要包括超分子聚合、环化和活性生长.文中着重强调了理论模拟在探究胶束超分子反应中的作用.最后,本文展望了该研究领域的发展方向,并指出所面临的机遇和挑战.     

铁氧化还原蛋白在多壁碳纳米管上的固定、表征及直接电子转移

将来源于Spinacia Oleracea的铁氧化还原蛋白(ferredoxin, SOFd)固定在多壁碳纳米管(CNT)表面, 紫外-可见及红外光谱表明, SOFd在CNT表面没有变性, 仍保持原来的二级空间结构. 循环伏安结果表明, SOFd在CNT表面能进行有效和稳定的直接电子转移反应, 伏安曲线上出现一对良好的、几乎对称的氧化还原峰, 式量电位E^0'为(－570.4±1.5) mV (vs. SCE, 0.1 mol/L磷酸盐缓冲液), 且不随扫速和溶液pH值的变化而变化. SOFd直接电子转移的表观速率常数k_s为(0.73±0.04) s^－1.     

单层n型MoS2/p型c-Si异质结太阳电池数值模拟

单层二硫化钼(MoS₂)是一种具有优异光电性能的半导体材料,在太阳能能量转换中表现出很大的应用潜力。本文基于AMPS模拟软件,对单层n型MoS₂/p型c-Si异质结太阳电池进行了数值模拟与分析。通过模拟优化,n型MoS₂的电子亲和能为3.75 eV、掺杂浓度为10¹⁸ cm^-3,p型c-Si的掺杂浓度为10¹⁷ cm^-3时,太阳电池能够取得最高22.1%的转换效率。最后模拟了n型MoS₂/p型c-Si异质结界面处的界面态对太阳电池性能的影响,发现界面态密度超过10¹¹ cm^-2·eV^-1时会严重影响太阳电池的光伏性能。