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当期目录

2021年 第53卷  第2期

物理学与光学工程
基于RAU-net的视网膜OCT图像快速自动分层研究
曾兴晖, 许祥丛, 李晓, 王茗祎, 钟俊平, 熊红莲
2021, 53(2): 1-6. doi: 10.6054/j.jscnun.2021019
摘要:
利用计算机图像处理技术自动分割视网膜图像,获得各层的厚度,可对多种视网膜疾病进行直观评估. 为了快速准确地对OCT视网膜图像进行自动分层,提出一种结合RAU-net和图像搜索的视网膜图像自动分层方法. 该方法在U-net的基础上加入了残差块结构和注意力门结构,残差块结构在构建更深的网络、获取高级特征的同时,有效避免了梯度消失和梯度爆炸问题,注意力门结构突出了模型对视网膜图像重要特征的学习. 由模型预测后得到的分割结果获取9条边界的感兴趣区域,然后运用图像搜索对分层图像进行边界优化,得到精确的视网膜分层图像. 结果表明:该RAU-net算法与手动分层的误差约为1像素,且完成1帧OCT视网膜图像的分层只需要4 s. 通过RAU-net与图像搜索相结合的方法为视网膜疾病的临床诊断和治疗提供了快速准确的定量分析方法.
新型明胶-无定形磷酸钙3D打印骨修复材料的制备
聂建华, 王俊, 侯勇, 程江, 莫嘉琪
2021, 53(2): 7-12. doi: 10.6054/j.jscnun.2021020
摘要:
首先采用共沉淀法制备明胶改性的无定形磷酸钙(ACP)粉末材料,再以纯水作为粘接溶液,通过3D打印机制造骨移植修复材料,并应用红外光谱仪、X射线衍射仪以及扫描电子电镜进行表征. 对于明胶稳定无定形磷酸钙化学结构的相关作用机制给出了初步的解释,重点考察了明胶添加量对打印骨成品的微观形貌、抗压强度以及孔隙率的影响规律,确定了明胶最佳用量为0.15%(质量分数),此时打印骨成品的抗压强度高达31.7 MPa,孔隙率为30.2%,表明打印骨成品在力学性能和骨传导性之间取得了平衡,可被广泛应用于骨修复临床应用.
化学与环境
硫化螯合秸秆纤维吸附水体中Cd(Ⅱ)行为的DFT计算
郑刘春, 张涛, 孟佩佩, 章莉娟
2021, 53(2): 13-20. doi: 10.6054/j.jscnun.2021021
摘要:
针对硫化秸秆纤维材料(TMCS)的定量吸附机理进行扩展性研究. 结果表明:前线轨道与量子化学反应活性指数显示TMCS的 6226 分子结构与其他可能的分子结构相比,具有最强的亲核能力,被判定是最主要的吸附结构. 在该结构中,通过对Fukui函数、静电势、Mulliken电荷和吸附能的计算,表明-C(NH2)=S中的S原子和-N-/=N—H中的N原子在吸附Cd(Ⅱ)过程中起主要作用. 文章从多角度定量阐述了螯合纤维吸附理论的研究,对纤维的修饰设计具有指导意义.
纳米SnOx的水热合成及其储锂电化学性能
赖海, 林颖, 陈希, 方小敏, 孙艳辉
2021, 53(2): 21-28. doi: 10.6054/j.jscnun.2021022
摘要:
采用水热法在不同碱性条件下制备了不同形貌结构的SnO2和SnO纳米材料,研究了两类锡基氧化物作为锂离子电池负极材料的储锂性能. 结果表明: SnCl2·2H2O直接水热水解或在碱性较弱时生成SnO2,当碱性较强(pH>13)时则生成纳米SnO; 与SnO2相比,SnO因其特殊的交叉网状花簇结构,表现出较高的首次充电、放电容量(1 059、1 590 mAh/g,库伦效率66.6%)、循环稳定性(循环500次,可逆容量达315 mAh/g)和倍率稳定性(在2.0 A/g下的可逆容量达到548 mAh/g). 碱性越强,SnO2的循环稳定性和倍率稳定性越好,这归因于碱性越强生成的SnO2颗粒越小,增大了电解液与电极材料的接触面积,缩短了Li+的传输距离,提高了循环稳定性和倍率稳定性. 研究结果为寻找长寿命、高容量负极材料的应用提供了参考.
天然石墨表面自组装SnO2-FeO(OH)高容量锂离子电池负极
杨稳稳, 周玉林, 王梦月, 张利亚, 雷建飞
2021, 53(2): 29-34. doi: 10.6054/j.jscnun.2021023
摘要:
利用双水解反应制备含稳定胶束H2SnO3@Fe(OH)3的胶体溶液,并在静电吸附作用下将其自组装到天然石墨表面,经水热反应构建了表面具有SnO2-FeO(OH)精细结构的石墨负极体系. 结构表征结果显示:水热反应后天然石墨表面存在致密的纳米结构包覆层,该包覆层是由超细SnO2纳米晶颗粒(粒径 < 6 nm)弥散的非晶态FeO(OH)组成. 电化学测试结果表明:在石墨表面构建SnO2-FeO(OH)精细纳米结构不仅能提升其充电/放电容量,而且还可改善其循环稳定性. 在0.1C充放电流密度下,经表面修饰的天然石墨首次充放电效率达到77.5%,循环100次后放电容量仍能维持在384.4 mAh/g,放电容量较商用天然石墨提高了23%.
硼酸盐对阻燃PP复合材料性能的影响
李臻, 杨丽庭, 李彦涛, 黄文杰, 叶晋纶, 曾聪
2021, 53(2): 35-43. doi: 10.6054/j.jscnun.2021024
摘要:
采用熔融共混挤出法,制备了掺杂少量硬硼钙石(CB)或硼酸锌(ZB)的阻燃聚丙烯(PP)复合材料,研究了CB和ZB对填充蜜胺包覆聚磷酸铵(APP-102)、三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)阻燃PP复合材料的燃烧性能、热稳定性、机械性能、熔融结晶性能的影响. 结果表明:少量CB或ZB(质量分数为2.0%)能有效提高阻燃PP复合材料的阻燃性能,极限氧指数(LOI)从25.7%分别提高到27.6%和27.7%,UL-49等级从V-2提升到V-0,热释放峰值(pHRR)和总放热量(HRR)有一定程度的降低; CB和ZB有效改善了阻燃PP复合材料的热稳定性,燃烧时硼元素在表面促进形成连续紧密的炭层; 少量CB或ZB的添加不仅没有劣化阻燃PP复合材料的机械性能,而且使拉伸模量、弯曲模量略有升高,同时提高了阻燃PP复合材料的结晶速率和结晶度. 因此,CB与ZB类似,可被应用于PP的协同阻燃工艺.
水样中5种氟喹诺酮的UPLC-QTOF法测定
李金玲, 杨愿愿, 刘思思, 赵建亮, 应光国, 陈长二
2021, 53(2): 44-50. doi: 10.6054/j.jscnun.2021025
摘要:
建立了环丙沙星、恩诺沙星、诺氟沙星、氧氟沙星和培氟沙星等5种氟喹诺酮类抗生素(FQs)的超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UPLC-QTOF)定量分析方法. 样品经Waters ACUITY UPLC BEH C18色谱柱分离,含0.1%甲酸(体积分数)的水溶液-甲醇为流动相进行梯度洗脱,电喷雾串联飞行时间质谱正离子模式扫描,分别在UPLC-QTOF的MS、MSE和多反应监测(MRM)模式进行检测,采用内标法定量,并与超高效液相色谱-三重四极杆质谱(UPLC-TQMS)的MRM模式进行比较研究. 结果表明:UPLC-QTOF测定的检出限为0.04~0.22 μg/L,定量限为0.17~0.90 μg/L,且在1~100 μg/L范围内,表现了良好的线性关系(R2≥0.99),该方法各项指标及环境样品应用与UPLC-TQMS法相当. 因此,UPLC-QTOF可对水环境样品中这5种FQs进行筛查和定量分析.
生物学与生物工程
甘松新酮对H9C2心肌细胞低氧损伤的作用及其机制
李红艳, 赵思涵, 梅显运, 陈政, 李旭光, 孙芳云
2021, 53(2): 51-58. doi: 10.6054/j.jscnun.2021026
摘要:
以氯化钴(CoCl2)构建H9C2心肌细胞低氧损伤模型,研究Nar在其中的作用及机制. CCK-8试剂盒检测细胞活力,流式细胞仪测细胞凋亡,以自噬抑制剂3-MA预作用细胞探讨Nar对自噬的影响,Western Blot检测Beclin-1、LC3II/LC3I、P62、Bax、Bcl-2和Caspase-3蛋白表达,分光光度计测定乳酸脱氢酶(LDH)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)和肌酸激酶(CK)含量. 结果显示:CoCl2 (500 μmol/L)可抑制约50 %细胞生长,而Nar (50 μmol/L)预处理显著减轻了CoCl2 (500 μmol/L)诱导的细胞凋亡;另外,Nar通过增加LC3II/LC3I和Beclin-1表达及促进P62降解激活了自噬,但3-MA预作用逆转了该过程;3-MA预作用同时逆转了Nar对CoCl2造成的H9C2细胞凋亡和氧化损伤的保护作用. 研究表明:Nar在心肌细胞低氧损伤中以诱导自噬抑制凋亡的方式保护心肌细胞,Nar可能成为治疗低氧性心脏病的潜在药物.
基于分子对接探究熊果酸衍生物H21对引起炎症的关键蛋白的作用
宋瑗瑗, 曹洪玉, 未志俞, 王倩, 蒋革
2021, 53(2): 59-64. doi: 10.6054/j.jscnun.2021027
摘要:
利用分子对接方法,探究 H21 对分泌炎症因子的关键蛋白的影响. 从引起炎症的经典通路中选取关键靶蛋白,通过Glide分子对接,将 H21 和原配体、靶蛋白对接. 通过二者对接得到分值,筛选与 H21 结合较好的靶蛋白及关键氨基酸,并分析其二者的相互作用. 结果显示: H21 与Toll-like通路中关键蛋白IRAK1蛋白结合较好,Glide-gscore为-9.873, 优于原配体, H21 与IRAK1结合的关键氨基酸为Ile218;理论数据表明:抗炎药物 H21 可能作用于IRAK1蛋白,通过影响IRAK1蛋白的表达,从而发挥抗炎作用,为揭示 H21 的抗炎机制和作用靶点提供了理论依据.
利用剩余活性污泥制备洗涤用酶制剂的研究
陈梦涛, 王俊华, 张子明, 范晓敏, 倪贺, 李海航
2021, 53(2): 65-72. doi: 10.6054/j.jscnun.2021028
摘要:
研究了剩余活性污泥中复合水解酶的提取分离及制成洗涤用复合水解酶制剂的方法. 离心脱水的污泥按料液比1∶2加入1%的Triton X-100水溶液搅拌提取60 min,蛋白酶的提取率为71.7%;酶提取液经膜分离和浓缩后用70%乙醇沉淀,沉淀经冷冻干燥得复合水解酶粉末,每千克剩余活性污泥可制备1.7 g复合水解酶粉,其中胶原蛋白酶、碱性蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶的酶活分别为4.216、3.714、11.915、3.060和1.291 U/mg;在复合水解酶液中加入由4%蔗糖、4%甘露醇、30 mmol/L甘氨酸和10 mmol/L MgSO4组成的复合稳定剂可大大延长酶的保存期;再按固体物比4%复合酶粉末、10%硅藻土、10%可溶性淀粉、6%复合稳定剂、70%十水硫酸钠的配方制成洗涤用酶颗粒制剂. 酶颗粒制剂的主要酶种类与酶活性与市售商品洗涤用酶制剂一致,可用于作洗涤的酶添加剂. 本研究为剩余活性污泥的资源化利用提供了新的途径.
地理科学与技术
广州市主城区建筑立体形态的圈层分异及其影响因素
孙武, 沈子桐, 欧阳睿康, 孙靓, 乔志强, 朱琳琳, 陈翔
2021, 53(2): 73-83. doi: 10.6054/j.jscnun.2021029
摘要:
利用广州市主城区1960、1990、2017年的单点建筑物数据,结合地价与人口密度,通过同心圆概括方式,分析主城区建筑立体形态主要指标的圈层分异及其影响因素. 研究结果表明,广州市主城区的建筑立体形态近似圈层分异, 其形成与演变依赖于依山傍水的平原型城市的地理格局、城市规划以及市场力量三方面的共同作用:(1)1960年以来,尽管广州市主城区的范围大小不同,中央商务区(CBD)中心向东持续迁移,但建筑高度、建筑密度、建筑高度离散度三指标均由主城区中心向四周降低,但斜向建筑比例增多,圈层分异明显;同时,三指标整体增加,幅度逐渐增强,中心区增幅高于外围. (2)立体形态的演替速度具有以荔湾、越秀老城区为核心向外圈层增加的特点;以地价指数、人口密度、建筑高度和建筑密度4个指标,主城区在1 000 m格网尺度上可聚集成围绕老城区向外逐步过渡的圈层结构. (3)综合地价指数与人口密度的圈层格局,决定了立体形态的圈层分异;由主城区中心向北,海拔高度的提高引起了建筑平面形态上斜向建筑比例的增加.
基于NDVI的贵州省植被覆盖时空特征分析
邢愿, 贺中华
2021, 53(2): 84-95. doi: 10.6054/j.jscnun.2021030
摘要:
利用2001—2018年的500 m分辨率的MOD13A1数据,计算每个像元的NDVI的变化趋势,并采用线性趋势分析法和相关性分析法,分析贵州省植被覆盖面积在18年间的时空变化特征;结合2001—2018年植被的降水利用效率与2010、2017年2期土地覆盖数据,研究不同土地覆盖类型的NDVI的特征. 研究结果表明:(1) 2001—2018年,贵州省的植被覆盖面积总体呈增加趋势,表明生态环境得以明显改善,以毕节、六盘水市最为显著;(2)从植被覆盖面积变化趋势来看,贵州省的植被改善区域大于退化区域,植被退化区主要集中在城镇扩张区;(3)贵州省的整体植被降水利用效率与植被覆盖面积的变化趋势不具有一致性;(4)贵州省的NDVI与同期降雨量、气温均呈现良好的相关性,而植被生长对气温变化不存在明显滞后性、对降雨量变化的滞后期为1个月,即植被生长对气温的敏感性高于降雨量;(5)在植被生长季,不同土地覆盖类型的NDVI具有不同的特征: NDVI(林地)>NDVI(耕地)>NDVI(草地)>NDVI(建设用地)>NDVI(水体).
数学与应用数学
随机环辛烷链的三类Kirchhoff指数
刘合超, 吴让威, 尤利华
2021, 53(2): 96-103. doi: 10.6054/j.jscnun.2021031
摘要:
利用递归的方法, 首先确定了随机环辛烷链的3类Kirchhoff指数(Kirchhoff指数、度积Kirchhoff指数、度和Kirchhoff指数)的期望表达式, 再由该式得到了具有n个八边形的环辛烷链的3类Kirchhoff指数的极大值与极小值, 并刻画了相应的极图.
带变号格林函数的三阶三点边值问题的正解的存在性
雷策宇, 韩晓玲
2021, 53(2): 104-109. doi: 10.6054/j.jscnun.2021032
摘要:
应用格林函数的性质和迭代法, 研究了一类具有变号格林函数的三阶三点边值问题 正解的存在性, 其中, fC([0, 1]×[0, ∞), [0, ∞)), α∈[0, 1], \begin{document}$\frac{2}{7}$\end{document}α < β < \begin{document}$\frac{2}{3}$\end{document}α, η∈[\begin{document}$\frac{2}{3}$\end{document}, 1). 得到了该边值问题正解存在性的条件.
强一致收敛下弱几乎周期点和周期序列跟踪性的研究
冀占江, 张更容
2021, 53(2): 110-113. doi: 10.6054/j.jscnun.2021033
摘要:
在强一致收敛下,研究了弱几乎周期点和周期序列跟踪性,得到弱几乎周期点和周期序列跟踪性的若干结论: (1)设序列映射{fn}强一致收敛于等度连续映射f,且点列{xk}是每个映射fn的弱几乎周期点. 若\begin{document}$\mathop {\lim }\limits_{k \to \infty } {x_k} = x$\end{document},则xf的弱几乎周期点. (2)若序列映射{fn}强一致收敛于等度连续映射f,则limsup W(fn)⊂W(f). (3)若fn具有fine周期序列跟踪性,则f具有周期序列跟踪性.
计算机科学与软件工程
基于改进粒子群算法优化BP神经网络的废水处理软测量模型
何丹, 林来鹏, 李小勇, 牛国强, 易晓辉, 黄明智
2021, 53(2): 114-120. doi: 10.6054/j.jscnun.2021034
摘要:
针对废水处理过程BP神经网络软测量模型受处理过程非线性特征影响,存在收敛速度慢、陷入局部极小点等问题,用改进的粒子群算法(PSO)优化BP神经网络,建立废水处理过程中出水化学需氧量(CODeff)与出水固体悬浮物(SSeff)的软测量模型(PSO-BP模型),并与基于遗传算法-BP神经网络算法的模型(GA-BP模型)及BP模型的预测效果进行对比. 研究结果表明:采用PSO-BP模型预测CODeff时,均方根误差(RMSE)、决定系数(R2)分别为3.995 5、0.640 1,而用于预测SSeff时,RMSE、R2分别为0.650 3、0.681 1;相比BP模型和GA-BP模型,PSO-BP模型对CODeff的预测性能分别提高了4.49%、0.44%,对SSeff的预测性能分别提高了40.11%、24.77%.
基于主成分分析和优化聚类算法的行驶工况研究
张林平, 李风军
2021, 53(2): 121-128. doi: 10.6054/j.jscnun.2021035
摘要:
针对模糊C均值聚类算法容易陷入局部最优以及传统的主成分分析法没有完全体现出用数量较少的综合指标来代替多个指标的问题,提出了一种改进的主成分分析和利用遗传模拟退火算法优化后的模糊C均值聚类算法相结合的聚类算法(GSA-FCM),从而构建汽车行驶工况图:首先,利用改进的主成分分析法对特征参数矩阵进行处理;然后,采用GSA-FCM聚类算法对运动学片段进行聚类;最后,选择合适的片段合成最终工况图. 并且,对GSA-FCM聚类、传统的K均值聚类的合成工况与实际工况中的特征参数进行有效性验证,与NEDC标准测试工况进行比对. 实验结果表明:GSA-FCM聚类合成工况与实际工况的特征参数的平均相对误差为6.46%,说明GSA-FCM聚类算法的聚类效果明显、误差小,所合成的行驶工况可以代表该城市的汽车行驶状况.