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关键词： 仿生膜材料   选择性   盐差能转换   离子传输   离子筛分  

摘要： 生物离子通道能够通过调节细胞内外离子传输实现物质传输,信息传递以及能量转换,从而维持生物体内部环境的稳定。向自然学习是永恒的主题,受生物离子通道的结构和功能启发,近年来,诸多离子选择性材料得到了广泛的研究。其中,以离子选择性膜为核心组件的膜分离技术能够连续低能耗地实现离子的选择性分离,而离子之间的有效分离涉及到资源提取和回收以及能源转换与存储等关键过程。 在盐差能提取过程中,具有良好离子选择性的膜材料能够极大地提高能量转换效率,产生大量的绿色可再生能源。在离子分离过程中,离子选择性膜通过选择性传输特定离子或阻碍其他离子的传输,实现对溶液中离子的有效分离和纯化,可应用于盐湖提锂,海水提铀等领域。因此开发离子选择性膜材料是研究和发展现代能源技术的重要组成部分。本论文在生物离子通道的结构和功能启发下,开发了两种高离子选择性多孔膜材料,并分别探究了其作为能量发生器在盐差能转换中的应用以及作为分离膜在离子分离过程中的性能探究。以下为主要研究结果: （1）通过直接碳化法制备出多孔碳纳米片（PC）,将其均匀分散后通过真空辅助抽滤的方法与碳纳米纤维（CNFs）进行复合。在复合膜内部,PC与CNF以氢键结合。其中,PC作为填料缩进纤维之间的空间排列,以接近德拜长度。且PC自身的多孔结构为离子传输提供了更丰富的路径。此外,PC携带的丰富羧基增强了通道内部的空间电荷,使离子选择性进一步提高。染料分子渗透实验证实了复合膜的阳离子选择性。在人工模拟海水与河水的条件中,该阳离子选择性通道膜的能量转换效率可达4.3 W m-2,并且具有优异的稳定性。这项工作为低成本简易制备大面积离子选择性膜提供了指导,有望用于盐差能获取。 （2）以三甲基间苯三酚（TP）,溴化乙锭（EBr）两种配体为原料,在有机液相环境中合成了由亚胺键连接而成的共价有机框架（COF）膜。正电性的COF膜对于二价阳离子显现出远高于一价离子的排斥性,在二元离子混合体系中,实现了一二价阳离子之间的有效分离,并在Li+/Mg2+分离中显示出119倍的分离效率。另外,该有机框架能够在高效传导Cl-的同时阻滞水合尺寸较大的其它高价阴离子,表现出优异的Cl-选择性。在复杂环境离子分离体系中,该共价有机框架膜展现出广阔的应用潜力。

关键词： 2型糖尿病   干眼症   干眼程度   干眼检查  

摘要： 目的: 通过干眼相关检查分析2型糖尿病干眼患者糖尿病病情与干眼程度关系。 方法: 选取2022年5月至2023年12月就诊于吉林大学白求恩第三临床医学院眼科门诊、病房2型糖尿病干眼患者190人(其中男性患者96人,女性患者94人)。按照糖尿病病程、糖化血红蛋白水平、眼底是否增殖、有无黄斑水肿进行分组。对比测量各组患者的眼表疾病指数量表(OSDI评分表)、泪液分泌水平、泪膜破裂时间、角膜荧光素染色评分、泪河高度。 结果: (1)2型糖尿病干眼患者不同糖尿病病程干眼程度对比:将55名2型糖尿病干眼患者按糖尿病病程分为2组(其中短病程组:病程≤10年患者37人;长病程组:病程>10年患者18人),通过比较2型糖尿病干眼患者长病程组OSDI评分、泪液分泌水平、泪液破膜时间、角膜染色评分、泪河高度结果均较短病程组差(P<0.01)。 (2)2型糖尿病干眼患者不同糖化血红蛋白水平干眼程度对比:将40名2型糖尿病干眼患者按糖化血红蛋白水平分为2组(其中低水平组:糖化血红蛋白为≤7%的患者20人;高水平组:糖化血红蛋白>7%的患者20人),通过比较2型糖尿病干眼患者糖化血红蛋白高水平组OSDI评分、泪液破膜时间、角膜染色评分、泪河高度结果均较低水平组差(P<0.05)。 (3)2型糖尿病干眼患者眼底是否增殖干眼程度对比:将55名2型糖尿病干眼患者按眼底是否增殖分为2组(其中有增殖患者34人;无增殖患者21人),通过比较2型糖尿病干眼患者眼底有增殖组OSDI评分、泪液分泌水平、泪膜破裂时间、角膜染色评分、泪河高度结果均较无增殖组差(P<0.05)。 (4)2型糖尿病干眼患者眼底是否黄斑水肿干眼程度对比:将40名2型糖尿病干眼患者按眼底是否有黄斑水肿分为2组(其中有黄斑水肿患者20人;无黄斑水肿患者20人),通过比较2型糖尿病干眼患者眼底有黄斑水肿组OSDI评分、泪河高度结果均较无黄斑水肿组差(P<0.05)。 结论: (1)2型糖尿病干眼患者干眼程度与病程、糖化血红蛋白水平、眼底病变有关; (2)病程长、血糖控制差、眼底病重的2型糖尿病患者主观干眼不适症状更明显; (3)重视2型糖尿病干眼患者糖尿病病情与眼部情况之间的关系,做到早预防、早治疗。

关键词： 盾构隧道   地表沉降预测   深度学习   相关性分析   融合预测模型  

摘要： 目前,盾构法仍然是一种高效快速的隧道建造方法,其自动化施工程度高、对周围地层扰动小、适应复杂地层环境强等优点使其被广泛应用于隧道工程。为了满足地下空间的容量需求,盾构机的直径不断增大,盾构刀盘面板朝着大直径、超大直径迈进。然而,伴随着盾构直径的不断增大,盾构机的隧道施工难度也随之上升,其掘进过程中不可避免会对周边地层产生影响,扰动周围土体应力状态发生改变,造成隧道开挖面出现土体卸载。应力通过土体传递至地面,可能引发地表沉降,甚至地表坍塌等灾害。这些灾害会给地下管道、地表公共设施以及周边建筑带来严重影响,因而开展预测盾构隧道掘进诱发的地表沉降的研究,对于确保盾构掘进路线周边地表设施、楼房建筑和盾构安全施工尤为关键且具有重要意义。 本文依托汕头湾海底隧道陆域段(DK162+868～DK164+050)区间的盾构隧道,以现场工程资料作为地表沉降研究的数据支撑。本文主要研究成果如下: (1)实验数据处理及沉降数据集的构建:通过现场获取影响沉降的地质条件参数、盾构掘进参数和几何参数等工程数据,分别对地质条件参数进行量化、剔除停机状态下的盾构掘进参数。紧接着,对处理后的地质条件参数、盾构掘进参数和其他实验数据进行缺省值、离群点等数据清洗操作。使用斯皮尔曼相关系数法量化各种参数之间的相关程度,筛选出与地表沉降相关程度较高的参数,并进行容忍度和方差膨胀因子分析,以判断参数间是否存在多重共线性问题。结合特征重要性评估算法,剔除存在严重多重共线性的某些参数,从而解决参数之间的多重共线性问题。最后,将剩下的参数作为地表沉降数据集并进行标准化。 (2)对比多种算法模型的地表沉降预测性能研究:采用BP神经网络(BPNN)、支持向量机回归(SVR)、极致梯度提升树(XGBoost)三种回归预测模型和双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)算法构建地表沉降预测模型。通过对比分析模型评估指标和各个模型在数据集上的预测误差,得出各模型预测性能排名为BiLSTM>XGBoost>BPNN>SVR。选取表现最优的算法作为地表沉降预测模型。 (3)提出一种多算法融合的CNN-BiLSTM-MHA地表沉降预测模型:为进一步探究盾构掘进参数、几何参数、地质条件参数和地表沉降值之间的多参数耦合关系,增强模型对多参数隐含特征的提取能力、模型的表征能力以及对关键信息的学习能力。引入卷积神经网络和多头注意力机制改进双向长短期记忆神经网络,建立CNN-BiLSTM-MHA融合模型,用于预测盾构施工过程的地表沉降。提出的融合模型能较准确地反映大直径盾构掘进过程中的地表沉降变形规律,同时具备一定的稳定性、可靠性和鲁棒性。试验结果表明:CNN-BiLSTM-MHA融合模型在平均绝对误差、均方根误差和R-Square模型评价指标上优于BiLSTM、BiLSTM-MHA、CNN-BiLSTM算法模型,进一步提高了模型的预测效果和泛化能力。 (4)CNN-BiLSTM-MHA融合预测模型的工程验证:本文使用Py Qt5框架设计并搭建了盾构掘进过程地表沉降预测模型的可视化用户图形界面,以方便工程操作人员进行沉降预测。采用改进的融合模型对盾构掘进过程中地表沉降进行工程验证,以预测某特定位置在盾构施工前、中、后全过程的地表沉降情况。实验结果显示:模型预测值与实际值之间具有较强的相关性,且预测误差较小,验证了CNN-BiLSTM-MHA融合预测模型方法的可行性和合理性。

关键词： 介质阻挡放电等离子体   嗜水气单胞菌   灭活效果   灭活机制   应用安全性  

摘要： 随着水产养殖规模的扩大,水产养殖病害越来越突出,由气单胞菌感染引起的水产疾病频发,给水产养殖业造成了巨大的损失。尽管许多方法,如抗生素、疫苗、消毒剂、光催化氧化等已经被用于预防和控制水产养殖水中的气单胞菌,但仍然无法扭转气单胞菌病害爆发的趋势。介质阻挡放电等离子体（DBDP）,作为一种新型的氧化技术,因其强大的氧化能力和无二次污染的优点在水处理中备受关注。本文将DBDP应用于水产养殖水中气单胞菌的灭活,研究了DBDP灭活水中气单胞菌的效果与机制,并评估了其应用安全性,得到如下结果: （1）考察了放电电压、载气类型、载气流量、菌液初始浓度和p H对嗜水气单胞菌灭活效果的影响。研究结果表明,嗜水气单胞菌的灭活效果随着放电电压和p H的增加、菌液初始浓度的降低而提升,氧气作为载气的灭活效果优于空气,氧气流量在一定范围内对嗜水气单胞菌的灭活效果没有明显影响。在最优的条件下,经过8 min的DBDP处理,嗜水气单胞菌的浓度从10～8CFU/mL降至0 CFU/mL。对比了DBDP对单一菌、嗜水气单胞菌-维氏气单胞菌复合菌、嗜水气单胞菌-大肠杆菌复合菌、嗜水气单胞菌-维氏气单胞菌-大肠杆菌复合菌的灭活效果,发现DBDP不仅对单一菌有很好的灭活效果,对复合菌也有同样的灭活效果。 （2）嗜水气单胞菌未经DBDP灭活前,其细胞表面光滑,随着处理时间的增加,细胞出现凹陷、皱缩的状态,最终完全破碎;嗜水气单胞菌细胞膜随着DBDP处理时间的增加而被逐渐损伤,DBDP处理4 min后几乎所有细胞的细胞膜都被损伤;嗜水气单胞菌胞内色氨酸及类蛋白、总量蛋白随DBDP处理时间的增加而被逐渐降解,DBDP处理10 min后,几乎被全部降解,SOD和CAT抗氧化酶在DBDP处理3 min后活性最高,随后也被DBDP逐渐降解;嗜水气单胞菌毒性基因随DBDP处理时间的增加而被逐渐损伤。较长寿命的O3和H2O2等分子可能是细胞膜最初破坏的主要力量,随着细胞膜的破坏,短受命的1O2、·OH、·O2-等自由基穿透电负性的细胞膜与胞内蛋白质、酶和基因等发生反应,导致蛋白质和酶的降解、基因的损伤,最终使嗜水气单胞菌完全失活。 （3）随着DBDP对嗜水气单胞菌溶液处理时间的增加,溶液对酵母细胞的毒性越低,当DBDP处理嗜水气单胞菌溶液8 min后,斑马鱼、鲢鱼在溶液中的存活率可达100%,虾在溶液中的存活率可达95%以上,鲢鱼的鳃、鳔、脾脏和肠道等主要器官中的细菌总数与控制组无较大差异。经DBDP处理8 min后的复合菌对鲢鱼和虾没有表现出明显的毒性。表明DBDP是一种安全、可靠的水产致病菌灭活方法。 综上所述,通过本文关于DBDP灭活水产养殖水中气单胞菌的效果、机制及其应用安全性分析,明确了DBDP对水产致病菌具有良好的灭活效果,具备较高的应用安全性,可为水产养殖水中致病菌的预防与控制提供理论参考与技术支撑。

关键词： 盾构始发   超大直径盾构   承压水层   风险控制   止水箱体  

摘要： 在城市快速路网建设过程中，因受规划、工程地质和水文地质、建构筑物分布等因素的制约，局部地段隧道线路采用特殊形态设计，相应盾构施工需采取针对性措施。以珠海十字门隧道盾构始发为案例，主要介绍超大直径泥水盾构机在特殊地段及复杂地层的始发技术。通过对其重难点的深度剖析，在各种不利工况条件下，优化盾构始发掘进线形、地基加固及渐变型止水钢箱体等措施，最终在始发过程中成功控制风险，顺利完成超大直径盾构始发，规避了相关工程风险的发生。本次超大直径泥水盾构成功始发经验，可为后续类似工程提供参考。

关键词： 圆锥角膜   亚临床圆锥角膜   SCANet模型   点云   注意力  

摘要： 圆锥角膜是最严重的的角膜疾病之一。当前圆锥角膜的诊断方法主要依赖于角膜形态学的变化,这些方法在检测典型的圆锥角膜和正常角膜方面表现出色,但检测形态变化微小的亚临床圆锥角膜则比较困难。因此,寻找一种能够同时辅助诊断圆锥角膜和亚临床圆锥角膜的方法是十分必要的。本文提出了基于点云深度学习的SCANet模型,该模型从角膜生物力学特性为出发点,首先采集角膜受压形变视频,将其转化为带有时空信息的角膜点云数据,然后利用结合多种注意力机制的点云深度学习模型提取角膜点云的特征信息,并映射到多分类结果,得到准确的角膜类别,辅助医生进行诊断。本文的主要工作有以下三方面: (1)针对形态学数据难以诊断亚临床圆锥角膜的问题,采集并构建了基于角膜生物力学特性的角膜点云数据集。首先,从Corvis ST中对角膜受压形变并恢复的过程进行视频采样;其次,将视频数据进行分帧、去噪、二值化等处理后,提取角膜轮廓数据,通过对每个样本全部轮廓图像的像素点进行扫描,构建角膜的三维点云数据;最后,对密集数据点进行最远点采样构建角膜点云数据集。针对亚临床圆锥角膜数据量少导致的类别间样本数量不平衡问题,采用随机平移和随机缩放的手段,对亚临床圆锥角膜的数据进行扩充,以更好地适应深度学习模型的训练需求。 (2)针对点云神经网络忽视全局特征的问题,提出SCANet模型。该模型引入自注意力机制,通过学习局部特征点之间的联系,增加网络提取全局特征的能力。为了有效提取特征,减少关键信息的丢失,SCANet中多次利用共享权重MLP对特征点进行升维操作来增加点云的特征通道数。然而,高维通道中会包含不利于特征提取的干扰信息。因此,本文引入通道注意力机制,训练通道权重矩阵,来清洗高维通道中的干扰信息。 (3)为了验证本文提出的SCANet模型的有效性,使用相同数据集对传统的点云分类网络进行训练并与SCANet实验结果进行对比,实验结果表明,SCANet的各项评估指标均高于传统网络。对网络中增加的模块进行单项消融实验,两个模块均能提升模型分类性能,验证了本文加入模块的合理性。

关键词： 表面活性剂   自组装   聚集诱导发光   人工光捕获系统  

摘要： 光捕获体系（LHSs）可以有效获取并传递光能量,在大自然的光合作用中发挥着不可或缺的作用。在植物和某些细菌中,LHSs通过天线色素（如叶绿素和类胡萝卜素）的精确排列,收集太阳光后将其电离传输给反应中心,完成能量转化以满足生长需求。随着全球能源的持续短缺以及环境问题的加剧,高效使用和转化太阳能等清洁能源已经是必然之路。近年来,受到自然界光捕获机制的启发,各种模拟这些天然光捕获过程的人工LHSs被不断开发出来,以实现高效的光能捕获和利用,并应用于太阳能电池、光催化剂、发光器件等领域。为了获得高效的LHSs,供体的数量要远多于受体,从而捕获和传递更多的能量给反应中心。同时,供体和受体要紧密堆积以确保它们之间距离在能量传递范围之内。对于发光器件和传感器等应用,还需要LHSs具有可调的发光性能,以适应不同的需求。因此,构建具有天然LHSs多层管状结构的天线供体对于制备高效人工LHSs具有重要意义。 基于此,本论文设计合成了兼具强荧光性能与共组装性能的聚集诱导发光（AIE）型类甜菜碱表面活性剂,通过同多种离子型表面活性剂的非共价组装,制备出具有多层管状骨架的AIE组装体作为天线供体,成功构建了两步能量传递的人工LHSs。主要研究内容如下: 1.以不同碳数（3、6和10）的烷烃链充当连接基团,将四苯乙烯（TPE）荧光团和两性离子头基二甲基氨基丁酸（DMAB）共价结合,设计合成了三种AIE型类甜菜碱表面活性剂(T3、T6和T10)。首先,通过核磁共振（NMR）波谱以及质谱（MS）分析验证了T3、T6和T10的成功合成,接下来借助紫外–可见（UV–vis）吸收光谱与荧光（FL）光谱对比研究了三个AIE型类甜菜碱表面活性剂分子的相关性质。结果显示,三个分子的疏水性随着烷烃链长度的递增而增加,导致逐渐降低的临界胶束浓度（CMC）;荧光强度则均随着浓度递增而增强,展现出典型的AIE特性。 2.利用T3、T6和T10分别与十二烷基硫酸钠（SDS）共组装,构建了三种新型两亲组装体(分别命名为T3-S、T6-S和T10-S)。通过动态光散射仪（DLS）、UV–vis吸收光谱仪、FL光谱仪以及透射电子显微镜（TEM）表征,分析对比了T3-S、T6-S和T10-S的光学性质以及形貌特征。优选荧光效率最高且具有多层管状结构的T10-S组装体作为LHSs骨架,并利用激光共聚焦荧光显微镜（CLSM）、扫描电子显微镜（SEM）以及原子力显微镜（AFM）详细分析了T10-S的特殊结构。基于T10-S的优异特性,将其作为天线供体,非共价负载4,7-双（噻吩-2-基）苯并[C][1,2,5]噻二唑（DBT）与尼罗红（Ni R）,构筑了一个具有两步能量传递过程的人工LHSs。通过调节T10-S、DBT以及Ni R之间的浓度比,不仅实现了高效的光能捕获和传递,还成功制备出多色和复合白色发光溶液,展示了人工LHSs在光能转换和多色成像等领域的潜在应用价值。这些成果不仅为新型光捕获材料的设计开发提供了新思路,也为相关领域的研究和应用开辟了新的可能性。