题名:车用永磁同步电机的参数匹配、协调控制与性能评价研究
作者:王伟
学位授予单位:吉林大学
关键词:混合动力汽车;;永磁同步电机;;协调控制;;参数匹配;;评价
摘要:
发展节能环保汽车逐渐成为世界汽车工业技术创新的重要方向,尤其是电动汽车和混合动力汽车已成为汽车产业可持续发展的必然选择。永磁同步电机由于具有高功率密度和高效率等优点,已成为混合动力乘用车驱动电机中强有力的竞争者,发展前景最为广阔。本文主要从永磁同步电机的特性分析入手,结合混Magnetic lifter合动力汽车对驱动电机提出的具体需求,以提高整车的经济性为目标,探索了更为合理的电机参数匹配方法、混合动力汽车总成的协调控制方法以及电机性能的综合评价方法。论文主要内容包括:
1、混合动力汽车永磁同步电机问题的提出
在深入了解混合动力汽车驱动电机关键技术的基础上,通过查阅大量文献资料,把本文研究的基于永磁同步电机特性的车用驱动电机参数匹配、协调控制与性能评价界定为电机和整车的“接口”问题。从而与目前流行的“驱动电机控制”相区别,明确了本文阐述重点是车用驱动电机和整车的交叉领域,避免了研究的重复性。
2、混合动力汽车驱动电机性能需求分析
车用驱动电机有多种类型,混合动力汽车也有各种各样的结构和车型。因此,从提高车辆行驶性能的角度推导对驱动电机的各项需求是十分有必要的。本文从驱动电机的控制模式、静态特性、动态特性等方面,定性或者定量提出了混合动力汽车驱动电机的性能指标。重点分析了驱动电机的恒功率区间、高效率区间以及过载区间的特点和各工作区间之间的关系,其中对驱动电机的基速比范围和与恒功率区间的关系进行详细的推导和论证,得出了只要确定整车构型,驱动电机基速比范围就确定的结论。以普锐斯汽车的驱动电机为例,定量分析了驱动电机效率区间对整车经济性能的影响。
混合动力汽车驱动电机的性能需求分析为混合动力汽车的设计与控制奠定了基础。
3、基于永磁同步电机损耗模型的车用驱动电机的参数匹配
在保证混合动力汽车动力性的基础上,以整车燃油经济性为目标,提出了基于永磁同步电机损耗模型的参数匹配方法。依据永磁同步电机的经验设计公式,搭建了永磁同步电机本体和控制器的损耗模型,实现了整车仿真软件ADVISOR和优化软件modeFRONTIER的联合仿真。以奔腾混合动力轿车为例,对NEDC、UDDS、中国商务车三个循环工况进行了寻优仿真,最终确定了驱动电机性能参数。同时比较了三种驱动电机参数匹配方法对整车经济性能和动力性能的影响,结果表明:本文提出的驱动电机参数匹配方法具有较高的工程应用价值。
4、基于永磁同步电机温升性能的混合动力汽车协调控制策略研究
分析了混合动力汽车动态协调控制的必要性,并将由于驱动电机温度升高导致电机性能下降乃至自我保护的问题归纳到整车协调控制中来解决。分析了永磁同步电机的散热机理和电机温升对驱动电机转矩、效率的影响,提出了温度调制系数的概念。根据经验公式和电机试验数据,对整车仿真软件ADVISOR进行了二次开发,以Matlab/Simulink为平台搭建了永磁同步电机的热力学模型,提出了基于驱动电机热力学模型的混合动力汽车总成协调控制策略。
以奔腾混合动力轿车为仿真平台,对25个UDDS循环工况和27个NEDC循环工况中的驱动电机温升进行了仿真研究。结果表明:提出的混合动力总成协调控制策略可以解决循环工况中由于电机温升导致整车动力性不足的问题,并且降低了电机由于温度过高出现故障的频率。
5、基于多属性决策灰色关联度的车用驱动电机综合性能评价
混合动力汽车驱动电机系统各影响因素的评价与综合通常以经典集合论为基础的数学方法进行描述,但是因为此方法本身固有的局限性,并不适合于工程应用。灰色系统关联分析理论是研究和解决这类问题的有效方法模型,可以利用少量数据建模,目标是建立微分方程模型,具有动态性,致力于现实规律的探讨。
本文根据各种类型驱动电机基本性能和混合动力汽车工作模式的要求,提出了混合动力汽车驱动电机的评价流程,建立了“三横两纵”评价框架体系。从电机本体、电机控制、车辆行驶循环工况三个方面,利用试验和仿真两种手段,结合多属性决策灰色关联度算法,把评价框架中的指标都等效的归纳到综合性能评价体系中,为车用驱动电机系统综合评价提供了一种新方法。最后,以一汽混合动力客车为例,进行了不同类型驱动电机在同一行驶循环工况中的评价;以奔腾混合动力轿车为例,进行了同一驱动电机在不同行驶循环工况中的评价。结果表明:建立的驱动电机综合性能评价体系具有良好的应用性。
6、永磁同步电机和整车的台架试验
为了验证提出的混合动力汽车驱动电机的性能需求指标,分别进行了奔腾混合动力轿车驱动电机和整车的台架试验。重点针对提出的驱动电机的性能指标,进行了相关测试试验,测试结果表明匹配的驱动电机满足提出的性能需求指标。为了验证混合动力汽车控制策略的控制功能,进行了奔腾混合动http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter力轿车NEDC的台架试验,测试结果表明开发的整车基本逻辑门限值控制策略满足车辆要求。搭建了混合动力汽车的虚拟测试平台,连续进行了25个UDDS循环工况的虚拟测试,模拟出了车辆长时间运行过程中电机温升的变化趋势,开发的基于驱动电机热力学模型的整车协调控制策略可以降低电机的故障率。
论文的研究是混合动力汽车研发的基础性工作。针对混合动力汽车驱动电机性能提出的参数匹配、协调控制与评价方法,对优化整车设计和控制,降低整车成本,增强混合动力汽车的市场竞争力具有一定的意义。
学位年度:2010
2011年8月31日星期三
基于VSR-VSI的永磁同步电机驱动控制系统研究
题名:基于VSR-VSI的永磁同步电机驱动控制系统研究
作者:张平化
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:永磁同步电机;;电压源整流器;;电压源逆变器;;反馈线性化;;能量再生;;四象限运行
摘要:
在现代社会对能源和环保要求越来越高的背景下,开展对高效、环保的电机驱动控制系统的研究是十分迫切和必要的。电压源型整流器(Voltage Source Rectifier,VSR)具有输入电流正弦、功率因数高、能量可双向流动的优点,近年来一直是研究关注的热点。将VSR与电压源型逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)整合为VSR-VSI应用于电机驱动控制系统中,能够实现电机驱动系统的双向可逆运行和能量回馈控Magnetic lifter制,但该技术目前仍处于研究阶段。为此本文选取基于VSR-VSI的永磁同步电机驱动控制系统作为研究对象,围绕VSR-VSI整合后出现的母线电压可控,能量可双向流动的新特点,对VSR有源前端的控制策略,永磁同步电机的能量回馈控制策略,以及VSR-VSI的整合实现方法及协调控制技术等方面进行深入研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。
论文首先建立VSR-VSI永磁同步电机系统在dq坐标系中的数学模型,推导出d、q轴等效开关函数的取值范围,给出系统可逆运行的定义,为后续的研究奠定理论基础。通过分析VSR-VSI系统单位功率因数可逆运行时母线电压、电网电势、输入电流、负载电流之间的制约关系及电流平衡点的稳定性,指出系统存在双向不对称的运行特点,为后续控制策略的改进提供理论支撑。
为了解决VSR-VSI变换器应用于永磁同步电机驱动控制系统中,传统单自由度PI电压控制器不能兼顾母线电压设定点镇定和扰动抑制的问题,提出一种二自由度的I-PD电压控制策略。详细给出控制器参数的整定方法,并进行系统性能分析。仿真和实验结果表明,该控制策略能够有效地减小母线电压超调,抑制浪涌电流冲击,减小负载扰动和电网电势波动的影响。
针对传统串联控制结构的母线电压响应速度慢的问题,在输入—输出反馈线性化控制方法的基础上,提出一种由电压误差和电流误差共同作用输入变量的直接电压控制方法,简化了控制律表达式,减少了计算变量,并能够保证系统的渐进稳定性。利用电压误差方程对系统在不同负载扰动下的动、静态性能进行定量分析,及系统参数存在误差时的影响。仿真和实验结果表明该方法能够提高VSR在大负载扰动范围内的母线电压响应速度。
采用VSR-VSI驱动拓扑后可实现能量的双向流动,为了更好地控制永磁同步电机制动时的回馈能量,通过磁场定向控制下的制动过程分析,针对永磁同步电机三种典型负载建立恒转矩制动方式下的回馈能量模型。在此基础上,应用瞬时功率理论,提出一种基于饱和电流限制的能量回馈优化控制策略。仿真和实验表明,该策略可有效减小制动回馈时的功率冲击,提高能量回馈效率。
为了解决VSR与永磁http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter同步电机之间的协调控制问题,提出一种基于瞬时功率计算的系统整合实现方法。采用单片三核数字信号控制器(Tricore DSC),实现VSR-VSI永磁同步电机驱动系统的控制算法整合。完成系统硬件、软件的整合设计,并进行实验验证。实验结果表明,系统能够实现电机四象限、能量双向可逆运行,稳态运行平稳,动态抗扰动性能较好,能够有效降低系统不对称运行的影响。
学位年度:2010
作者:张平化
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:永磁同步电机;;电压源整流器;;电压源逆变器;;反馈线性化;;能量再生;;四象限运行
摘要:
在现代社会对能源和环保要求越来越高的背景下,开展对高效、环保的电机驱动控制系统的研究是十分迫切和必要的。电压源型整流器(Voltage Source Rectifier,VSR)具有输入电流正弦、功率因数高、能量可双向流动的优点,近年来一直是研究关注的热点。将VSR与电压源型逆变器(Voltage Source Inverter,VSI)整合为VSR-VSI应用于电机驱动控制系统中,能够实现电机驱动系统的双向可逆运行和能量回馈控Magnetic lifter制,但该技术目前仍处于研究阶段。为此本文选取基于VSR-VSI的永磁同步电机驱动控制系统作为研究对象,围绕VSR-VSI整合后出现的母线电压可控,能量可双向流动的新特点,对VSR有源前端的控制策略,永磁同步电机的能量回馈控制策略,以及VSR-VSI的整合实现方法及协调控制技术等方面进行深入研究,具有重要的理论意义和工程实用价值。
论文首先建立VSR-VSI永磁同步电机系统在dq坐标系中的数学模型,推导出d、q轴等效开关函数的取值范围,给出系统可逆运行的定义,为后续的研究奠定理论基础。通过分析VSR-VSI系统单位功率因数可逆运行时母线电压、电网电势、输入电流、负载电流之间的制约关系及电流平衡点的稳定性,指出系统存在双向不对称的运行特点,为后续控制策略的改进提供理论支撑。
为了解决VSR-VSI变换器应用于永磁同步电机驱动控制系统中,传统单自由度PI电压控制器不能兼顾母线电压设定点镇定和扰动抑制的问题,提出一种二自由度的I-PD电压控制策略。详细给出控制器参数的整定方法,并进行系统性能分析。仿真和实验结果表明,该控制策略能够有效地减小母线电压超调,抑制浪涌电流冲击,减小负载扰动和电网电势波动的影响。
针对传统串联控制结构的母线电压响应速度慢的问题,在输入—输出反馈线性化控制方法的基础上,提出一种由电压误差和电流误差共同作用输入变量的直接电压控制方法,简化了控制律表达式,减少了计算变量,并能够保证系统的渐进稳定性。利用电压误差方程对系统在不同负载扰动下的动、静态性能进行定量分析,及系统参数存在误差时的影响。仿真和实验结果表明该方法能够提高VSR在大负载扰动范围内的母线电压响应速度。
采用VSR-VSI驱动拓扑后可实现能量的双向流动,为了更好地控制永磁同步电机制动时的回馈能量,通过磁场定向控制下的制动过程分析,针对永磁同步电机三种典型负载建立恒转矩制动方式下的回馈能量模型。在此基础上,应用瞬时功率理论,提出一种基于饱和电流限制的能量回馈优化控制策略。仿真和实验表明,该策略可有效减小制动回馈时的功率冲击,提高能量回馈效率。
为了解决VSR与永磁http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter同步电机之间的协调控制问题,提出一种基于瞬时功率计算的系统整合实现方法。采用单片三核数字信号控制器(Tricore DSC),实现VSR-VSI永磁同步电机驱动系统的控制算法整合。完成系统硬件、软件的整合设计,并进行实验验证。实验结果表明,系统能够实现电机四象限、能量双向可逆运行,稳态运行平稳,动态抗扰动性能较好,能够有效降低系统不对称运行的影响。
学位年度:2010
结构振动控制的多目标优化和智能模糊控制
题名:结构振动控制的多目标优化和智能模糊控制
作者:宁响亮
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:结构振动控制;;多目标优化;;鲁棒H_2/H_∞控制;;变论域自适应模糊控制;;容错控制
摘要:
结构振动控制技术作为一种积极有效的抗震、抗风对策已成为土木工程研究的热点之一。考虑到目前理论研究和工程实际应用所存在的一些问题,本文开展了三个部分的工作:基于线性矩阵不等式技术与遗传算法的主动控制系统多目标优化设计,包括控制器的优化设计、控制器/作动器的一体化优化方法;非线性结Magnetic lifter构振动的智能控制,包括自适应模糊控制技术、具有在线诊断功能的容错控制技术;结合重大工程项目进行结构振动控制的试验研究,验证本文所提理论的可行性与正确性。
主要研究内容如下:
1.针对以往控制器参数需要反复试算才能确定的弊端,基于LMI优化技术和方差控制理论,研究结构振动控制的多目标方差控制方法。考虑了外部输入激励特性的影响,利用扩展的状态空间模型描述过滤白噪声激励-被控结构-控制器。推导得到了线性矩阵不等式组(LMIs),从而将结构的方差响应、控制力方差以及系统极点限制在预先给定的范围之内。基于MATLAB的线性矩阵不等式工具箱求解所推导的线性矩阵不等式组即可得到状态反馈和输出反馈控制器,通过仿真分析验证此方法的可行性。
2.为使控制系统具有一定的鲁棒性来应对结构模型参数的不确定性,基于LMI技术和鲁棒控制理论,提出事先考虑结构动力特性具有不确定性的鲁棒H_2/H_∞控制方法。在设计控制器的过程中,将结构模型参数的不确定性引入到状态方程的摄动矩阵之中,使得闭环系统对所有允许的不确定性同时满足H干扰抑制和最优H_2性能。推导得到了相应的线性矩阵不等式组的表达式以进行鲁棒H_2/H_∞控制器的多目标优化设计。应用MATLAB的线性矩阵不等式工具箱设计了鲁棒H_2/H_∞控制器,通过仿真分析验证所设计的控制器的强鲁棒性。
3.针对以往将控制器的优化设计与作动器的位置优化分开来进行两阶段优化设计以及优化目标单一的不足,结合基于Pareto最优解理论的遗传算法NSGA-II和随机振动理论,提出结构主动控制系统的多目标优化方法,对作动器位置与主动控制器进行一体化优化设计。用平稳过滤白噪声模拟随机地震激励,在状态空间内通过求解结构在平稳过滤白噪声作用下的Lyapunov方程,得到结构响应和主动控制力的方差,其中主动控制器采用LQG控制算法进行设计。以最小化结构位移和加速度均方值最大值与相应无控响应均方值的最大值之比,以及最小化控制力均方值的总和为目标函数向量。除了考虑结构与激励参数变化的影响之外,同时亦提出个数分区控制方法以优化作动器的数目。仿真分析结果表明所提优化方法简单、高效、实用且具有较好的普适性。
4.为了改善传统模糊控制算法的控制性能,提出了非线性结构振动控制的变论域自适应模糊控制(VUAFLC)算法,基于Lyapunov函数方法推导得到了自适应律。以地震作用下高速公路桥梁非线性振动控制的Benchmark问题为背景进行主动控制仿真分析,结果表明该智能模糊控制算法的有效性和鲁棒性。在此基础上针对MR半主动控制系统,提出以变论域自适应模糊控制算法为前件、以限幅最优(Clipped-optimal)控制算法为后件的两级控制策略,结果表明所提出的MR智能半主动控制能够基本实现主动控制效果。
5.探讨传感器失效时MR半主动控制系统的智能容错控制策略,以保证传感器发生故障时控制系统仍然具有良好的性能。在基于ANFIS的传感器故障在线检测方法的基础上,提出MR电压的切换控制策略:传感器正常工作时,基于传统模糊控制器直接确定MR的输入电压,当ANFIS检测出传感器处于故障状态时,将切换开http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter关打开,采用Passive-on算法确定MR的输入电压。对公路桥梁振动控制的Benchmark问题进行了仿真分析,验证所提出的容错控制策略的有效性,并得到了一些有益的结论。
6.以振动控制技术的工程应用为背景,设计制作了基于永磁同步直线电机的HMD控制试验模型并进行控制方案及本文所提控制策略的试验验证,并考虑TMD质量的不确定性进行控制策略的鲁棒性实验。在对试验用AMD(永磁同步直线电机)进行大量的测试分析与地震模拟振动台试验的基础上,建立起与试验结果吻合得较好的理论计算模型并设计了相应的控制策略,包括LQG、鲁棒H_2/H_∞、FLC、VUAFLC与ANFIS控制,最后通过振动台试验验证HMD控制方案与所提控制策略的可行性与有效性并对比分析了各控制策略的控制性能,为HMD控制的工程应用奠定了基础。
学位年度:2010
作者:宁响亮
学位授予单位:哈尔滨工业大学
关键词:结构振动控制;;多目标优化;;鲁棒H_2/H_∞控制;;变论域自适应模糊控制;;容错控制
摘要:
结构振动控制技术作为一种积极有效的抗震、抗风对策已成为土木工程研究的热点之一。考虑到目前理论研究和工程实际应用所存在的一些问题,本文开展了三个部分的工作:基于线性矩阵不等式技术与遗传算法的主动控制系统多目标优化设计,包括控制器的优化设计、控制器/作动器的一体化优化方法;非线性结Magnetic lifter构振动的智能控制,包括自适应模糊控制技术、具有在线诊断功能的容错控制技术;结合重大工程项目进行结构振动控制的试验研究,验证本文所提理论的可行性与正确性。
主要研究内容如下:
1.针对以往控制器参数需要反复试算才能确定的弊端,基于LMI优化技术和方差控制理论,研究结构振动控制的多目标方差控制方法。考虑了外部输入激励特性的影响,利用扩展的状态空间模型描述过滤白噪声激励-被控结构-控制器。推导得到了线性矩阵不等式组(LMIs),从而将结构的方差响应、控制力方差以及系统极点限制在预先给定的范围之内。基于MATLAB的线性矩阵不等式工具箱求解所推导的线性矩阵不等式组即可得到状态反馈和输出反馈控制器,通过仿真分析验证此方法的可行性。
2.为使控制系统具有一定的鲁棒性来应对结构模型参数的不确定性,基于LMI技术和鲁棒控制理论,提出事先考虑结构动力特性具有不确定性的鲁棒H_2/H_∞控制方法。在设计控制器的过程中,将结构模型参数的不确定性引入到状态方程的摄动矩阵之中,使得闭环系统对所有允许的不确定性同时满足H干扰抑制和最优H_2性能。推导得到了相应的线性矩阵不等式组的表达式以进行鲁棒H_2/H_∞控制器的多目标优化设计。应用MATLAB的线性矩阵不等式工具箱设计了鲁棒H_2/H_∞控制器,通过仿真分析验证所设计的控制器的强鲁棒性。
3.针对以往将控制器的优化设计与作动器的位置优化分开来进行两阶段优化设计以及优化目标单一的不足,结合基于Pareto最优解理论的遗传算法NSGA-II和随机振动理论,提出结构主动控制系统的多目标优化方法,对作动器位置与主动控制器进行一体化优化设计。用平稳过滤白噪声模拟随机地震激励,在状态空间内通过求解结构在平稳过滤白噪声作用下的Lyapunov方程,得到结构响应和主动控制力的方差,其中主动控制器采用LQG控制算法进行设计。以最小化结构位移和加速度均方值最大值与相应无控响应均方值的最大值之比,以及最小化控制力均方值的总和为目标函数向量。除了考虑结构与激励参数变化的影响之外,同时亦提出个数分区控制方法以优化作动器的数目。仿真分析结果表明所提优化方法简单、高效、实用且具有较好的普适性。
4.为了改善传统模糊控制算法的控制性能,提出了非线性结构振动控制的变论域自适应模糊控制(VUAFLC)算法,基于Lyapunov函数方法推导得到了自适应律。以地震作用下高速公路桥梁非线性振动控制的Benchmark问题为背景进行主动控制仿真分析,结果表明该智能模糊控制算法的有效性和鲁棒性。在此基础上针对MR半主动控制系统,提出以变论域自适应模糊控制算法为前件、以限幅最优(Clipped-optimal)控制算法为后件的两级控制策略,结果表明所提出的MR智能半主动控制能够基本实现主动控制效果。
5.探讨传感器失效时MR半主动控制系统的智能容错控制策略,以保证传感器发生故障时控制系统仍然具有良好的性能。在基于ANFIS的传感器故障在线检测方法的基础上,提出MR电压的切换控制策略:传感器正常工作时,基于传统模糊控制器直接确定MR的输入电压,当ANFIS检测出传感器处于故障状态时,将切换开http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter关打开,采用Passive-on算法确定MR的输入电压。对公路桥梁振动控制的Benchmark问题进行了仿真分析,验证所提出的容错控制策略的有效性,并得到了一些有益的结论。
6.以振动控制技术的工程应用为背景,设计制作了基于永磁同步直线电机的HMD控制试验模型并进行控制方案及本文所提控制策略的试验验证,并考虑TMD质量的不确定性进行控制策略的鲁棒性实验。在对试验用AMD(永磁同步直线电机)进行大量的测试分析与地震模拟振动台试验的基础上,建立起与试验结果吻合得较好的理论计算模型并设计了相应的控制策略,包括LQG、鲁棒H_2/H_∞、FLC、VUAFLC与ANFIS控制,最后通过振动台试验验证HMD控制方案与所提控制策略的可行性与有效性并对比分析了各控制策略的控制性能,为HMD控制的工程应用奠定了基础。
学位年度:2010
2011年8月24日星期三
新型喹啉—酰胺型配体稀土配合物及其杂化发光材料的研究
题名:新型喹啉—酰胺型配体稀土配合物及其杂化发光材料的研究
作者:王海平
学位授予单位:兰州大学
关键词:稀土配合物:6508,配体:6359,配合物结构:2552,喹啉:1907,酰胺型:1866,杂化:896,发光配合物:655,铕配合物:653,离子对配合物:549,介孔材料:498,摩尔电导:459,氧代:412,发光材料:410,荧光性质:402,荧光减弱:374,晶体结构:350,三重态能级:335,敏化作用:331,稀土离子:317,光物理性质:241
摘要:
被誉为新材料宝库的稀土元素因其特殊的电子层结构和成键特征,使得稀土化合物表现出独特的化学及物理性质,在光、电、磁等领Rare earth magnets域得到广泛应用。稀土元素以其发射谱带窄、色纯度高、荧光寿命长、量子产率高,以及温度、浓度淬灭小等特点,在发光材料中独树一帜。稀上发光配合物不但具有无机物稳定性好的优点,而且拥有有机物量子产率高的特点,还可以进一步通过分子设计及分子自组装实现结构的调控及性能的复合,备受科研工作者的关注。在课题组已有工作基础上,以2-甲基-8-羟基喹啉为原料,设计合成了-系列喹啉-酰胺型配体及其稀土配合物,在结构表征的基础上,对铕配合物的荧光性质进行了研究,并以荧光信号为表达,在溶液中测定了铕配合物对阴离子的选择性识别；同时以介孔材料MCM-41和SBA-15为基质,以其孔道为“微反应器”,成功的将此类配体以共价键的形式接枝于基质孔道中,制备出相应的稀土配合物杂化材料,X-射线粉末衍射、N2吸附和透射电镜均表明,配合物分子的引入并未破坏介孔材料自身的结构,在此基础上我们探讨了基质对配合物分子光物理性质的影响。
本论文共分为四部分：
第一章：简要概述了稀土发光配合物及其有机-无机杂化发光材料的研究进展；
第二章：以2-甲基-8-羟基喹啉为骨架,设计、合成出两类共十二种配体(L1-12),并进一步合成了其稀土硝酸盐、苦味酸盐共24个系列144个配合物。通过元素分析、摩尔电导、红外光谱和X-射线单晶结构分析等手段对配合物的组成和结构进行了表征。研究结果表明,配体均以类环状配位构型与中心金属离子螯合配位,阴离子对配合物的结构没有明显影响。
第三章：对L1-12的铕配合物进行了荧光性质研究,结果表明,该类型配体对铕离子具有良好的敏化作用；同时考察了配体末端基、抗衡阴离子以及溶液中溶剂分子对中心铕离子发光行为的影响；考虑到配体配位点不饱和,配合物中铕离子易受抗衡阴离子影响的特点,研究了在溶液中该类型配体铕配合物对阴离子的荧光响应识别实验。
第四章：以介孔材料MCM-41和SBA-15为基质,将设计、合成的含醛基的喹啉-酰胺型前驱化合物以形成Schiff碱键的形式共价接枝于MCM-41和SBA-15介孔材料的孔道中,并进一步与稀土离子反应,组装出新型介孔稀土配合物杂化材料。用元素分析、红外光谱、X-射线粉末衍射、氮气(N2)吸附和电镜扫描等手段http://www.chinamagnets.biz/对杂化材料的组装和微结构进行了表征；在此基础上,对杂化材料的荧光光谱、量子产率、荧光寿命和光稳定性等进行了研究,并探讨了基质微环境与配合物分子之间的相互作用对稀土离子发光行为的影响。
本论文涉及的配体如下：L1：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苯基乙酰胺L2：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苄基乙酰胺L3：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N,N-二苯基乙酰胺L4：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N,N-二异丙基乙酰胺L5：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰六氢吡啶L6：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰吗啉L7：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苯基乙酰胺L8：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苄基乙酰胺L9：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N,N-二苯基乙酰胺L1O：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-二异丙基乙酰胺L11：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰六氢吡啶L12：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰吗啉
学位年度:2010
作者:王海平
学位授予单位:兰州大学
关键词:稀土配合物:6508,配体:6359,配合物结构:2552,喹啉:1907,酰胺型:1866,杂化:896,发光配合物:655,铕配合物:653,离子对配合物:549,介孔材料:498,摩尔电导:459,氧代:412,发光材料:410,荧光性质:402,荧光减弱:374,晶体结构:350,三重态能级:335,敏化作用:331,稀土离子:317,光物理性质:241
摘要:
被誉为新材料宝库的稀土元素因其特殊的电子层结构和成键特征,使得稀土化合物表现出独特的化学及物理性质,在光、电、磁等领Rare earth magnets域得到广泛应用。稀土元素以其发射谱带窄、色纯度高、荧光寿命长、量子产率高,以及温度、浓度淬灭小等特点,在发光材料中独树一帜。稀上发光配合物不但具有无机物稳定性好的优点,而且拥有有机物量子产率高的特点,还可以进一步通过分子设计及分子自组装实现结构的调控及性能的复合,备受科研工作者的关注。在课题组已有工作基础上,以2-甲基-8-羟基喹啉为原料,设计合成了-系列喹啉-酰胺型配体及其稀土配合物,在结构表征的基础上,对铕配合物的荧光性质进行了研究,并以荧光信号为表达,在溶液中测定了铕配合物对阴离子的选择性识别；同时以介孔材料MCM-41和SBA-15为基质,以其孔道为“微反应器”,成功的将此类配体以共价键的形式接枝于基质孔道中,制备出相应的稀土配合物杂化材料,X-射线粉末衍射、N2吸附和透射电镜均表明,配合物分子的引入并未破坏介孔材料自身的结构,在此基础上我们探讨了基质对配合物分子光物理性质的影响。
本论文共分为四部分：
第一章：简要概述了稀土发光配合物及其有机-无机杂化发光材料的研究进展；
第二章：以2-甲基-8-羟基喹啉为骨架,设计、合成出两类共十二种配体(L1-12),并进一步合成了其稀土硝酸盐、苦味酸盐共24个系列144个配合物。通过元素分析、摩尔电导、红外光谱和X-射线单晶结构分析等手段对配合物的组成和结构进行了表征。研究结果表明,配体均以类环状配位构型与中心金属离子螯合配位,阴离子对配合物的结构没有明显影响。
第三章：对L1-12的铕配合物进行了荧光性质研究,结果表明,该类型配体对铕离子具有良好的敏化作用；同时考察了配体末端基、抗衡阴离子以及溶液中溶剂分子对中心铕离子发光行为的影响；考虑到配体配位点不饱和,配合物中铕离子易受抗衡阴离子影响的特点,研究了在溶液中该类型配体铕配合物对阴离子的荧光响应识别实验。
第四章：以介孔材料MCM-41和SBA-15为基质,将设计、合成的含醛基的喹啉-酰胺型前驱化合物以形成Schiff碱键的形式共价接枝于MCM-41和SBA-15介孔材料的孔道中,并进一步与稀土离子反应,组装出新型介孔稀土配合物杂化材料。用元素分析、红外光谱、X-射线粉末衍射、氮气(N2)吸附和电镜扫描等手段http://www.chinamagnets.biz/对杂化材料的组装和微结构进行了表征；在此基础上,对杂化材料的荧光光谱、量子产率、荧光寿命和光稳定性等进行了研究,并探讨了基质微环境与配合物分子之间的相互作用对稀土离子发光行为的影响。
本论文涉及的配体如下：L1：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苯基乙酰胺L2：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苄基乙酰胺L3：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N,N-二苯基乙酰胺L4：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N,N-二异丙基乙酰胺L5：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰六氢吡啶L6：8-(2-(1’,3’-二氧代-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰吗啉L7：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苯基乙酰胺L8：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-苄基乙酰胺L9：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N,N-二苯基乙酰胺L1O：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-二异丙基乙酰胺L11：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰六氢吡啶L12：8-(2-(1’,3’-二氧代-4’甲基-2’-环戊基)喹啉)-氧代-N-乙酰吗啉
学位年度:2010
基于二茂铁衍生物与POMs的电荷转移盐及几个新的夹心杂多钼酸盐的研究
题名:基于二茂铁衍生物与POMs的电荷转移盐及几个新的夹心杂多钼酸盐的研究
作者:徐海升
学位授予单位:西北大学
关键词:多金属氧酸盐;;二茂铁;;电荷转移;;杂多钼酸盐;;夹心型
摘要:
多金属氧酸盐(POMs)因其多样的结构、独特的性质以及在催化、医学、磁化学和材料科学等方面的应用,引起了国内外相关学者越来越多的重视。多金属氧酸盐具有较强的接受电子能力,二茂铁及其衍生物是良好的电子给体,两者结合可形成具有电荷转移性能的有机—无机杂化材料,同时期望具有磁性、导电性和光Rare earth magnets学非线性等多功能性能。
本论文研究工作集中于以下两个方面：
一、采用化学液相自组装法,设计合成了11个以二茂铁及其衍生物为电子给体,以不同类型多金属氧酸盐为电子受体的电荷转移盐,确定了它们的组成和晶体结构,并采用红外光谱(IR)、紫外可见光谱(UV-vis)、固态漫反射光谱(DRS)、荧光光谱(FS)和循环伏安(CV)等对其进行了表征和性能研究。
基于Keggin结构POMs为电子受体的电荷转移盐：[Fe(Cp)2]4[HSiMoⅤMoⅥ11O40]·2CH3CN·H2O (1) [CpFeCpCH2N(CH3)3]3[PW12O40] (2) [CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]4[PMoⅤmoⅥ11O40] (3) [CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]4[SiW12O40] (4) (Bu4N)[CpFeCpCH2Py]2[PMo12O40](5)
基于Lindqvist结构POMs为电子受体的电荷转移盐：[CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]2[Mo6O19](6) [CpFeCpCH2N(C2H5)2CH3]2[W6O19](7) (Bu4N)[CpFeCpCH2N(C2H5)3][Mo6O19] (8) (Bu4N)[CpFeCpCH2N(C2H5)3][W6O19](9)
基于十聚钨酸结构POMs为电子受体的电荷转移盐：[CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]4[W10O32](10) [CpFeCpCH2Py]4[W10O32] (11)
二茂铁及其衍生物与多金属氧酸盐在热的乙腈溶液中发生反应,有机阳离子给体和无机阴离子受体共结晶形成电荷转移盐1-11。其中CpFeCpCH2N+(CH3)2C2H5,CpFeCpCH2N+CH3(C2H5)2以及CpFeCpCH2N+(C2H5)3与多阴离子所形成的电荷转移盐、[W10O32]4-与二茂铁基阳离子所形成的电荷转移盐、二茂铁基阳离子与多阴离子之比为1：1的电荷转移盐均为首例报道。比较发现,茂环上的取代基越大越有利于二茂铁基阳离子与多阴离子之比小的电荷转移盐的形成。在固态化合物中,二茂铁基阳离子和多阴离子间通过非共价键力(库仑引力、氢键、π…π堆积等超分子力)相互作用。IR光谱表明,二茂铁基阳离子和多阴离子的特征吸收峰的位置和强度均有不同程度的位移；在固态漫反射光谱中出现了归属于二茂铁基阳离子给体与多阴离子受体之间的电荷转移新的吸收谱带,其位移程度与多阴离子的还原电势紧密相关；由于电子给受体之间的电荷转移,化合物的荧光光谱呈现出不同于原料的荧光性质；在溶液中的UV-vis谱和CV曲线呈现出与母体多阴离子和二茂铁基阳离子类似的特征吸收峰或氧化还原峰,表明电子给—受体之间没有显著的相互作用,化合物基本处于离解状态。
二、采用传统溶液法,合成了3个以结构新颖的[AsⅢMo7O27]9-为建筑单元,过渡金属二取代的夹心型杂多钼酸盐,确定了它们的组成和晶体结构,对其红外光谱、UV-vis光谱、水溶液稳定性、热稳定性、电化学性质和磁学性质进行了表征。(NH4)12[Fe2(AsMo7O27)2]·12H2O (12) (NH4)12[FeCr(AsMo7O27)2]·13H2O(13) (NH4)10[Ti2(AsMo7O27)2]·18H2O (14)
化合物13是迄今所发现的首例混金属夹心型杂多钼酸盐,化合物14是迄今所发现的首例钛取代的夹心型杂多钼钼酸盐。三个化合物中的阴离子具有类似结构,即两个单帽六缺位单元[AsⅢMo7O27]9-通过中心基团{MM'O10} (MM'=FeFe, FeCr, TiTi)相连接,形成了具有C2v对称性的过渡金属二取代的夹心式结构；由于每个Mo06八面体至少有两个较长的Mo=Od键,因此化合物具有明显不同于其他POMs的特征红外振动谱带；随时间变化的紫外光谱表明,化合物在水溶液中是不稳定的；三个化合物具有大http://www.chinamagnets.biz/致相近的热分解过程,首先失去所有晶格水和氨气分子,其次升华失去As2O3,最后发生Mo-MM'-O骨架的分解,最终残余物为金属氧化物和MoO3的混合物。化合物(NH4)12[MM'(AsMo7O27)2]·nH2O (MM'=FeFe, FeCr, CrCr)的磁性质研究表明,通过两个桥氧连接的两个磁性核之间存在着弱的反铁磁交换作用,明确无误证明了(NH4)12[FeCr(AsMo7O27)2]·13H2O中存在着混金属Cr(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)簇,该化合物不是两种反铁磁金属化合物组成的混合物。
学位年度:2010
作者:徐海升
学位授予单位:西北大学
关键词:多金属氧酸盐;;二茂铁;;电荷转移;;杂多钼酸盐;;夹心型
摘要:
多金属氧酸盐(POMs)因其多样的结构、独特的性质以及在催化、医学、磁化学和材料科学等方面的应用,引起了国内外相关学者越来越多的重视。多金属氧酸盐具有较强的接受电子能力,二茂铁及其衍生物是良好的电子给体,两者结合可形成具有电荷转移性能的有机—无机杂化材料,同时期望具有磁性、导电性和光Rare earth magnets学非线性等多功能性能。
本论文研究工作集中于以下两个方面：
一、采用化学液相自组装法,设计合成了11个以二茂铁及其衍生物为电子给体,以不同类型多金属氧酸盐为电子受体的电荷转移盐,确定了它们的组成和晶体结构,并采用红外光谱(IR)、紫外可见光谱(UV-vis)、固态漫反射光谱(DRS)、荧光光谱(FS)和循环伏安(CV)等对其进行了表征和性能研究。
基于Keggin结构POMs为电子受体的电荷转移盐：[Fe(Cp)2]4[HSiMoⅤMoⅥ11O40]·2CH3CN·H2O (1) [CpFeCpCH2N(CH3)3]3[PW12O40] (2) [CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]4[PMoⅤmoⅥ11O40] (3) [CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]4[SiW12O40] (4) (Bu4N)[CpFeCpCH2Py]2[PMo12O40](5)
基于Lindqvist结构POMs为电子受体的电荷转移盐：[CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]2[Mo6O19](6) [CpFeCpCH2N(C2H5)2CH3]2[W6O19](7) (Bu4N)[CpFeCpCH2N(C2H5)3][Mo6O19] (8) (Bu4N)[CpFeCpCH2N(C2H5)3][W6O19](9)
基于十聚钨酸结构POMs为电子受体的电荷转移盐：[CpFeCpCH2N(CH3)2C2H5]4[W10O32](10) [CpFeCpCH2Py]4[W10O32] (11)
二茂铁及其衍生物与多金属氧酸盐在热的乙腈溶液中发生反应,有机阳离子给体和无机阴离子受体共结晶形成电荷转移盐1-11。其中CpFeCpCH2N+(CH3)2C2H5,CpFeCpCH2N+CH3(C2H5)2以及CpFeCpCH2N+(C2H5)3与多阴离子所形成的电荷转移盐、[W10O32]4-与二茂铁基阳离子所形成的电荷转移盐、二茂铁基阳离子与多阴离子之比为1：1的电荷转移盐均为首例报道。比较发现,茂环上的取代基越大越有利于二茂铁基阳离子与多阴离子之比小的电荷转移盐的形成。在固态化合物中,二茂铁基阳离子和多阴离子间通过非共价键力(库仑引力、氢键、π…π堆积等超分子力)相互作用。IR光谱表明,二茂铁基阳离子和多阴离子的特征吸收峰的位置和强度均有不同程度的位移；在固态漫反射光谱中出现了归属于二茂铁基阳离子给体与多阴离子受体之间的电荷转移新的吸收谱带,其位移程度与多阴离子的还原电势紧密相关；由于电子给受体之间的电荷转移,化合物的荧光光谱呈现出不同于原料的荧光性质；在溶液中的UV-vis谱和CV曲线呈现出与母体多阴离子和二茂铁基阳离子类似的特征吸收峰或氧化还原峰,表明电子给—受体之间没有显著的相互作用,化合物基本处于离解状态。
二、采用传统溶液法,合成了3个以结构新颖的[AsⅢMo7O27]9-为建筑单元,过渡金属二取代的夹心型杂多钼酸盐,确定了它们的组成和晶体结构,对其红外光谱、UV-vis光谱、水溶液稳定性、热稳定性、电化学性质和磁学性质进行了表征。(NH4)12[Fe2(AsMo7O27)2]·12H2O (12) (NH4)12[FeCr(AsMo7O27)2]·13H2O(13) (NH4)10[Ti2(AsMo7O27)2]·18H2O (14)
化合物13是迄今所发现的首例混金属夹心型杂多钼酸盐,化合物14是迄今所发现的首例钛取代的夹心型杂多钼钼酸盐。三个化合物中的阴离子具有类似结构,即两个单帽六缺位单元[AsⅢMo7O27]9-通过中心基团{MM'O10} (MM'=FeFe, FeCr, TiTi)相连接,形成了具有C2v对称性的过渡金属二取代的夹心式结构；由于每个Mo06八面体至少有两个较长的Mo=Od键,因此化合物具有明显不同于其他POMs的特征红外振动谱带；随时间变化的紫外光谱表明,化合物在水溶液中是不稳定的；三个化合物具有大http://www.chinamagnets.biz/致相近的热分解过程,首先失去所有晶格水和氨气分子,其次升华失去As2O3,最后发生Mo-MM'-O骨架的分解,最终残余物为金属氧化物和MoO3的混合物。化合物(NH4)12[MM'(AsMo7O27)2]·nH2O (MM'=FeFe, FeCr, CrCr)的磁性质研究表明,通过两个桥氧连接的两个磁性核之间存在着弱的反铁磁交换作用,明确无误证明了(NH4)12[FeCr(AsMo7O27)2]·13H2O中存在着混金属Cr(Ⅲ)-Fe(Ⅲ)簇,该化合物不是两种反铁磁金属化合物组成的混合物。
学位年度:2010
葡萄糖基锌酞菁的合成及~1O_2生成能力、溶解性研究
题名:葡萄糖基锌酞菁的合成及~1O_2生成能力、溶解性研究
作者:张沛
学位授予单位:大连理工大学
关键词:锌酞菁;;不对称取代;;葡萄糖基;;单线态氧;;溶解性
摘要:
酞菁作为一种功能染料以其独特的光、电、磁等方面的特性在诸多领域展现出了很好的实用价值和应用前景。本文合成一系列葡萄糖基锌酞菁,并研究了相关性质,为进步探讨糖基锌酞菁的分子极性对其在光动力疗法中应Rare earth magnets用效能的影响提供了研究基础。
论文以丙酮对葡萄糖保护得到1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖(DAG),然后由DAG及一系列直链脂肪醇与4-硝基邻苯二甲腈经取代反应得到4-(1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖基)邻苯二甲腈(DAGP)及4-烷氧基邻苯二甲腈(CnP)。DAGP在1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7(DBU)的催化下与ZnCl2缩合得到[2(3),9(10),16(17),23(24)-四(1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖基)酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glup)4),而后在TFA/H20体系中脱除保护基得到[2(3),9(10),16(17),23(24)-四(α/β-D-吡喃葡萄糖-3-基)酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glu)4)。由DAGP和CnP在DBU的催化下通过概率缩合得到-系列碳链长度不同的[2(3),9(10),16(17)-三(1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖基)-23(24)-烷氧基酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glup)3-Cn),以HRMS为手段监测Pc-(Glup)3-Cn在TFA/H20体系中的脱保护反应,发现反应条件的改变无法避免副反应——葡萄糖基中羟基的三氟乙酰化的发生。后采用两步法：①三氟乙酸／水溶液体系脱除异亚丙基保护,②吡啶甲醇体系脱除三氟乙酰基得到了目标产物——一系列碳链长度不同的[2(3),9(10),16(17)-三(α/β-D-吡喃葡萄糖-3-基)-23(24)-烷氧基酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glu)3-Cn),以IR、MS、HRMS、1H NMR、13C NMR等手段对各产物及中间体进行了表征确定结构正确。并通过’H NMR测试发现在葡萄糖基酞菁中葡萄糖基以吡喃糖环的形式存在并且同时存在α-和β-两种构型。
本文以2,5-二甲基呋喃为1O：捕捉剂测定了所合成的上述保护和脱保护葡萄糖基锌酞菁的光驱动1O2生成速率常数,在考虑测定误差的情况下,可知当酞菁溶解状态良好时,由于产生1O2的母体结构相同使其1O：生成速率基本不受周环官能团的影响。以UV-Vis吸收光谱为手段,研究所合成的Pc-(Glu)3-Cn在不同极性溶剂中的分http://www.chinamagnets.biz/散状态和集聚状态。发现在极性过大(水)或过小(乙酸乙酯)的溶剂中,这一系列化合物的溶解性都逊于在极性适中(乙醇、甲醇、丙酮)的溶剂中。在发生聚集现象的乙酸乙酯中,随着碳链长度的增长Pc-(Glu)3-Cn的二聚聚集平衡常数不断减小。
学位年度:2010
作者:张沛
学位授予单位:大连理工大学
关键词:锌酞菁;;不对称取代;;葡萄糖基;;单线态氧;;溶解性
摘要:
酞菁作为一种功能染料以其独特的光、电、磁等方面的特性在诸多领域展现出了很好的实用价值和应用前景。本文合成一系列葡萄糖基锌酞菁,并研究了相关性质,为进步探讨糖基锌酞菁的分子极性对其在光动力疗法中应Rare earth magnets用效能的影响提供了研究基础。
论文以丙酮对葡萄糖保护得到1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖(DAG),然后由DAG及一系列直链脂肪醇与4-硝基邻苯二甲腈经取代反应得到4-(1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖基)邻苯二甲腈(DAGP)及4-烷氧基邻苯二甲腈(CnP)。DAGP在1,8-二氮杂双环(5,4,0)十一碳烯-7(DBU)的催化下与ZnCl2缩合得到[2(3),9(10),16(17),23(24)-四(1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖基)酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glup)4),而后在TFA/H20体系中脱除保护基得到[2(3),9(10),16(17),23(24)-四(α/β-D-吡喃葡萄糖-3-基)酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glu)4)。由DAGP和CnP在DBU的催化下通过概率缩合得到-系列碳链长度不同的[2(3),9(10),16(17)-三(1,2:5,6-二-O-异亚丙基-a-D-呋喃葡萄糖基)-23(24)-烷氧基酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glup)3-Cn),以HRMS为手段监测Pc-(Glup)3-Cn在TFA/H20体系中的脱保护反应,发现反应条件的改变无法避免副反应——葡萄糖基中羟基的三氟乙酰化的发生。后采用两步法：①三氟乙酸／水溶液体系脱除异亚丙基保护,②吡啶甲醇体系脱除三氟乙酰基得到了目标产物——一系列碳链长度不同的[2(3),9(10),16(17)-三(α/β-D-吡喃葡萄糖-3-基)-23(24)-烷氧基酞菁]锌(Ⅱ)(Pc-(Glu)3-Cn),以IR、MS、HRMS、1H NMR、13C NMR等手段对各产物及中间体进行了表征确定结构正确。并通过’H NMR测试发现在葡萄糖基酞菁中葡萄糖基以吡喃糖环的形式存在并且同时存在α-和β-两种构型。
本文以2,5-二甲基呋喃为1O：捕捉剂测定了所合成的上述保护和脱保护葡萄糖基锌酞菁的光驱动1O2生成速率常数,在考虑测定误差的情况下,可知当酞菁溶解状态良好时,由于产生1O2的母体结构相同使其1O：生成速率基本不受周环官能团的影响。以UV-Vis吸收光谱为手段,研究所合成的Pc-(Glu)3-Cn在不同极性溶剂中的分http://www.chinamagnets.biz/散状态和集聚状态。发现在极性过大(水)或过小(乙酸乙酯)的溶剂中,这一系列化合物的溶解性都逊于在极性适中(乙醇、甲醇、丙酮)的溶剂中。在发生聚集现象的乙酸乙酯中,随着碳链长度的增长Pc-(Glu)3-Cn的二聚聚集平衡常数不断减小。
学位年度:2010
CO+H_2O系统中褐煤直接液化的基础研究
题名:CO+H_2O系统中褐煤直接液化的基础研究
作者:徐熠
学位授予单位:华东理工大学
关键词:煤炭直接液化;;褐煤;;CO;;水煤气;;核磁共振;;顺磁共振
摘要:
煤直接液化工艺大多采用氢气作为氢源,并以循环油为溶剂,本课题与此不同的是通过水煤气变换反应产生的氢气作为氢源,在CO和H2O系统中进行非常规加氢达到煤炭液化的目的。工业上CO的价格远远低于氢气,故可降低煤炭液化的成本,亚临界和超临界水对于有机物有很好的溶解性,用水替代循环油作为溶剂,Rare earth magnets 一方面能进一步降低液化成本,另一方面,对于含水量较高的低阶煤——褐煤,在预处理过程中无需对原料进行干燥,因而可减少褐煤干燥工序,从而节约了投资成本和操作费用,具有现实可行性。
本文以胜利褐煤为主要对象,研究了其在CO/H2O系统中直接液化的工艺条件,包括液化温度、停留时间、煤水比、CO初压、催化剂及其用量以及气氛的影响。以350℃条件下的液化产物为主要研究对象,探讨了液化产物的分离,并对液化油、沥青质和液化固体产物进行了详细的分析和表征。同时还选取淮南煤、小龙潭煤、神华煤和兖州煤做了对比试验,考察和比较了5种煤在CO/H2O系统和H2／四氢萘系统中的液化性能。
通过对胜利煤加氢液化影响因素的考察,得出胜利褐煤在条件为：350℃,3MPa(起始CO初压),反应停留时间45min,煤水比(质量比)1.2,FeS催化剂,催化剂加入量4wt%下,液化总转化率达到67.28%,其中,油产率44.49%,沥青质产率20.39%,气体产率2.4%,剩余部分为残渣和水分。
气体产率较低,通过GC分析,其主要气体产物为CO2、CH4、C2H6、C3H6等烃类气体以及少量的氨气、H2S。对液化油和沥青质进行了GC-MS,FTIR,1H-NMR和13C-NMR分析,与传统的H2／四氢萘系统相比,发现液化产物中大多含有酚类物质。通过核磁氢谱和碳谱,计算了液化油中的H分布和C分布,结合GC-MS和红外分析数据推测了胜利煤的液化产物的分子模型和液化机理。
五种煤在CO/H2O和H2／四氢萘系统中的液化试验表明,CO/H2O系统的煤转化率相对于传统的加氢系统要稍低,在CO/H2O系统中,年轻的胜利褐煤的液化总产率要高于其他高阶煤,并且胜利褐煤的液化油产率和沥青质产率均高于其他煤,说明低价煤更加适合CO/H2O系统中的液化。
通过对5种煤的液化油和沥青质的氢谱分析计算,发现胜利褐煤和小龙潭褐煤含有较多的羟基、羧基和R-O等,通过对5种煤原煤和各阶段残http://www.chinamagnets.biz/渣的顺磁共振分析,随着煤化度的增加,g值呈明显的下降趋势。只有胜利煤的线宽△H小幅下降,其它4个煤种的线宽均上升。小龙潭褐煤Ng值最小,淮南煤的Ng值最高。热解使自由基浓度增加,其中胜利煤和小龙潭煤增幅最大,说明低价煤更容易发生热解产生自由基。
学位年度:2010
作者:徐熠
学位授予单位:华东理工大学
关键词:煤炭直接液化;;褐煤;;CO;;水煤气;;核磁共振;;顺磁共振
摘要:
煤直接液化工艺大多采用氢气作为氢源,并以循环油为溶剂,本课题与此不同的是通过水煤气变换反应产生的氢气作为氢源,在CO和H2O系统中进行非常规加氢达到煤炭液化的目的。工业上CO的价格远远低于氢气,故可降低煤炭液化的成本,亚临界和超临界水对于有机物有很好的溶解性,用水替代循环油作为溶剂,Rare earth magnets 一方面能进一步降低液化成本,另一方面,对于含水量较高的低阶煤——褐煤,在预处理过程中无需对原料进行干燥,因而可减少褐煤干燥工序,从而节约了投资成本和操作费用,具有现实可行性。
本文以胜利褐煤为主要对象,研究了其在CO/H2O系统中直接液化的工艺条件,包括液化温度、停留时间、煤水比、CO初压、催化剂及其用量以及气氛的影响。以350℃条件下的液化产物为主要研究对象,探讨了液化产物的分离,并对液化油、沥青质和液化固体产物进行了详细的分析和表征。同时还选取淮南煤、小龙潭煤、神华煤和兖州煤做了对比试验,考察和比较了5种煤在CO/H2O系统和H2／四氢萘系统中的液化性能。
通过对胜利煤加氢液化影响因素的考察,得出胜利褐煤在条件为：350℃,3MPa(起始CO初压),反应停留时间45min,煤水比(质量比)1.2,FeS催化剂,催化剂加入量4wt%下,液化总转化率达到67.28%,其中,油产率44.49%,沥青质产率20.39%,气体产率2.4%,剩余部分为残渣和水分。
气体产率较低,通过GC分析,其主要气体产物为CO2、CH4、C2H6、C3H6等烃类气体以及少量的氨气、H2S。对液化油和沥青质进行了GC-MS,FTIR,1H-NMR和13C-NMR分析,与传统的H2／四氢萘系统相比,发现液化产物中大多含有酚类物质。通过核磁氢谱和碳谱,计算了液化油中的H分布和C分布,结合GC-MS和红外分析数据推测了胜利煤的液化产物的分子模型和液化机理。
五种煤在CO/H2O和H2／四氢萘系统中的液化试验表明,CO/H2O系统的煤转化率相对于传统的加氢系统要稍低,在CO/H2O系统中,年轻的胜利褐煤的液化总产率要高于其他高阶煤,并且胜利褐煤的液化油产率和沥青质产率均高于其他煤,说明低价煤更加适合CO/H2O系统中的液化。
通过对5种煤的液化油和沥青质的氢谱分析计算,发现胜利褐煤和小龙潭褐煤含有较多的羟基、羧基和R-O等,通过对5种煤原煤和各阶段残http://www.chinamagnets.biz/渣的顺磁共振分析,随着煤化度的增加,g值呈明显的下降趋势。只有胜利煤的线宽△H小幅下降,其它4个煤种的线宽均上升。小龙潭褐煤Ng值最小,淮南煤的Ng值最高。热解使自由基浓度增加,其中胜利煤和小龙潭煤增幅最大,说明低价煤更容易发生热解产生自由基。
学位年度:2010
自催化InP纳米线的MOCVD生长与表征研究
题名:自催化InP纳米线的MOCVD生长与表征研究
作者:于淑珍
学位授予单位:中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
关键词:磷化铟;;纳米线;;自催化法;;金属有机化学气相沉积
摘要:
量子尺寸效应使一维纳米材料表现出能级分立、电导量子化、弹道输运和库仑阻塞等特性,因此半导体纳米线具有优良的电、光、磁等性质。InP是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,直接带隙,其体材料常温禁带宽度1.35eV,电子迁移率高、禁带宽度大、呈现负阻效应。自身材料性质加上纳米材料的特性,使InP纳米线在纳米Rare earth magnets光电器件方面有重要的应用前景。为将InP纳米线材料与成熟的Si半导体集成技术相结合,本论文利用自催化法,在Si(100)衬底上实现了InP纳米线的可控性生长,并利用扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、光致发光和拉曼散射等表征技术研究了InP纳米线的形貌、生长机理、晶体生长取向、晶体结构和光学性质。本论文研究结果包括:
一、优化了In纳米点和InP纳米线的生长条件,获得了直径、形状和长度可控的InP纳米线。
二、验证了自催化InP纳米线的气-液-固生长机理。
三、X射线衍射发现InP纳米线的晶体生长取向<111>。透射电子显微镜和电子衍射结果显示单根InP纳米线具有闪锌矿结构,并存在孪晶面缺陷及其导致的“Z”形表面缺陷。
四、InP纳米线的光致发光能量相对InP体材料发生蓝移,半高宽增大,并且蓝移量和半高宽增大量随着纳米线生长温度的降低而增大。激光热效应对InP纳米线的拉曼TO和LO峰位有显著影响,相对InP体材料,其TO和LO峰拉曼频移减小, http://www.chinamagnets.biz 并且拉曼频移减小量随着激发光功率的降低而减小。
学位年度:2010
作者:于淑珍
学位授予单位:中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
关键词:磷化铟;;纳米线;;自催化法;;金属有机化学气相沉积
摘要:
量子尺寸效应使一维纳米材料表现出能级分立、电导量子化、弹道输运和库仑阻塞等特性,因此半导体纳米线具有优良的电、光、磁等性质。InP是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,直接带隙,其体材料常温禁带宽度1.35eV,电子迁移率高、禁带宽度大、呈现负阻效应。自身材料性质加上纳米材料的特性,使InP纳米线在纳米Rare earth magnets光电器件方面有重要的应用前景。为将InP纳米线材料与成熟的Si半导体集成技术相结合,本论文利用自催化法,在Si(100)衬底上实现了InP纳米线的可控性生长,并利用扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、光致发光和拉曼散射等表征技术研究了InP纳米线的形貌、生长机理、晶体生长取向、晶体结构和光学性质。本论文研究结果包括:
一、优化了In纳米点和InP纳米线的生长条件,获得了直径、形状和长度可控的InP纳米线。
二、验证了自催化InP纳米线的气-液-固生长机理。
三、X射线衍射发现InP纳米线的晶体生长取向<111>。透射电子显微镜和电子衍射结果显示单根InP纳米线具有闪锌矿结构,并存在孪晶面缺陷及其导致的“Z”形表面缺陷。
四、InP纳米线的光致发光能量相对InP体材料发生蓝移,半高宽增大,并且蓝移量和半高宽增大量随着纳米线生长温度的降低而增大。激光热效应对InP纳米线的拉曼TO和LO峰位有显著影响,相对InP体材料,其TO和LO峰拉曼频移减小, http://www.chinamagnets.biz 并且拉曼频移减小量随着激发光功率的降低而减小。
学位年度:2010
聚酰亚胺表面功能化复合材料的制备及结构与性能研究
题名:聚酰亚胺表面功能化复合材料的制备及结构与性能研究
作者:牟书香
学位授予单位:北京化工大学
关键词:聚酰亚胺;;银;;金属氧化物;;薄膜;;纤维;;表面处理;;离子交换
摘要:
聚酰亚胺(PI)是一种具有优异的机械性能、电性能、耐辐射性能和耐热性能的高性能聚合物材料,广泛应用于航空航天、微电子和通讯等高技术领域。科学技术的发展对材料提出了更高更新的要求,材料的研究在不断地朝着高性能化、多功能化和低成本化方向发展。用无机纳米粒子尤其是金属或金属氧化物纳米粒Rare earth magnets子与聚酰亚胺材料进行复合,是目前实现聚酰亚胺材料功能化的一个重要方向,这种复合材料不仅结合了PI各方面的优异性能,同时引入了金属或金属氧化纳米粒子所特有的光、电、磁以及催化等功能特性,在航空航天和微电子等许多领域都具有潜在的应用价值,成为近年来聚酰亚胺材料研究的热点之一。本文采用成品PI材料为基体,利用聚酰亚胺材料不耐水解的特性,通过基于表面改性的一系列方法制备了各种聚酰亚胺/金属或金属氧化物功能复合材料,对复合材料的表面微观形貌,热性能、机械性能以及光电磁等特性进行了表征,考察了各种制备因素对复合材料微观结构与性能的影响,并探讨了相关的机理。
以均苯四酸酐/4,4'-二氨基二苯醚(PMDA/ODA)基的PI薄膜为基体,以Co(NO3)2为钴源,采用表面改性、离子交换和在空气中热处理的方法制备了具有半导体性质和磁性的PI/四氧化三钴(Co3O4)复合薄膜。通过控制表面改性和离子交换的条件,可以在PI薄膜表面生成一层完全连续的Co3O4层,Co3O4粒子的大小为15-40nm,PI/Co3O4复合薄膜的室温表面电阻可降至107Ω。考察了钴离子的载入量对最终复合薄膜的微观结构与性能的影响,讨论了连续的Co3O4层形成的机理。PI/Co3O4复合薄膜保持了PI基体优异的力学性能和热性能,表面Co3O4复合层和聚酰亚胺基体之间具有良好的粘结性。
以PMDA/ODA基的PI薄膜为基体,以Zn(NO3)2为ZnO的前驱体,通过表面改性、离子交换和在空气中热处理的方法制备了PI/ZnO复合薄膜。跟踪了热处理过程中ZnO纳米粒子的形成、生长过程和复合薄膜的光致发光性能,实验结果发现,相比较其它的金属氧化物纳米粒子,氧化锌的形成和生长过程较为缓慢,只有在350℃热处理7h以上,才能在复合薄膜的光致发光光谱上出现ZnO的紫外发射峰。同时研究了碱液处理和锌离子交换条件对锌离子掺杂量、最终复合薄膜的微观结构、光致发光和热性能的影响。所有在350℃热处理7h得到的PI/ZnO复合薄膜的光致发光光谱均呈现一个比较弱的紫外发射峰和一个宽而强的可见光发射峰。PI/ZnO复合薄膜保持了母体PI优异的热稳定性。
通过表面刻蚀离子交换法制备了PI/NiO复合薄膜,由于在热处理过程中有可能发生了聚酰胺酸镍盐的分解和生成的NiO纳米粒子对周围PI的催化降解作用,薄膜表面出现大量微米级的树枝状裂缝缺陷。当在离子交换和热处理过程中引入尿素沉淀处理过程时,可制得表面无明显缺陷的PI/NiO复合薄膜。研究了碱液处理、尿素沉淀处理和热处理条件对复合薄膜微观形貌以及热性能的影响。薄膜的XPS表征证明经尿素处理后在薄膜表面生成了Ni(OH)2,热处理后生成了立方晶型的氧化镍粒子,NiO纳米粒子的大小约为10nM。PI/NiO复合薄膜在室温下呈现顺磁性。聚酰亚胺/NiO复合薄膜保持了母体PI薄膜优异的热稳定性。采用稀氨水溶液在室温下对含有镍离子的PI薄膜进行沉淀处理,热处理后同样可以制得表层NiO粒子均匀分散的PI复合薄膜。
以PMDA-ODA基的PI薄膜为基体,以AgNO3为银源,通过碱液处理、离子交换和在抗坏血酸溶液中室温还原的方法制备了表面银化的PI复合薄膜。考察了薄膜两面的微观形貌、导电性和反射性随碱液处理条件和还原时间的变化。PI/Ag复合薄膜的表面电阻几乎都在1Ω/口以下,薄膜两面的反射率最高可达到92.97%和83.55%。以自制的PMDA-ODA纤维为基体,分别以硝酸银和银氨溶液为银源,用相同的方法制备了表面银化的PI导电纤维。研究了表面处理条件和银盐种类对纤维表面形成连续银层的影响。http://www.chinamagnets.biz/ 研究发现,控制合适的碱液处理和离子交换条件可在PI纤维表面形成完全连续的银层,纤维的表面电阻可降到102Ω/cm左右。以银氨溶液为银源时,PI薄膜的银化效率较高,在很低的银盐浓度(0.04M)和很短的离子交换时间(5min)下即可实现纤维的有效金属化。表面银化的复合薄膜和纤维基本上分别保持了母体PI薄膜和纤维优异的机械性能,且表面银层和PI基体之间具有良好的粘结力。
学位年度:2010
作者:牟书香
学位授予单位:北京化工大学
关键词:聚酰亚胺;;银;;金属氧化物;;薄膜;;纤维;;表面处理;;离子交换
摘要:
聚酰亚胺(PI)是一种具有优异的机械性能、电性能、耐辐射性能和耐热性能的高性能聚合物材料,广泛应用于航空航天、微电子和通讯等高技术领域。科学技术的发展对材料提出了更高更新的要求,材料的研究在不断地朝着高性能化、多功能化和低成本化方向发展。用无机纳米粒子尤其是金属或金属氧化物纳米粒Rare earth magnets子与聚酰亚胺材料进行复合,是目前实现聚酰亚胺材料功能化的一个重要方向,这种复合材料不仅结合了PI各方面的优异性能,同时引入了金属或金属氧化纳米粒子所特有的光、电、磁以及催化等功能特性,在航空航天和微电子等许多领域都具有潜在的应用价值,成为近年来聚酰亚胺材料研究的热点之一。本文采用成品PI材料为基体,利用聚酰亚胺材料不耐水解的特性,通过基于表面改性的一系列方法制备了各种聚酰亚胺/金属或金属氧化物功能复合材料,对复合材料的表面微观形貌,热性能、机械性能以及光电磁等特性进行了表征,考察了各种制备因素对复合材料微观结构与性能的影响,并探讨了相关的机理。
以均苯四酸酐/4,4'-二氨基二苯醚(PMDA/ODA)基的PI薄膜为基体,以Co(NO3)2为钴源,采用表面改性、离子交换和在空气中热处理的方法制备了具有半导体性质和磁性的PI/四氧化三钴(Co3O4)复合薄膜。通过控制表面改性和离子交换的条件,可以在PI薄膜表面生成一层完全连续的Co3O4层,Co3O4粒子的大小为15-40nm,PI/Co3O4复合薄膜的室温表面电阻可降至107Ω。考察了钴离子的载入量对最终复合薄膜的微观结构与性能的影响,讨论了连续的Co3O4层形成的机理。PI/Co3O4复合薄膜保持了PI基体优异的力学性能和热性能,表面Co3O4复合层和聚酰亚胺基体之间具有良好的粘结性。
以PMDA/ODA基的PI薄膜为基体,以Zn(NO3)2为ZnO的前驱体,通过表面改性、离子交换和在空气中热处理的方法制备了PI/ZnO复合薄膜。跟踪了热处理过程中ZnO纳米粒子的形成、生长过程和复合薄膜的光致发光性能,实验结果发现,相比较其它的金属氧化物纳米粒子,氧化锌的形成和生长过程较为缓慢,只有在350℃热处理7h以上,才能在复合薄膜的光致发光光谱上出现ZnO的紫外发射峰。同时研究了碱液处理和锌离子交换条件对锌离子掺杂量、最终复合薄膜的微观结构、光致发光和热性能的影响。所有在350℃热处理7h得到的PI/ZnO复合薄膜的光致发光光谱均呈现一个比较弱的紫外发射峰和一个宽而强的可见光发射峰。PI/ZnO复合薄膜保持了母体PI优异的热稳定性。
通过表面刻蚀离子交换法制备了PI/NiO复合薄膜,由于在热处理过程中有可能发生了聚酰胺酸镍盐的分解和生成的NiO纳米粒子对周围PI的催化降解作用,薄膜表面出现大量微米级的树枝状裂缝缺陷。当在离子交换和热处理过程中引入尿素沉淀处理过程时,可制得表面无明显缺陷的PI/NiO复合薄膜。研究了碱液处理、尿素沉淀处理和热处理条件对复合薄膜微观形貌以及热性能的影响。薄膜的XPS表征证明经尿素处理后在薄膜表面生成了Ni(OH)2,热处理后生成了立方晶型的氧化镍粒子,NiO纳米粒子的大小约为10nM。PI/NiO复合薄膜在室温下呈现顺磁性。聚酰亚胺/NiO复合薄膜保持了母体PI薄膜优异的热稳定性。采用稀氨水溶液在室温下对含有镍离子的PI薄膜进行沉淀处理,热处理后同样可以制得表层NiO粒子均匀分散的PI复合薄膜。
以PMDA-ODA基的PI薄膜为基体,以AgNO3为银源,通过碱液处理、离子交换和在抗坏血酸溶液中室温还原的方法制备了表面银化的PI复合薄膜。考察了薄膜两面的微观形貌、导电性和反射性随碱液处理条件和还原时间的变化。PI/Ag复合薄膜的表面电阻几乎都在1Ω/口以下,薄膜两面的反射率最高可达到92.97%和83.55%。以自制的PMDA-ODA纤维为基体,分别以硝酸银和银氨溶液为银源,用相同的方法制备了表面银化的PI导电纤维。研究了表面处理条件和银盐种类对纤维表面形成连续银层的影响。http://www.chinamagnets.biz/ 研究发现,控制合适的碱液处理和离子交换条件可在PI纤维表面形成完全连续的银层,纤维的表面电阻可降到102Ω/cm左右。以银氨溶液为银源时,PI薄膜的银化效率较高,在很低的银盐浓度(0.04M)和很短的离子交换时间(5min)下即可实现纤维的有效金属化。表面银化的复合薄膜和纤维基本上分别保持了母体PI薄膜和纤维优异的机械性能,且表面银层和PI基体之间具有良好的粘结力。
学位年度:2010
Pickering乳液聚合法制备特殊结构有机—无机纳米复合材料及其应用性能研究
题名:Pickering乳液聚合法制备特殊结构有机—无机纳米复合材料及其应用性能研究
作者:张魁
学位授予单位:北京化工大学
关键词:Pickering乳液;;纳米复合微粒;;微胶囊;;有机-无机复合;;核壳型材料
摘要:
随着界面科学和技术的发展,可以通过“精细结构设计”得到具有各种特殊结构(核-壳、
胶囊等)的纳米复合颗粒,并获得各种Rare earth magnets特有的应用性能,可以更好的使聚合物材料和无机材料的优势
得到互补。目前,针对具体应用的特点和功能对材料进行设计,制备出适合应用性能的材料是科学界
和工业界共同努力的目标。鉴于此,本文采用新颖的Pickering乳液聚合法,制备了具有特殊结构的
聚苯乙烯／二氧化硅复合微球、磁性复合微胶囊、核壳结构聚丙烯酰胺／二氧化硅复合微球以及温
敏性聚N-异丙基丙烯酰胺／聚甲基丙烯酸甲酯／二氧化硅复合微胶囊,并系统地研究了各制备过程
的影响因素、产品的形成机理及应用性能。全文主要研究内容如下：
1.以具有反应性的γ-甲
基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为改性剂对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性,考察了改性溶剂类型
、溶剂中水相pH值、溶剂中水含量、改性剂质量以及改性温度对改性效果(接触角)的影响。研究表
明：环己烷／水混合改性溶剂、弱酸性水相、溶剂中水含量略高于所加硅烷水解所需水量、改性温
度50-70℃,有利于二氧化硅的表面改性。所制备的改性二氧化硅在水中有所团聚,在乙醇中分散性
较好。
2.选择具有反应性的单体苯乙烯作为油相,二氧化硅颗粒作为稳定剂,考察了苯乙烯／水／
二氧化硅的Pickering乳液体系的性质。颗粒的表面润湿性(接触角)与颗粒润湿顺序对颗粒在油水(
苯乙烯,水)体系中所处的位置以及所制备乳液的类型都有明显影响。具有强亲水(接触角为9.2°)
或强疏水(接触角为128.5°)表面的颗粒完全分散在水相或苯乙烯相中,不能起到稳定乳液的作用,
只有具有适中润湿性的颗粒能够稳定乳液。用适中亲水性(接触角41.5°)的固体颗粒作为稳定剂,
制备了O／W型乳液体系,实验结果表明,二氧化硅颗粒表面电荷越低或固体颗粒浓度越高或乳液所处
温度越低,有利于Pickering乳液稳定性的提高。乳液液滴粒径随着固体颗粒浓度的增加而减小。
3.以苯乙烯作为内相,去离子水作为连续相,改性二氧化硅作为稳定剂,采用O／W型Pickering乳液聚
合法成功制备了核壳结构的聚苯乙烯／二氧化硅纳米复合微球。借助于TEM、SEM、IR、TG以及XPS
等测试手段对其进行了表征。结果表明：在复合微球结构中,苯乙烯球为核,氧化硅颗粒为壳,微球
粒径为1-1.4μm左右；通过调节固体颗粒浓度或颗粒表面润湿性或颗粒表面电荷电量可以影响
Pickering乳液聚合过程,得到两种不同结构的产物：核壳结构复合微球或聚苯乙烯球与二氧化硅共
混物。经测试,核壳结构复合微球较聚苯乙烯球与二氧化硅共混物具有更高的分解温度。
4.用改
进的Pickering乳液聚合法,成功制备了具有磁性的复合微胶囊。磁性复合微胶囊粒径在0.8-2μm左
右,壁厚为140nm左右,微胶囊囊壁具有双层结构：外层为二氧化硅固体颗粒层,内层为聚合物层,而
且磁性颗粒定位于聚合物层中。复合微胶囊具有超顺磁性,分散在溶液中时,能够被外加磁铁富集。
采用原位载药的复合微胶囊在释放溶剂中具有药物缓释性能。
5.以丙烯酰胺水溶液作为内相,液
态石蜡作为连续相,改性二氧化硅颗粒作为稳定剂,采用反相Pickering乳液聚合法成功制备了聚丙
烯酰胺／二氧化硅复合微球。复合微球粒径约在2-4μm左右,聚丙烯酰胺为核、二氧化硅为壳。制
备过程中,丙烯酰胺浓度和固体颗粒浓度对于聚丙烯酰胺／二氧化硅复合微球的形成有显著影响。
聚丙烯酰胺／二氧化硅复合微球对废水中Hg2+有较强的吸附性能,复合微球对Hg2+的吸附在弱酸条
件下效果较好,受吸附温度影响不大。吸附温度在30℃时,复合微球的吸附等温线可以用Langmuir等
温方程很好的拟合。另外,复合微球对Hg2+吸附过程符合拟一级吸附动力学模型。
6.以N-
异丙基丙烯酰胺水溶液作为内相,液态石蜡作为连续相,甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯作为外相单体
,改性二氧化硅颗粒作为稳定剂,采用反相Pickering乳液聚合法成功制备了具有温敏性的聚N-异丙
基丙烯酰胺／聚甲基丙烯酸甲酯／二氧化硅复合微胶囊。复合微胶囊粒径为3μm左右。微胶囊囊壁
具有双层结构,外层为二氧化硅固体颗粒层,内层为聚合物层,总厚度约为290nm。微胶囊具有温敏性
并且其壁层厚度可以通过改变聚合前所加入甲基丙烯酸甲酯的质量进行调节。复合微胶囊可以作为
药物载体,在药物释放过程中,可以通过http://www.chinamagnets.biz/控制微胶囊壁厚或调节释放溶剂温度来调控药物的释放速率
。
7.尝试利用旋转填充床作为乳化设备制备反相Pickering乳液。固体颗粒浓度、旋转填充
床转速以及循环时间对所制备Pickering乳液稳定性均有影响。在一定条件下,较高的固体颗粒浓度
或较快旋转填充床转速或较长的循环时间有利于Pickering乳液稳定性的提高。所形成乳液液滴的
粒径随着所用固体颗粒浓度的增加或旋转填充床转速的提高或循环时间的延长而变小。
学位年度:2010
作者:张魁
学位授予单位:北京化工大学
关键词:Pickering乳液;;纳米复合微粒;;微胶囊;;有机-无机复合;;核壳型材料
摘要:
随着界面科学和技术的发展,可以通过“精细结构设计”得到具有各种特殊结构(核-壳、
胶囊等)的纳米复合颗粒,并获得各种Rare earth magnets特有的应用性能,可以更好的使聚合物材料和无机材料的优势
得到互补。目前,针对具体应用的特点和功能对材料进行设计,制备出适合应用性能的材料是科学界
和工业界共同努力的目标。鉴于此,本文采用新颖的Pickering乳液聚合法,制备了具有特殊结构的
聚苯乙烯／二氧化硅复合微球、磁性复合微胶囊、核壳结构聚丙烯酰胺／二氧化硅复合微球以及温
敏性聚N-异丙基丙烯酰胺／聚甲基丙烯酸甲酯／二氧化硅复合微胶囊,并系统地研究了各制备过程
的影响因素、产品的形成机理及应用性能。全文主要研究内容如下：
1.以具有反应性的γ-甲
基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷为改性剂对纳米二氧化硅颗粒进行表面改性,考察了改性溶剂类型
、溶剂中水相pH值、溶剂中水含量、改性剂质量以及改性温度对改性效果(接触角)的影响。研究表
明：环己烷／水混合改性溶剂、弱酸性水相、溶剂中水含量略高于所加硅烷水解所需水量、改性温
度50-70℃,有利于二氧化硅的表面改性。所制备的改性二氧化硅在水中有所团聚,在乙醇中分散性
较好。
2.选择具有反应性的单体苯乙烯作为油相,二氧化硅颗粒作为稳定剂,考察了苯乙烯／水／
二氧化硅的Pickering乳液体系的性质。颗粒的表面润湿性(接触角)与颗粒润湿顺序对颗粒在油水(
苯乙烯,水)体系中所处的位置以及所制备乳液的类型都有明显影响。具有强亲水(接触角为9.2°)
或强疏水(接触角为128.5°)表面的颗粒完全分散在水相或苯乙烯相中,不能起到稳定乳液的作用,
只有具有适中润湿性的颗粒能够稳定乳液。用适中亲水性(接触角41.5°)的固体颗粒作为稳定剂,
制备了O／W型乳液体系,实验结果表明,二氧化硅颗粒表面电荷越低或固体颗粒浓度越高或乳液所处
温度越低,有利于Pickering乳液稳定性的提高。乳液液滴粒径随着固体颗粒浓度的增加而减小。
3.以苯乙烯作为内相,去离子水作为连续相,改性二氧化硅作为稳定剂,采用O／W型Pickering乳液聚
合法成功制备了核壳结构的聚苯乙烯／二氧化硅纳米复合微球。借助于TEM、SEM、IR、TG以及XPS
等测试手段对其进行了表征。结果表明：在复合微球结构中,苯乙烯球为核,氧化硅颗粒为壳,微球
粒径为1-1.4μm左右；通过调节固体颗粒浓度或颗粒表面润湿性或颗粒表面电荷电量可以影响
Pickering乳液聚合过程,得到两种不同结构的产物：核壳结构复合微球或聚苯乙烯球与二氧化硅共
混物。经测试,核壳结构复合微球较聚苯乙烯球与二氧化硅共混物具有更高的分解温度。
4.用改
进的Pickering乳液聚合法,成功制备了具有磁性的复合微胶囊。磁性复合微胶囊粒径在0.8-2μm左
右,壁厚为140nm左右,微胶囊囊壁具有双层结构：外层为二氧化硅固体颗粒层,内层为聚合物层,而
且磁性颗粒定位于聚合物层中。复合微胶囊具有超顺磁性,分散在溶液中时,能够被外加磁铁富集。
采用原位载药的复合微胶囊在释放溶剂中具有药物缓释性能。
5.以丙烯酰胺水溶液作为内相,液
态石蜡作为连续相,改性二氧化硅颗粒作为稳定剂,采用反相Pickering乳液聚合法成功制备了聚丙
烯酰胺／二氧化硅复合微球。复合微球粒径约在2-4μm左右,聚丙烯酰胺为核、二氧化硅为壳。制
备过程中,丙烯酰胺浓度和固体颗粒浓度对于聚丙烯酰胺／二氧化硅复合微球的形成有显著影响。
聚丙烯酰胺／二氧化硅复合微球对废水中Hg2+有较强的吸附性能,复合微球对Hg2+的吸附在弱酸条
件下效果较好,受吸附温度影响不大。吸附温度在30℃时,复合微球的吸附等温线可以用Langmuir等
温方程很好的拟合。另外,复合微球对Hg2+吸附过程符合拟一级吸附动力学模型。
6.以N-
异丙基丙烯酰胺水溶液作为内相,液态石蜡作为连续相,甲基丙烯酸甲酯和二乙烯基苯作为外相单体
,改性二氧化硅颗粒作为稳定剂,采用反相Pickering乳液聚合法成功制备了具有温敏性的聚N-异丙
基丙烯酰胺／聚甲基丙烯酸甲酯／二氧化硅复合微胶囊。复合微胶囊粒径为3μm左右。微胶囊囊壁
具有双层结构,外层为二氧化硅固体颗粒层,内层为聚合物层,总厚度约为290nm。微胶囊具有温敏性
并且其壁层厚度可以通过改变聚合前所加入甲基丙烯酸甲酯的质量进行调节。复合微胶囊可以作为
药物载体,在药物释放过程中,可以通过http://www.chinamagnets.biz/控制微胶囊壁厚或调节释放溶剂温度来调控药物的释放速率
。
7.尝试利用旋转填充床作为乳化设备制备反相Pickering乳液。固体颗粒浓度、旋转填充
床转速以及循环时间对所制备Pickering乳液稳定性均有影响。在一定条件下,较高的固体颗粒浓度
或较快旋转填充床转速或较长的循环时间有利于Pickering乳液稳定性的提高。所形成乳液液滴的
粒径随着所用固体颗粒浓度的增加或旋转填充床转速的提高或循环时间的延长而变小。
学位年度:2010
2011年8月22日星期一
MicroRNAs在慢性淋巴增殖性疾病中的表达及其在慢性淋巴细胞白血病预后中的意义研究
题名:MicroRNAs在慢性淋巴增殖性疾病中的表达及其在慢性淋巴细胞白血病预后中的意义研究
作者:周可树
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:microRNA;;慢性淋巴细胞白血病;;套细胞淋巴瘤;;脾边缘区淋巴瘤;;预后
摘要:
背景与目的：最近几年,一类新的小分子RNA,microRNA(亦称miR),引起了科学研究者的极大关注。近来的研究发现,microRNAs的异常表达在血液系统恶性肿瘤的发病中起到重要作用,其在慢性淋巴细胞白血病的发病及预后中的作用尤其受到重视。在其他恶性淋巴增殖性疾病中,microRNAs与疾病的关系也得到了初Fridge magnets步的研究。有作者报道可以根据microRNA表达谱的不同,对疾病进行鉴别诊断。本研究旨在通过实时定量PCR的方法检测miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a在我国慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤患者CD19+B淋巴细胞中的表达情况,并与正常人进行比较,观察不同疾病之间及不同疾病与正常人之间有无差异；同时对这5个microRNA在慢性淋巴细胞白血病中是否具有预后意义进行分析。
方法：慢性淋巴细胞白血病53例,套细胞淋巴瘤(Ⅳ期患者)13例,脾边缘区淋巴瘤(Ⅳ期患者)9例,正常人标本12例。标本主要为外周血(78例),少部分为骨髓(9例)。常规分离单个核细胞,并行CD19磁珠分选。应用mirVanaTM miRNA Isolation Kit提取CD19+细胞的总RNA,然后应用Taqman microRNA RT Kit及miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155、miR-146a及内对照RNU48逆转录引物将每例标本的RNA(每个miR应用10ng)逆转录为cDNA,采用TaqMan探针法进行每例标本5个microRNA及内对照的相对实时定量PCR检测。校正器选用Namalwa细胞系,PCR结果采用2-△△Ct法进行分析。应用SPSS 16.0软件进行统计学分析。慢性淋巴细胞白血病疾病不同分期间及各不同诊断之间microRNAs平均水平的比较应用单因素方差分析,并进一步用最小显著差法进行两两比较；慢性淋巴细胞白血病各不同预后分组间microRNAs平均水平的比较,采用两独立样本t检验。在慢性淋巴细胞白血病患者,采用ROC曲线方法,根据IgVH的突变状态寻找microRNAs的适宜切点,应用Kaplan-Meier方法绘制生存曲线,组间的中位生存期比较采用log-rank检验。检验水准α均取0.05。
结果：
一、miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a在慢性淋巴细胞白血病中的表达及其预后意义：
1.慢性淋巴细胞白血病不同Rai分期及Binet分期之间miR-29c、miR-150、miR-223的表达均有显著性差异(P<0.05),均随疾病进展下调；β2微球蛋白升高组患者miR-223的表达水平显著下调(P=0.045)。
2.miR-29c、miR-223在疾病进展组患者与未进展组患者及死亡组患者与未死亡组患者之间的表达有显著性差异(P<0.05)。
3.IgVH突变组患者与未突变组患者间miR-223、miR-155的表达有显著性差异(P<0.05)。
4.miR-223在13q-阳性组患者的表达显著高于13q-阴性组(P=0.044)。
5.CD38阳性组患者与阴性组患者之间miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155和miR-146a的表达无统计学差异(P>0.05)。
6.所有患者中位随访时间12个月(4-92月)。IgVH突变组患者的中位疾病无进展生存期为90个月,高于IgVH未突变组的7个月(P=0.000)；IgVH突变组患者的中位总生存期为92个月,高于IgVH未突变组的36个月(P=0.015)；根据IgVH突变状态采用ROC曲线方法,将miR-29c、miR-223的表达分为阳性组及阴性组。miR-29c阳性组患者的中位疾病无进展生存期为36个月,高于miR-29c阴性组的9个月(P=0.003),miR-29c阳性组患者与阴性组患者的中位总生存期尚无统计学差异(P=0.088)；miR-223阳性组患者的中位疾病无进展生存期为48个月,高于miR-223阴性组的9个月(P=0.001),miR-223阳性组患者截至http://www.chinamagnets.biz/about.php随访结束,尚无1例死亡。
二、不同慢性淋巴增殖性疾病及正常人之间miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a表达水平比较：
1.miR-29c、miR-150及miR-223在套细胞淋巴瘤的表达较在慢性淋巴细胞白血病及脾边缘区淋巴瘤显著下调(P<0.05),而其在慢性淋巴细胞白血病与脾边缘区淋巴瘤之间表达无统计学差异(P>0.05)。
2.miR-155在慢性淋巴细胞白血病的表达显著高于套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤(P<0.05)；脾边缘区淋巴瘤中miR-146a的表达显著高于慢性淋巴细胞白血病及套细胞淋巴瘤(P<0.05)。
3.脾边缘区淋巴瘤患者中miR-29c的表达水平较正常人显著升高(P=0.035),套细胞淋巴瘤患者中miR-150的表达较正常人显著下调(P=0.004),而miR-223的表达在慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤则显著低于正常人(P<0.05)。
结论：
1.miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a在慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤之间表达水平有显著性差异。
2.慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤患者的miR-223表达显著低于其在正常人B淋巴细胞中的表达,提示其可能在慢性淋巴增殖性疾病的发病机制中起重要作用。
3.miR-29c、miR-223在慢性淋巴细胞白血病患者中与疾病肿瘤负荷明显相关,并随疾病进展显著下调,且与患者预后相关,是慢性淋巴细胞白血病新的较为可靠的预后指标。
学位年度:2010
作者:周可树
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:microRNA;;慢性淋巴细胞白血病;;套细胞淋巴瘤;;脾边缘区淋巴瘤;;预后
摘要:
背景与目的：最近几年,一类新的小分子RNA,microRNA(亦称miR),引起了科学研究者的极大关注。近来的研究发现,microRNAs的异常表达在血液系统恶性肿瘤的发病中起到重要作用,其在慢性淋巴细胞白血病的发病及预后中的作用尤其受到重视。在其他恶性淋巴增殖性疾病中,microRNAs与疾病的关系也得到了初Fridge magnets步的研究。有作者报道可以根据microRNA表达谱的不同,对疾病进行鉴别诊断。本研究旨在通过实时定量PCR的方法检测miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a在我国慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤患者CD19+B淋巴细胞中的表达情况,并与正常人进行比较,观察不同疾病之间及不同疾病与正常人之间有无差异；同时对这5个microRNA在慢性淋巴细胞白血病中是否具有预后意义进行分析。
方法：慢性淋巴细胞白血病53例,套细胞淋巴瘤(Ⅳ期患者)13例,脾边缘区淋巴瘤(Ⅳ期患者)9例,正常人标本12例。标本主要为外周血(78例),少部分为骨髓(9例)。常规分离单个核细胞,并行CD19磁珠分选。应用mirVanaTM miRNA Isolation Kit提取CD19+细胞的总RNA,然后应用Taqman microRNA RT Kit及miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155、miR-146a及内对照RNU48逆转录引物将每例标本的RNA(每个miR应用10ng)逆转录为cDNA,采用TaqMan探针法进行每例标本5个microRNA及内对照的相对实时定量PCR检测。校正器选用Namalwa细胞系,PCR结果采用2-△△Ct法进行分析。应用SPSS 16.0软件进行统计学分析。慢性淋巴细胞白血病疾病不同分期间及各不同诊断之间microRNAs平均水平的比较应用单因素方差分析,并进一步用最小显著差法进行两两比较；慢性淋巴细胞白血病各不同预后分组间microRNAs平均水平的比较,采用两独立样本t检验。在慢性淋巴细胞白血病患者,采用ROC曲线方法,根据IgVH的突变状态寻找microRNAs的适宜切点,应用Kaplan-Meier方法绘制生存曲线,组间的中位生存期比较采用log-rank检验。检验水准α均取0.05。
结果：
一、miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a在慢性淋巴细胞白血病中的表达及其预后意义：
1.慢性淋巴细胞白血病不同Rai分期及Binet分期之间miR-29c、miR-150、miR-223的表达均有显著性差异(P<0.05),均随疾病进展下调；β2微球蛋白升高组患者miR-223的表达水平显著下调(P=0.045)。
2.miR-29c、miR-223在疾病进展组患者与未进展组患者及死亡组患者与未死亡组患者之间的表达有显著性差异(P<0.05)。
3.IgVH突变组患者与未突变组患者间miR-223、miR-155的表达有显著性差异(P<0.05)。
4.miR-223在13q-阳性组患者的表达显著高于13q-阴性组(P=0.044)。
5.CD38阳性组患者与阴性组患者之间miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155和miR-146a的表达无统计学差异(P>0.05)。
6.所有患者中位随访时间12个月(4-92月)。IgVH突变组患者的中位疾病无进展生存期为90个月,高于IgVH未突变组的7个月(P=0.000)；IgVH突变组患者的中位总生存期为92个月,高于IgVH未突变组的36个月(P=0.015)；根据IgVH突变状态采用ROC曲线方法,将miR-29c、miR-223的表达分为阳性组及阴性组。miR-29c阳性组患者的中位疾病无进展生存期为36个月,高于miR-29c阴性组的9个月(P=0.003),miR-29c阳性组患者与阴性组患者的中位总生存期尚无统计学差异(P=0.088)；miR-223阳性组患者的中位疾病无进展生存期为48个月,高于miR-223阴性组的9个月(P=0.001),miR-223阳性组患者截至http://www.chinamagnets.biz/about.php随访结束,尚无1例死亡。
二、不同慢性淋巴增殖性疾病及正常人之间miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a表达水平比较：
1.miR-29c、miR-150及miR-223在套细胞淋巴瘤的表达较在慢性淋巴细胞白血病及脾边缘区淋巴瘤显著下调(P<0.05),而其在慢性淋巴细胞白血病与脾边缘区淋巴瘤之间表达无统计学差异(P>0.05)。
2.miR-155在慢性淋巴细胞白血病的表达显著高于套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤(P<0.05)；脾边缘区淋巴瘤中miR-146a的表达显著高于慢性淋巴细胞白血病及套细胞淋巴瘤(P<0.05)。
3.脾边缘区淋巴瘤患者中miR-29c的表达水平较正常人显著升高(P=0.035),套细胞淋巴瘤患者中miR-150的表达较正常人显著下调(P=0.004),而miR-223的表达在慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤则显著低于正常人(P<0.05)。
结论：
1.miR-29c、miR-150、miR-223、miR-155及miR-146a在慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤之间表达水平有显著性差异。
2.慢性淋巴细胞白血病、套细胞淋巴瘤及脾边缘区淋巴瘤患者的miR-223表达显著低于其在正常人B淋巴细胞中的表达,提示其可能在慢性淋巴增殖性疾病的发病机制中起重要作用。
3.miR-29c、miR-223在慢性淋巴细胞白血病患者中与疾病肿瘤负荷明显相关,并随疾病进展显著下调,且与患者预后相关,是慢性淋巴细胞白血病新的较为可靠的预后指标。
学位年度:2010
甲状腺相关性眼病B淋巴细胞和眼眶成纤维细胞的复合培养及其调控
题名:甲状腺相关性眼病B淋巴细胞和眼眶成纤维细胞的复合培养及其调控
作者:王韧琰
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:甲状腺相关眼病;;B淋巴细胞;;眼眶成纤维细胞;;细胞因子;;趋化因子;;胰岛素样生长因子-1受体;;利妥昔单抗
摘要:
目的
1.分离、培养和鉴定人外周血B淋巴细胞和眼眶成纤维细胞,复合培养两细胞,建立起具有自身免疫特性的甲状腺相关眼病(TAO)体外复Fridge magnets合培养的细胞模型。为进一步研究B细胞和眼眶成纤维细胞之间的相互作用,且证明B细胞在TAO的发病机制中起到一定的作用奠定基础。
2.通过体外观察眼眶成纤维细胞胰岛素生长因子-1受体(IGF-1R)的表达,动态、定量检测复合培养细胞模型中炎性细胞因子和趋化因子的表达,探讨TAO可能的发病机制。
3.通过应用B细胞抑制剂利妥昔单抗(Rituximab, RTX)和IGF-1R的结合蛋白,调控复合培养细胞模型中的炎性细胞因子和趋化因子,从而探讨TAO细胞学和分子生物学不同水平上的发病机制,为临床治疗提供新的思路。
方法
1.原代培养15例TAO患者及15例正常人的眼眶成纤维细胞,免疫组化法鉴定其性质,MTT法描绘细胞生长曲线；用免疫磁珠分离外周血技术+CpG刺激+细胞培养法,纯化、培养10例TAO患者及10例正常人的外周血B淋巴细胞,流式细胞术鉴定其性质及纯度。按成纤维细胞与B细胞1：20的比例建立复合培养细胞模型。
2.流式细胞仪及共聚焦显微镜观察比较正常人和TAO患者眼眶成纤维细胞IGF-1R的差别。ELISA法比较各组复合培养细胞模型24h、48h、72h炎性细胞因子IL-6和趋化因子RATNTES的表达。
3.MTS法比较不同作用浓度及不同作用时间B细胞抑制物RTX对B细胞的抑制作用；ELISA法观察RTX和IGF-1R结合蛋白作用于复合培养细胞后对IL-6和RANTES表达的抑制作用。
结果
1.体外成功培养并鉴定了眼眶成纤维细胞及外周血B淋巴细胞,建立了TAO复合培养细胞模型。
2.流式细胞术和共聚焦显微观察均发现TAO患者的眼眶成纤维细胞上IGF-1R的表达明显高于正常人。
3.24h复合培养各实验组的IL-6和RANTES的表达均升高,其中T+T组(甲状腺相关眼病患者的B淋巴细胞与患者的眼眶成纤维细胞复合培养组)的IL-6和RANTES水平最高。
4.用RTX、IGF-1R结合蛋白作用于T+T组复合培养的细胞模型,在48h上清液中检测到的炎性细胞因子IL-6和趋化因子RANTES的浓度明显降低。
结论
1.本课题建立的TAO眼眶成纤维细胞和B淋巴细胞复合培养的模型,对自身免疫性疾病有一定的针对性,证明了B淋巴细胞与http://www.chinamagnets.biz/about.php眼眶成纤维细胞之间的相互作用在TAO的发病机制中起到一定作用。
2.IGF-1R可能是OF和B细胞的作用通路,IGF-1R介导了GD和TAO的发展,阻滞IGF-1R可以降低TAO的局部炎症反应。
3. B细胞抑制药物RTX在TAO中的应用,可能对抑制疾病局部的炎症反应有一定作用,这可能成为TAO治疗的新途径。
学位年度:2010
作者:王韧琰
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:甲状腺相关眼病;;B淋巴细胞;;眼眶成纤维细胞;;细胞因子;;趋化因子;;胰岛素样生长因子-1受体;;利妥昔单抗
摘要:
目的
1.分离、培养和鉴定人外周血B淋巴细胞和眼眶成纤维细胞,复合培养两细胞,建立起具有自身免疫特性的甲状腺相关眼病(TAO)体外复Fridge magnets合培养的细胞模型。为进一步研究B细胞和眼眶成纤维细胞之间的相互作用,且证明B细胞在TAO的发病机制中起到一定的作用奠定基础。
2.通过体外观察眼眶成纤维细胞胰岛素生长因子-1受体(IGF-1R)的表达,动态、定量检测复合培养细胞模型中炎性细胞因子和趋化因子的表达,探讨TAO可能的发病机制。
3.通过应用B细胞抑制剂利妥昔单抗(Rituximab, RTX)和IGF-1R的结合蛋白,调控复合培养细胞模型中的炎性细胞因子和趋化因子,从而探讨TAO细胞学和分子生物学不同水平上的发病机制,为临床治疗提供新的思路。
方法
1.原代培养15例TAO患者及15例正常人的眼眶成纤维细胞,免疫组化法鉴定其性质,MTT法描绘细胞生长曲线；用免疫磁珠分离外周血技术+CpG刺激+细胞培养法,纯化、培养10例TAO患者及10例正常人的外周血B淋巴细胞,流式细胞术鉴定其性质及纯度。按成纤维细胞与B细胞1：20的比例建立复合培养细胞模型。
2.流式细胞仪及共聚焦显微镜观察比较正常人和TAO患者眼眶成纤维细胞IGF-1R的差别。ELISA法比较各组复合培养细胞模型24h、48h、72h炎性细胞因子IL-6和趋化因子RATNTES的表达。
3.MTS法比较不同作用浓度及不同作用时间B细胞抑制物RTX对B细胞的抑制作用；ELISA法观察RTX和IGF-1R结合蛋白作用于复合培养细胞后对IL-6和RANTES表达的抑制作用。
结果
1.体外成功培养并鉴定了眼眶成纤维细胞及外周血B淋巴细胞,建立了TAO复合培养细胞模型。
2.流式细胞术和共聚焦显微观察均发现TAO患者的眼眶成纤维细胞上IGF-1R的表达明显高于正常人。
3.24h复合培养各实验组的IL-6和RANTES的表达均升高,其中T+T组(甲状腺相关眼病患者的B淋巴细胞与患者的眼眶成纤维细胞复合培养组)的IL-6和RANTES水平最高。
4.用RTX、IGF-1R结合蛋白作用于T+T组复合培养的细胞模型,在48h上清液中检测到的炎性细胞因子IL-6和趋化因子RANTES的浓度明显降低。
结论
1.本课题建立的TAO眼眶成纤维细胞和B淋巴细胞复合培养的模型,对自身免疫性疾病有一定的针对性,证明了B淋巴细胞与http://www.chinamagnets.biz/about.php眼眶成纤维细胞之间的相互作用在TAO的发病机制中起到一定作用。
2.IGF-1R可能是OF和B细胞的作用通路,IGF-1R介导了GD和TAO的发展,阻滞IGF-1R可以降低TAO的局部炎症反应。
3. B细胞抑制药物RTX在TAO中的应用,可能对抑制疾病局部的炎症反应有一定作用,这可能成为TAO治疗的新途径。
学位年度:2010
脑梗塞出血性转化的MR分型与预后相关性研究
题名:脑梗塞出血性转化的MR分型与预后相关性研究
作者:卑贵光
学位授予单位:中国医科大学
关键词:磁共振成像;;出血性脑梗塞;;脑梗塞
摘要:
脑梗塞出血性转化的MR分型与预后相关性研究
目的
(1)建立脑梗塞出血性转化(HT)的磁共振(MR)分型方法,(2)验证其与临床预后的相关性,(3)确定脑梗塞、HT发生和预Fridge magnets后不良的危险因素。
方法
回顾性分析2007年10月～2009年11月在我院诊治的421例MR检查弥散加权(DWI)有高信号病灶的急性脑梗塞病例,依据自定MR分型方法对其中的31例HT进行分型,并与三个月后神经功能修订的Rankin量表(mRs)评分进行相关性研究,对伴或不伴有HT的脑梗塞患者的预后相关性进行单因素分析,并进行X2检验,两组间比较用t检验,对单因素分析有显著性差异的因素进行多因素logisitic回归分析,P<0.05为差异有统计学意义。
结果
在421个病例中,31例(7.4%)发生HT,其中Ⅰ级1人(0.24%),梗塞位于前循环或后循环,直径小于1.5 cm,伴有点状、多点状或皮质出血；Ⅱ级9人(2.1%),梗塞位于大脑前动脉(ACA)、或中动脉(MCA)单一皮质支供血区域,或包括深支,直径大于1.5 cm,未累及单支全部供血区域,伴有点状、斑片状或皮质出血；Ⅲ级4人(0.95%),梗塞位于脑干或小脑,直径大于1.5cm,伴有点状或斑片状出血；Ⅳ级14人(3.3%),梗塞位于ACA或MCA单侧单支全部供血区域,或同时累及两支以上大动脉供血区域,伴点状、斑片状或皮质出血,无占位效应；Ⅴ级3人(0.7%),梗塞位于ACA或MCA单侧单支全部供血区域,或同时累及两支以上大动脉供血区域,伴血肿形成,有占位效应。三个月后神经功能mRs评分,165人(39.2%)出现神经功能减退(mRs 3-5)或死亡,其中35人(8.3%)死亡,发生HT的31人中,有20人(4.8%)出现神经功能减退或死亡。多因素logisitic回归分析,Ⅲ级HT(OR1.46；95%CI 1.33-1.52),Ⅳ级HT(OR1.94；95%CI 1.82-2.17),V级HT(OR4.25；95%CI 4.02-4.45)与预后不良明显相关。重度Ⅰ型梗塞(OR4.78；95%CI 4.62-5.25)、再次中风发病(OR3.25；95%CI 3.05-3.56)、高血压(OR2.58；95%CI 2.36-2.82)、糖尿病(OR3.25；95%CI3.05-3.56)、NIHSS(OR1.23：95%CI 1.15-1.33)是HT发生的危险因素。
结论
7.4%急性脑梗塞病例发生出血性转化,脑干或小脑HT、大面积梗塞HT与预后不良显著相关；重度Ⅰ型梗塞、再次中风发病、http://www.chinamagnets.biz/about.php高血压、糖尿病和NIHSS是HT发生的独立危险因素。急性脑梗塞出血转化的MR分型与预后有良好的相关性。
学位年度:2010
作者:卑贵光
学位授予单位:中国医科大学
关键词:磁共振成像;;出血性脑梗塞;;脑梗塞
摘要:
脑梗塞出血性转化的MR分型与预后相关性研究
目的
(1)建立脑梗塞出血性转化(HT)的磁共振(MR)分型方法,(2)验证其与临床预后的相关性,(3)确定脑梗塞、HT发生和预Fridge magnets后不良的危险因素。
方法
回顾性分析2007年10月～2009年11月在我院诊治的421例MR检查弥散加权(DWI)有高信号病灶的急性脑梗塞病例,依据自定MR分型方法对其中的31例HT进行分型,并与三个月后神经功能修订的Rankin量表(mRs)评分进行相关性研究,对伴或不伴有HT的脑梗塞患者的预后相关性进行单因素分析,并进行X2检验,两组间比较用t检验,对单因素分析有显著性差异的因素进行多因素logisitic回归分析,P<0.05为差异有统计学意义。
结果
在421个病例中,31例(7.4%)发生HT,其中Ⅰ级1人(0.24%),梗塞位于前循环或后循环,直径小于1.5 cm,伴有点状、多点状或皮质出血；Ⅱ级9人(2.1%),梗塞位于大脑前动脉(ACA)、或中动脉(MCA)单一皮质支供血区域,或包括深支,直径大于1.5 cm,未累及单支全部供血区域,伴有点状、斑片状或皮质出血；Ⅲ级4人(0.95%),梗塞位于脑干或小脑,直径大于1.5cm,伴有点状或斑片状出血；Ⅳ级14人(3.3%),梗塞位于ACA或MCA单侧单支全部供血区域,或同时累及两支以上大动脉供血区域,伴点状、斑片状或皮质出血,无占位效应；Ⅴ级3人(0.7%),梗塞位于ACA或MCA单侧单支全部供血区域,或同时累及两支以上大动脉供血区域,伴血肿形成,有占位效应。三个月后神经功能mRs评分,165人(39.2%)出现神经功能减退(mRs 3-5)或死亡,其中35人(8.3%)死亡,发生HT的31人中,有20人(4.8%)出现神经功能减退或死亡。多因素logisitic回归分析,Ⅲ级HT(OR1.46；95%CI 1.33-1.52),Ⅳ级HT(OR1.94；95%CI 1.82-2.17),V级HT(OR4.25；95%CI 4.02-4.45)与预后不良明显相关。重度Ⅰ型梗塞(OR4.78；95%CI 4.62-5.25)、再次中风发病(OR3.25；95%CI 3.05-3.56)、高血压(OR2.58；95%CI 2.36-2.82)、糖尿病(OR3.25；95%CI3.05-3.56)、NIHSS(OR1.23：95%CI 1.15-1.33)是HT发生的危险因素。
结论
7.4%急性脑梗塞病例发生出血性转化,脑干或小脑HT、大面积梗塞HT与预后不良显著相关；重度Ⅰ型梗塞、再次中风发病、http://www.chinamagnets.biz/about.php高血压、糖尿病和NIHSS是HT发生的独立危险因素。急性脑梗塞出血转化的MR分型与预后有良好的相关性。
学位年度:2010
针对Hh信号通路的人恶性胶质瘤靶向治疗的实验研究
题名:针对Hh信号通路的人恶性胶质瘤靶向治疗的实验研究
作者:马力
学位授予单位:浙江大学
关键词:胶质瘤;;肿瘤干细胞;;CD133;;免疫磁珠分选;;Gli1;; Hedgehog
摘要:
[研究背景]
胶质瘤是颅内最常见恶性肿瘤,其中病理分级为WHOⅢ-Ⅳ级的恶性胶质瘤,病情进展迅速,复发快,预后差。目前手术结合放、化疗的综合治疗是经典的治疗方法,但对于恶性胶质瘤患者的总体预后改善有限,主要原因在于难以避免Fridge magnets的肿瘤复发。恶性胶质瘤的化疗是重要的辅助治疗手段,然而由于传统化疗药物的非特异性、细胞毒性和肿瘤本身的耐药性使得该类药物的总体疗效欠佳。近年来发现许多肿瘤的发生发展与特定信号通路的异常激活密切相关,因此以细胞特定受体、关键基因和调控分子为靶点的辅助治疗具有良好的应用前景。
肿瘤干细胞假说认为在肿瘤细胞中仅有一小部分细胞具有自我更新、无限增殖、多向分化潜能的干细胞样特性,它们是肿瘤发生,转移和复发的根源。已经发现胶质瘤中也存在着这样一类以CD133阳性作为标记的脑肿瘤干细胞(BTSCs),并且证明其具有高度的耐药性、抗凋亡能力以及侵袭能力。这些肿瘤干细胞应该是今后恶性胶质瘤靶向治疗的主要研究方向。目前认为脑肿瘤干细胞可能起源于发生基因突变的正常神经干细胞,因而一些负责调控神经干细胞自我更新、分化、增殖的关键信号通路,如Hh、Wnt、Notch信号通路等,可能在脑肿瘤干细胞中起着重要的作用。其中Hh通路是目前肿瘤干细胞相关研究领域的热点之一。已有的研究表明：Hh通路既对内源性干细胞的增殖起调节作用,也可能对肿瘤干细胞起调节作用,其异常激活能导致多种肿瘤生成,如基底细胞癌、髓母细胞瘤、胶质瘤、胰腺癌等;目前体内外实验中对该通路的特异性阻断对这些肿瘤的治疗均取得了一定的效果,但其中的具体作用机制还没有完全阐明。因此对该信号通路的继续探索也成为了目前相关肿瘤基础研究领域的前沿。
目前针对Hh通路应用较多的一类阻滞剂为环杷明(cyclopamine),其能够结合Smo受体从而抑制Hh信号通路活性。已有的体内外实验表明cyclopamine对包括部分胶质瘤在内的多种Hh通路相关性肿瘤有效。然而cyclopamine类抑制剂只能对由Hh信号通路上游基因变化导致异常活化的肿瘤有作用-而对由Smo级联反应以下的参与Hh信号通路调控的分子变化,如sufu基因突变所导致的肿瘤没有治疗效果。因此,进一步寻找Hh通路下游阻滞剂,如Gli转录因子阻滞剂,对于Hh通路相关性胶质瘤的干预治疗具有重要意义。
[方法]
第一部分：通过rt-PCR和免疫荧光技术检测Hh通路的主要基因Gli1在不同的原代细胞及胶质母细胞瘤细胞系中的表达；分别利用real-time PCR. western blot验证GANT61对Hh通路异常激活的胶质瘤Gli1 mRNA和Ptch1蛋白的调控作用；利用MTS试验,验证GANT61对不同株胶质瘤细胞活性的影响,并根据此项试验结果得出的时间-剂量-活性相关曲线确定该药物的有效浓度；进而借助于PI染色法检测GANT61对细胞周期的影响,并以Annexin V/PI双染色法检测细胞凋亡
第二部分：利用免疫磁珠分选技术(MACS)在U87细胞系中分选得到CD133阳性的脑肿瘤干细胞,并通过单克隆形成试验、免疫荧光标记和裸鼠致瘤试验鉴定其干细胞样生物学特性;然后予以GANT61体外作用相应时间后再次检测脑肿瘤干细胞自我更新能力、干细胞特异性标记的维持以及裸鼠致瘤能力的变化。
第三部分：通过裸鼠皮下接种法构建胶质瘤的种植瘤模型,按疗程瘤周注射GANT61后定期测量肿瘤体积变化;收集处理组与对照组新鲜肿瘤组织以PCR和免疫组化技术分别检测Ptchl mRNA和蛋白水平的变化；以TUNEL法标记凋亡细胞,以BRDU染色法检测肿瘤细胞的增殖。另取GANT61干预后的肿瘤组织体外再培养并检测其自我更新能力和体内致瘤能力。
[结果]
1.在7例恶性胶质瘤样本中3例为WHOⅢ级,4例为WHOⅣ级。其中2／5原代肿瘤细胞和1／2肿瘤细胞系的Gli1高表达。但Gli1的表达情况与病理分级没有明确的相关性。
2.5μM浓度的GANT61能够在体外实验中时间依赖的阻断Gli1转录活性,3个样本作用48h后Gli1 mRNA均得到明显下调,作为Gli1下游靶基因之一的Ptch1的蛋白表达也较对照组下降,说明GANT61能通过抑制Gli1转录活性来阻断其下游的信号传导。
3.GANT61对于Gli1表达异常增高的恶性胶质瘤具有时间和剂量依赖的细胞活性抑制作用,作用48h可以达到最大抑制效果,其IC50为10μM。
4.10μM的GANT61作用48h可以明显增加G1亚峰和G0／G1期的细胞比例,这提示GANT61主要通过诱导G1／S期的周期阻滞和增加细胞死亡来减慢胶质瘤细胞增殖。
5.10μM的GANT61作用48h可以通过降低Gli1转录活性而增加早期凋亡细胞比例。
6.通过MACS技术从U87细胞系中分选出CD133阳性的细胞亚群。经验证分选所得的CD133阳性细胞具有自我更新、多向分化潜能和体内致瘤能力,具有脑肿瘤干细胞样细胞(BTSCs)的典型特征。
7.CD133阳性组胶质瘤细胞Gli1 mRNA水平较阴性组明显增高。10μMGANT61作用48h后能明显抑制BTSCs Gli1转录活性。
8.10μM GANT61共培养2天或20μM GANT61共培养7天都不能明显增加BTSCs早期凋亡,这提示在BTSCs中Hh通路可能并不是唯一调控其抗凋亡能力的信号通路。
9.CD133阳性细胞与10μM GANT61共培养7天后,其肿瘤球样克隆形成能力明显减弱,CD133阳性率明显下降,将其接种至裸鼠皮下后未能致瘤。这提示GANT61对BTSCs的体外作用能降低其自我更新能力。
10.用浓度5mg/ml、剂量20mg/kg的GANT61对皮下荷瘤裸鼠作隔天瘤周注射,2周后处理组种植瘤体积较对照组明显小
11.对照组瘤体中Ptch1呈高表达,而在治疗组经过2周GANT61局部皮下注射后瘤体的Ptch1在mRNA和蛋白水平均明显下降。
12.在体内环境下GANT61能提高肿瘤的TUNEL阳性率并降低BRDU标记的的阳性率,提示其能增加肿瘤细胞凋亡、抑制增殖。
13.处理组种植瘤消化后经体外培养发现仍能形成肿瘤球样克隆,并具有裸鼠致瘤能力。这提示在体内实验中单独使用GANT61不能完全消灭肿瘤干细胞。
[结论]
1.在恶性胶质瘤中存在Hh通路活性异常增高的亚型,以Gli1 mRNA的高表达为主要表现。但Gli1的表达情况与病理分级没http://www.chinamagnets.biz/about.php有明确的相关性。
2.在体外实验中GANT61能通过抑制Gli1转录来降低胶质瘤细胞活性,这种作用主要通过G1／S周期阻滞和增加细胞凋亡来实现。
3.体外分选得到的CD133阳性的BTSCs呈Gli1高表达,其能被GANT61所抑制,同时该药物还能抑制BTSCs自我更新能力,但对其抗凋亡能力无明显影响。
4.体内实验中GANT61能通过抑制Gli1转录活性来抑制肿瘤细胞增殖、增加其凋亡,从而抑制肿瘤体积的增大。但该药物在体内未能完全根除BTSCs。
学位年度:2010
作者:马力
学位授予单位:浙江大学
关键词:胶质瘤;;肿瘤干细胞;;CD133;;免疫磁珠分选;;Gli1;; Hedgehog
摘要:
[研究背景]
胶质瘤是颅内最常见恶性肿瘤,其中病理分级为WHOⅢ-Ⅳ级的恶性胶质瘤,病情进展迅速,复发快,预后差。目前手术结合放、化疗的综合治疗是经典的治疗方法,但对于恶性胶质瘤患者的总体预后改善有限,主要原因在于难以避免Fridge magnets的肿瘤复发。恶性胶质瘤的化疗是重要的辅助治疗手段,然而由于传统化疗药物的非特异性、细胞毒性和肿瘤本身的耐药性使得该类药物的总体疗效欠佳。近年来发现许多肿瘤的发生发展与特定信号通路的异常激活密切相关,因此以细胞特定受体、关键基因和调控分子为靶点的辅助治疗具有良好的应用前景。
肿瘤干细胞假说认为在肿瘤细胞中仅有一小部分细胞具有自我更新、无限增殖、多向分化潜能的干细胞样特性,它们是肿瘤发生,转移和复发的根源。已经发现胶质瘤中也存在着这样一类以CD133阳性作为标记的脑肿瘤干细胞(BTSCs),并且证明其具有高度的耐药性、抗凋亡能力以及侵袭能力。这些肿瘤干细胞应该是今后恶性胶质瘤靶向治疗的主要研究方向。目前认为脑肿瘤干细胞可能起源于发生基因突变的正常神经干细胞,因而一些负责调控神经干细胞自我更新、分化、增殖的关键信号通路,如Hh、Wnt、Notch信号通路等,可能在脑肿瘤干细胞中起着重要的作用。其中Hh通路是目前肿瘤干细胞相关研究领域的热点之一。已有的研究表明：Hh通路既对内源性干细胞的增殖起调节作用,也可能对肿瘤干细胞起调节作用,其异常激活能导致多种肿瘤生成,如基底细胞癌、髓母细胞瘤、胶质瘤、胰腺癌等;目前体内外实验中对该通路的特异性阻断对这些肿瘤的治疗均取得了一定的效果,但其中的具体作用机制还没有完全阐明。因此对该信号通路的继续探索也成为了目前相关肿瘤基础研究领域的前沿。
目前针对Hh通路应用较多的一类阻滞剂为环杷明(cyclopamine),其能够结合Smo受体从而抑制Hh信号通路活性。已有的体内外实验表明cyclopamine对包括部分胶质瘤在内的多种Hh通路相关性肿瘤有效。然而cyclopamine类抑制剂只能对由Hh信号通路上游基因变化导致异常活化的肿瘤有作用-而对由Smo级联反应以下的参与Hh信号通路调控的分子变化,如sufu基因突变所导致的肿瘤没有治疗效果。因此,进一步寻找Hh通路下游阻滞剂,如Gli转录因子阻滞剂,对于Hh通路相关性胶质瘤的干预治疗具有重要意义。
[方法]
第一部分：通过rt-PCR和免疫荧光技术检测Hh通路的主要基因Gli1在不同的原代细胞及胶质母细胞瘤细胞系中的表达；分别利用real-time PCR. western blot验证GANT61对Hh通路异常激活的胶质瘤Gli1 mRNA和Ptch1蛋白的调控作用；利用MTS试验,验证GANT61对不同株胶质瘤细胞活性的影响,并根据此项试验结果得出的时间-剂量-活性相关曲线确定该药物的有效浓度；进而借助于PI染色法检测GANT61对细胞周期的影响,并以Annexin V/PI双染色法检测细胞凋亡
第二部分：利用免疫磁珠分选技术(MACS)在U87细胞系中分选得到CD133阳性的脑肿瘤干细胞,并通过单克隆形成试验、免疫荧光标记和裸鼠致瘤试验鉴定其干细胞样生物学特性;然后予以GANT61体外作用相应时间后再次检测脑肿瘤干细胞自我更新能力、干细胞特异性标记的维持以及裸鼠致瘤能力的变化。
第三部分：通过裸鼠皮下接种法构建胶质瘤的种植瘤模型,按疗程瘤周注射GANT61后定期测量肿瘤体积变化;收集处理组与对照组新鲜肿瘤组织以PCR和免疫组化技术分别检测Ptchl mRNA和蛋白水平的变化；以TUNEL法标记凋亡细胞,以BRDU染色法检测肿瘤细胞的增殖。另取GANT61干预后的肿瘤组织体外再培养并检测其自我更新能力和体内致瘤能力。
[结果]
1.在7例恶性胶质瘤样本中3例为WHOⅢ级,4例为WHOⅣ级。其中2／5原代肿瘤细胞和1／2肿瘤细胞系的Gli1高表达。但Gli1的表达情况与病理分级没有明确的相关性。
2.5μM浓度的GANT61能够在体外实验中时间依赖的阻断Gli1转录活性,3个样本作用48h后Gli1 mRNA均得到明显下调,作为Gli1下游靶基因之一的Ptch1的蛋白表达也较对照组下降,说明GANT61能通过抑制Gli1转录活性来阻断其下游的信号传导。
3.GANT61对于Gli1表达异常增高的恶性胶质瘤具有时间和剂量依赖的细胞活性抑制作用,作用48h可以达到最大抑制效果,其IC50为10μM。
4.10μM的GANT61作用48h可以明显增加G1亚峰和G0／G1期的细胞比例,这提示GANT61主要通过诱导G1／S期的周期阻滞和增加细胞死亡来减慢胶质瘤细胞增殖。
5.10μM的GANT61作用48h可以通过降低Gli1转录活性而增加早期凋亡细胞比例。
6.通过MACS技术从U87细胞系中分选出CD133阳性的细胞亚群。经验证分选所得的CD133阳性细胞具有自我更新、多向分化潜能和体内致瘤能力,具有脑肿瘤干细胞样细胞(BTSCs)的典型特征。
7.CD133阳性组胶质瘤细胞Gli1 mRNA水平较阴性组明显增高。10μMGANT61作用48h后能明显抑制BTSCs Gli1转录活性。
8.10μM GANT61共培养2天或20μM GANT61共培养7天都不能明显增加BTSCs早期凋亡,这提示在BTSCs中Hh通路可能并不是唯一调控其抗凋亡能力的信号通路。
9.CD133阳性细胞与10μM GANT61共培养7天后,其肿瘤球样克隆形成能力明显减弱,CD133阳性率明显下降,将其接种至裸鼠皮下后未能致瘤。这提示GANT61对BTSCs的体外作用能降低其自我更新能力。
10.用浓度5mg/ml、剂量20mg/kg的GANT61对皮下荷瘤裸鼠作隔天瘤周注射,2周后处理组种植瘤体积较对照组明显小
11.对照组瘤体中Ptch1呈高表达,而在治疗组经过2周GANT61局部皮下注射后瘤体的Ptch1在mRNA和蛋白水平均明显下降。
12.在体内环境下GANT61能提高肿瘤的TUNEL阳性率并降低BRDU标记的的阳性率,提示其能增加肿瘤细胞凋亡、抑制增殖。
13.处理组种植瘤消化后经体外培养发现仍能形成肿瘤球样克隆,并具有裸鼠致瘤能力。这提示在体内实验中单独使用GANT61不能完全消灭肿瘤干细胞。
[结论]
1.在恶性胶质瘤中存在Hh通路活性异常增高的亚型,以Gli1 mRNA的高表达为主要表现。但Gli1的表达情况与病理分级没http://www.chinamagnets.biz/about.php有明确的相关性。
2.在体外实验中GANT61能通过抑制Gli1转录来降低胶质瘤细胞活性,这种作用主要通过G1／S周期阻滞和增加细胞凋亡来实现。
3.体外分选得到的CD133阳性的BTSCs呈Gli1高表达,其能被GANT61所抑制,同时该药物还能抑制BTSCs自我更新能力,但对其抗凋亡能力无明显影响。
4.体内实验中GANT61能通过抑制Gli1转录活性来抑制肿瘤细胞增殖、增加其凋亡,从而抑制肿瘤体积的增大。但该药物在体内未能完全根除BTSCs。
学位年度:2010
创伤后应激障碍大鼠海马神经元凋亡相关基因及线粒体通路机制的研究
题名:创伤后应激障碍大鼠海马神经元凋亡相关基因及线粒体通路机制的研究
作者:李晓明
学位授予单位:中国医科大学
关键词:创伤后应激障碍;;无连续单一应激(SPS);;海马;;细胞凋亡;;Bcl-2;;Bax;;CytC;;caspase-9;;Caspase-3;;线粒体
摘要:前言
创伤后应激障碍(posttraumatic stress disorder, PTSD)是由于异常威胁性或灾难性心理创伤导致出现长期持续性精神障碍,其临床表现以再度体验创伤为特征,并伴有情绪的易激惹和回避行为。简而言之,PTSD是一种创伤后心理失衡状态。近年来,随着战争、社会暴力事件、重大交通事故和自然灾害等创伤意外的不断增多,PTSD已经成为一Fridge magnets种普遍的精神障碍而被关注。目前,PTSD及其神经生物学致病机制的探讨已成为涉及创伤学、神经精神病学、心理学等跨学科研究的重点。
下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA)轴系统在应激反应调控中有重要作用。研究发现,PTSD不同于一般的应激反应及其它精神疾病,PTSD患者血液中的皮质酮基础水平往往较低,存在HPA轴的紊乱。糖皮质激素(GC)是肾上腺皮质分泌的重要应激激素。GC受体有糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor, GR)和盐皮质激素受体(mineralocorticoid receptor, MR)。海马是学习记忆的重要脑区,也是脑部GR含量最高的区域,因此在应激过程中海马是糖皮质激素攻击的主要靶区。近年来,对遭受战争和暴力之后的PTSD患者进行磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)检查,发现有海马萎缩的现象。PTSD患者海马的形态结构在应激反应中发生了明显的变化,主要表现为体积变小,但其发生机制目前尚不明确。
细胞凋亡是由基因控制的细胞主动性死亡过程,是机体生长发育、细胞分化、生理及病理性死亡的重要机制。细胞凋亡的调控,主要有三条诱导途径：外源性途径,即死亡受体途径；内源性途径,即线粒体途径；此外还有内质网途径。不同的死亡信号通过不同的途径诱导细胞凋亡。长期以来,线粒体一直被公认为细胞内的能量加工厂,其主要作用是为细胞的各种生命活动提供所需的能量。但越来越多的研究表明,在细胞凋亡过程中,许多重要事件的发生都与线粒体密切相关,如线粒体膜电位的丧失、细胞色素C (Cytochrome C, CytC)的释放、Bcl-2家族促进和抑制凋亡蛋白的参与等等。线粒体是细胞内死亡信号的重要感受器与放大器。在细胞凋亡早期,核染色体DNA还未改变之前,已出现线粒体结构和功能的变化,说明线粒体在细胞凋亡调控过程中起重要作用。凋亡信号经线粒体放大,线粒体再释放CytC、Smac/DIABLO和丝氨酸蛋白Omi/HtrA2,激活Caspase级联反应,最终引起凋亡,这是Caspase依赖的信号传导通路。线粒体也可释放凋亡诱导因子(apoptosis induce factor, AIF)、核酸内切酶G直接引起凋亡,这是Caspase非依赖的信号传导途径。
线粒体在细胞凋亡机制中的作用越来越受到人们的关注。于是,有人提出GC受体可以与线粒体作用而诱导细胞凋亡的假说：第一,非基因组的作用。应激活化的大量GR可以直接与线粒体膜结合而改变线粒体膜电位。第二,基因组的作用。GC可以与其他的一些分子如热休克蛋白等相互作用,从而易位入细胞核,与DNA结合并http://www.chinamagnets.biz/about.php影响转录活动。Bax作为GR活化的下游调制器之一,可以被上调并易位入线粒体与凋亡调制器MAP-1结合。这两种方式均可以导致线粒体膜电位改变。线粒体膜电位下降,即可引起线粒体膜间隙的CytC释放至胞质。释放入胞质的CytC在ATP或dATP的辅助下可特异地与凋亡蛋白酶激活因子(Apoptotic protease activating factors, Apaf-1)结合成复合体,启动Caspase-9形成全酶,导致Caspase-9活化。后者继续激活其下游分子,包括Caspase-3等,从而诱导细胞凋亡。
在我国,由于地震、洪水等自然灾害时有发生,灾后一些人会出现长期焦虑与激动情绪。同时随着社会的发展、生活的节奏加快,来自社会、家庭、工作的压力不断增大,这些均成为PTSD诱发因素。因而如何治疗这些因灾难、压力而引起的精神疾病是一个刻不容缓的课题。以往由于缺乏理想的动物模型,使PTSD的基础研究受到了很大限制。SPS模型作为PTSD动物模型的确认,为深入研究应激障碍的发病机理提供了行之有效的方法。目前,关于PTSD细胞凋亡的研究国内外尚未见报道。因此,本课题引用国际上最新的SPS做为PTSD动物模型来进行PTSD的基础研究,首次揭示PTSD海马细胞凋亡、凋亡相关基因及线粒体通路的调控机制,从而为这一疾病的预防、诊断和治疗寻找一条有效的途径。
实验方法
采用国际认定的无连续单一应激(Single-Prolonged Stress, SPS)方法刺激大鼠建立PTSD大鼠模型。应用原位末端标记法(TUNEL染色法)检测PTSD大鼠海马细胞凋亡的规律；应用透射电子显微镜术观察PTSD大鼠海马凋亡细胞形态学变化；应用体视学方法测定PTSD大鼠海马体积的变化；应用免疫组织化学技术、免疫荧光技术及免疫印迹技术检测PTSD大鼠海马神经元凋亡相关因子Bcl-2、Bax、CytC、Caspase-9和Caspase-3蛋白含量的变化；应用RT-PCR技术检测凋亡相关基因Bcl-2和Bax mRNA含量的变化；应用免疫双标、激光共聚焦扫描显微镜技术观察PTSD大鼠海马Bcl-2和Bax以及Caspase-9和Caspase-3的表达与共存；应用酶电镜细胞化学技术观察PTSD大鼠海马线粒体细胞色素C的表达与释放。
实验结果
一、PTSD大鼠海马细胞凋亡的检测
1、透射电镜观察凋亡细胞
SPS刺激后,部分神经元出现细胞凋亡的改变。早期可见核染色质凝聚,沿核膜排列,形成新月形或不同大小和形状的团块。进一步发展,可见细胞核固缩,核膜内陷。细胞核裂解,胞质内出现多数的小泡,细胞膜消失。
2、TUNEL染色结果
PTSD大鼠海马中TUNEL阳性细胞数量明显多于正常对照组,且凋亡细胞数量随着时间的延长而逐渐增多,于SPS刺激后7d达高峰,之后逐渐减少。
二、PTSD大鼠海马体积测定
与正常对照组相比,模型组海马体积发生了变化,表现为体积缩小。
三、PTSD大鼠海马凋亡相关基因Bcl-2和Bax的表达变化
1、免疫组织化学结果
在正常对照组,大鼠海马只有极少量的阳性细胞,染色较淡。SPS刺激后,Bcl-2和Bax表达均呈不同程度的增加。其中Bcl-2蛋白于SPS刺激后4d达到高峰,Bax蛋白于SPS刺激后7d达到高峰。
2、免疫荧光双标结果
激光共聚焦显微镜扫描结果显示,Bcl-2和Bax在海马神经元胞膜和突起均有着色。在SPS刺激后4d,两者表达均较强。
3、Western Blotting分析结果
与正常对照组相比,模型组海马Bcl-2和Bax蛋白水平均明显上调。PTSD早期,Bcl-2蛋白表达明显增强,于SPS刺激后4d达到高峰,此时显色最深；SPS刺激后7d表达下降,以后逐渐恢复。Bax蛋白于SPS刺激后7d达到高峰,之后表达逐渐减弱。与正常对照组相比,模型组海马Bcl-2/Bax比值逐渐减小,于SPS刺激后7d降至最低。
4、RT-PCR结果
与正常对照组相比,模型组海马Bcl-2和Bax mRNA水平均明显上调。PTSD早期,Bcl-2 mRNA水平就明显增强,于SPS刺激后4d达到高峰；SPS刺激后7d下降。SPS刺激后,Bax mRNA水平也显著上调,于SPS刺激后7d达到高峰。
四、PTSD大鼠海马凋亡相关因子CytC的表达变化
1、免疫组织化学结果
在正常对照组,可见极少量的阳性细胞。CytC于SPS刺激后4d达到高峰并维持较高水平,SPS刺激7d之后表达逐渐下降,28 d恢复到正常水平。
2、Western Blotting分析结果
与正常对照组相比,模型组海马胞质和线粒体中CytC的水平均发生了显著变化。模型组海马线粒体中CytC蛋白水平明显下降,于SPS刺激后7d降至最低,以后逐渐恢复。模型组海马胞质内CytC蛋白水平则呈现相反趋势,明显上调,于SPS刺激后4d达到较高水平；SPS刺激7 d之后,表达逐渐下降。
五、线粒体CytC酶电镜组织化学观察结果
在正常对照组,线粒体内外膜可见大量CytC阳性反应产物。SPS刺激后4 d,线粒体发生了明显改变,表现为肿胀、空泡变性、嵴断裂；严重者呈气球样变,外膜破裂,CytC释放。
六、PTSD大鼠海马神经元Caspase-9和Caspase-3的表达变化
1、caspase-9免疫荧光结果
在正常对照组,大鼠海马只有极少量的阳性细胞。SPS刺激后,Caspase-9阳性表达逐渐增强。SPS刺激后7d, Caspase-9阳性表达达到高峰。
2、Caspase-3免疫组织化学结果
在正常对照组,Caspase-3阳性表达较弱。SPS刺激后,其表达增强,于SPS刺激后7 d达到高峰,14d逐渐下降,28d恢复到正常水平。
3、Caspase-9和Caspase-3免疫荧光双标结果
激光共聚焦显微镜扫描结果显示,Caspase-3和Caspase-9在在海马神经元胞膜和突起均有着色,两者共存的细胞呈黄色。SPS刺激后7d,可见Caspase-3和Caspase-9阳性表达均较强,而Caspase-3阳性表达要强于Caspase-9。
4、Western Blotting分析结果
在正常对照组,无Caspase-9和Caspase-3活性片段；在模型组,出现Caspase-9及Caspase-3活性片段。Caspase-9活性片段于SPS刺激后1d升高,刺激后4d下降,而刺激后7d又再度达到高峰,之后逐渐下调。Caspase-3活性片段于SPS刺激后7d达到高峰,之后逐渐下调。
结论
1、PTSD大鼠出现了海马萎缩现象,神经元凋亡可能是导致PTSD大鼠海马发生萎缩的原因之一。
2、凋亡相关基因Bcl-2和Bax含量增加以及两者比值的失衡可能是导致PTSD大鼠海马神经元发生凋亡的重要机制。
3、在PTSD大鼠海马神经元中,线粒体肿胀、外膜破裂,大量CytC释放入胞质。
4、CytC从线粒体释放入胞质是引发PTSD大鼠海马神经元凋亡的关键步骤。
5、Caspase-9和Caspase-3在PTSD大鼠海马神经元凋亡的调控中均发挥了重要作用,线粒体通路的激活参与了PTSD大鼠海马神经元凋亡的调控。
学位年度:2010
作者:李晓明
学位授予单位:中国医科大学
关键词:创伤后应激障碍;;无连续单一应激(SPS);;海马;;细胞凋亡;;Bcl-2;;Bax;;CytC;;caspase-9;;Caspase-3;;线粒体
摘要:前言
创伤后应激障碍(posttraumatic stress disorder, PTSD)是由于异常威胁性或灾难性心理创伤导致出现长期持续性精神障碍,其临床表现以再度体验创伤为特征,并伴有情绪的易激惹和回避行为。简而言之,PTSD是一种创伤后心理失衡状态。近年来,随着战争、社会暴力事件、重大交通事故和自然灾害等创伤意外的不断增多,PTSD已经成为一Fridge magnets种普遍的精神障碍而被关注。目前,PTSD及其神经生物学致病机制的探讨已成为涉及创伤学、神经精神病学、心理学等跨学科研究的重点。
下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal, HPA)轴系统在应激反应调控中有重要作用。研究发现,PTSD不同于一般的应激反应及其它精神疾病,PTSD患者血液中的皮质酮基础水平往往较低,存在HPA轴的紊乱。糖皮质激素(GC)是肾上腺皮质分泌的重要应激激素。GC受体有糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor, GR)和盐皮质激素受体(mineralocorticoid receptor, MR)。海马是学习记忆的重要脑区,也是脑部GR含量最高的区域,因此在应激过程中海马是糖皮质激素攻击的主要靶区。近年来,对遭受战争和暴力之后的PTSD患者进行磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)检查,发现有海马萎缩的现象。PTSD患者海马的形态结构在应激反应中发生了明显的变化,主要表现为体积变小,但其发生机制目前尚不明确。
细胞凋亡是由基因控制的细胞主动性死亡过程,是机体生长发育、细胞分化、生理及病理性死亡的重要机制。细胞凋亡的调控,主要有三条诱导途径：外源性途径,即死亡受体途径；内源性途径,即线粒体途径；此外还有内质网途径。不同的死亡信号通过不同的途径诱导细胞凋亡。长期以来,线粒体一直被公认为细胞内的能量加工厂,其主要作用是为细胞的各种生命活动提供所需的能量。但越来越多的研究表明,在细胞凋亡过程中,许多重要事件的发生都与线粒体密切相关,如线粒体膜电位的丧失、细胞色素C (Cytochrome C, CytC)的释放、Bcl-2家族促进和抑制凋亡蛋白的参与等等。线粒体是细胞内死亡信号的重要感受器与放大器。在细胞凋亡早期,核染色体DNA还未改变之前,已出现线粒体结构和功能的变化,说明线粒体在细胞凋亡调控过程中起重要作用。凋亡信号经线粒体放大,线粒体再释放CytC、Smac/DIABLO和丝氨酸蛋白Omi/HtrA2,激活Caspase级联反应,最终引起凋亡,这是Caspase依赖的信号传导通路。线粒体也可释放凋亡诱导因子(apoptosis induce factor, AIF)、核酸内切酶G直接引起凋亡,这是Caspase非依赖的信号传导途径。
线粒体在细胞凋亡机制中的作用越来越受到人们的关注。于是,有人提出GC受体可以与线粒体作用而诱导细胞凋亡的假说：第一,非基因组的作用。应激活化的大量GR可以直接与线粒体膜结合而改变线粒体膜电位。第二,基因组的作用。GC可以与其他的一些分子如热休克蛋白等相互作用,从而易位入细胞核,与DNA结合并http://www.chinamagnets.biz/about.php影响转录活动。Bax作为GR活化的下游调制器之一,可以被上调并易位入线粒体与凋亡调制器MAP-1结合。这两种方式均可以导致线粒体膜电位改变。线粒体膜电位下降,即可引起线粒体膜间隙的CytC释放至胞质。释放入胞质的CytC在ATP或dATP的辅助下可特异地与凋亡蛋白酶激活因子(Apoptotic protease activating factors, Apaf-1)结合成复合体,启动Caspase-9形成全酶,导致Caspase-9活化。后者继续激活其下游分子,包括Caspase-3等,从而诱导细胞凋亡。
在我国,由于地震、洪水等自然灾害时有发生,灾后一些人会出现长期焦虑与激动情绪。同时随着社会的发展、生活的节奏加快,来自社会、家庭、工作的压力不断增大,这些均成为PTSD诱发因素。因而如何治疗这些因灾难、压力而引起的精神疾病是一个刻不容缓的课题。以往由于缺乏理想的动物模型,使PTSD的基础研究受到了很大限制。SPS模型作为PTSD动物模型的确认,为深入研究应激障碍的发病机理提供了行之有效的方法。目前,关于PTSD细胞凋亡的研究国内外尚未见报道。因此,本课题引用国际上最新的SPS做为PTSD动物模型来进行PTSD的基础研究,首次揭示PTSD海马细胞凋亡、凋亡相关基因及线粒体通路的调控机制,从而为这一疾病的预防、诊断和治疗寻找一条有效的途径。
实验方法
采用国际认定的无连续单一应激(Single-Prolonged Stress, SPS)方法刺激大鼠建立PTSD大鼠模型。应用原位末端标记法(TUNEL染色法)检测PTSD大鼠海马细胞凋亡的规律；应用透射电子显微镜术观察PTSD大鼠海马凋亡细胞形态学变化；应用体视学方法测定PTSD大鼠海马体积的变化；应用免疫组织化学技术、免疫荧光技术及免疫印迹技术检测PTSD大鼠海马神经元凋亡相关因子Bcl-2、Bax、CytC、Caspase-9和Caspase-3蛋白含量的变化；应用RT-PCR技术检测凋亡相关基因Bcl-2和Bax mRNA含量的变化；应用免疫双标、激光共聚焦扫描显微镜技术观察PTSD大鼠海马Bcl-2和Bax以及Caspase-9和Caspase-3的表达与共存；应用酶电镜细胞化学技术观察PTSD大鼠海马线粒体细胞色素C的表达与释放。
实验结果
一、PTSD大鼠海马细胞凋亡的检测
1、透射电镜观察凋亡细胞
SPS刺激后,部分神经元出现细胞凋亡的改变。早期可见核染色质凝聚,沿核膜排列,形成新月形或不同大小和形状的团块。进一步发展,可见细胞核固缩,核膜内陷。细胞核裂解,胞质内出现多数的小泡,细胞膜消失。
2、TUNEL染色结果
PTSD大鼠海马中TUNEL阳性细胞数量明显多于正常对照组,且凋亡细胞数量随着时间的延长而逐渐增多,于SPS刺激后7d达高峰,之后逐渐减少。
二、PTSD大鼠海马体积测定
与正常对照组相比,模型组海马体积发生了变化,表现为体积缩小。
三、PTSD大鼠海马凋亡相关基因Bcl-2和Bax的表达变化
1、免疫组织化学结果
在正常对照组,大鼠海马只有极少量的阳性细胞,染色较淡。SPS刺激后,Bcl-2和Bax表达均呈不同程度的增加。其中Bcl-2蛋白于SPS刺激后4d达到高峰,Bax蛋白于SPS刺激后7d达到高峰。
2、免疫荧光双标结果
激光共聚焦显微镜扫描结果显示,Bcl-2和Bax在海马神经元胞膜和突起均有着色。在SPS刺激后4d,两者表达均较强。
3、Western Blotting分析结果
与正常对照组相比,模型组海马Bcl-2和Bax蛋白水平均明显上调。PTSD早期,Bcl-2蛋白表达明显增强,于SPS刺激后4d达到高峰,此时显色最深；SPS刺激后7d表达下降,以后逐渐恢复。Bax蛋白于SPS刺激后7d达到高峰,之后表达逐渐减弱。与正常对照组相比,模型组海马Bcl-2/Bax比值逐渐减小,于SPS刺激后7d降至最低。
4、RT-PCR结果
与正常对照组相比,模型组海马Bcl-2和Bax mRNA水平均明显上调。PTSD早期,Bcl-2 mRNA水平就明显增强,于SPS刺激后4d达到高峰；SPS刺激后7d下降。SPS刺激后,Bax mRNA水平也显著上调,于SPS刺激后7d达到高峰。
四、PTSD大鼠海马凋亡相关因子CytC的表达变化
1、免疫组织化学结果
在正常对照组,可见极少量的阳性细胞。CytC于SPS刺激后4d达到高峰并维持较高水平,SPS刺激7d之后表达逐渐下降,28 d恢复到正常水平。
2、Western Blotting分析结果
与正常对照组相比,模型组海马胞质和线粒体中CytC的水平均发生了显著变化。模型组海马线粒体中CytC蛋白水平明显下降,于SPS刺激后7d降至最低,以后逐渐恢复。模型组海马胞质内CytC蛋白水平则呈现相反趋势,明显上调,于SPS刺激后4d达到较高水平；SPS刺激7 d之后,表达逐渐下降。
五、线粒体CytC酶电镜组织化学观察结果
在正常对照组,线粒体内外膜可见大量CytC阳性反应产物。SPS刺激后4 d,线粒体发生了明显改变,表现为肿胀、空泡变性、嵴断裂；严重者呈气球样变,外膜破裂,CytC释放。
六、PTSD大鼠海马神经元Caspase-9和Caspase-3的表达变化
1、caspase-9免疫荧光结果
在正常对照组,大鼠海马只有极少量的阳性细胞。SPS刺激后,Caspase-9阳性表达逐渐增强。SPS刺激后7d, Caspase-9阳性表达达到高峰。
2、Caspase-3免疫组织化学结果
在正常对照组,Caspase-3阳性表达较弱。SPS刺激后,其表达增强,于SPS刺激后7 d达到高峰,14d逐渐下降,28d恢复到正常水平。
3、Caspase-9和Caspase-3免疫荧光双标结果
激光共聚焦显微镜扫描结果显示,Caspase-3和Caspase-9在在海马神经元胞膜和突起均有着色,两者共存的细胞呈黄色。SPS刺激后7d,可见Caspase-3和Caspase-9阳性表达均较强,而Caspase-3阳性表达要强于Caspase-9。
4、Western Blotting分析结果
在正常对照组,无Caspase-9和Caspase-3活性片段；在模型组,出现Caspase-9及Caspase-3活性片段。Caspase-9活性片段于SPS刺激后1d升高,刺激后4d下降,而刺激后7d又再度达到高峰,之后逐渐下调。Caspase-3活性片段于SPS刺激后7d达到高峰,之后逐渐下调。
结论
1、PTSD大鼠出现了海马萎缩现象,神经元凋亡可能是导致PTSD大鼠海马发生萎缩的原因之一。
2、凋亡相关基因Bcl-2和Bax含量增加以及两者比值的失衡可能是导致PTSD大鼠海马神经元发生凋亡的重要机制。
3、在PTSD大鼠海马神经元中,线粒体肿胀、外膜破裂,大量CytC释放入胞质。
4、CytC从线粒体释放入胞质是引发PTSD大鼠海马神经元凋亡的关键步骤。
5、Caspase-9和Caspase-3在PTSD大鼠海马神经元凋亡的调控中均发挥了重要作用,线粒体通路的激活参与了PTSD大鼠海马神经元凋亡的调控。
学位年度:2010
胰腺癌患者外周血调节性T细胞检测及RetroNectin法培养NK细胞对于胰腺癌细胞杀伤作用
题名:胰腺癌患者外周血调节性T细胞检测及RetroNectin法培养NK细胞对于胰腺癌细胞杀伤作用的研究
作者:周健国
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:调节性T细胞;;胰腺肿瘤;;免疫;;RetroNectin
摘要:
背景与目的：肿瘤免疫治疗是肿瘤治疗的重要手段之一。调节性T细胞(regulatory T, Treg)是一种免疫抑制性细胞,在肿瘤免疫中起重要作Fridge magnets用。明确免疫抑制性细胞与肿瘤患者的临床病理特点及治疗效果的关系。有效地体外扩增获得杀伤广谱的效应细胞,一直是肿瘤免疫治疗中亟待解决的主要问题。本研究通过检测外周血Treg表达水平,探讨胰腺癌患者外周血Treg细胞水平的变化及其临床意义；同时通过RetroNectin法培养高效的效应细胞,探讨其在体外对于胰腺癌细胞的杀伤效应。
材料和方法：收集2006年10月至2009年3月我院胰腺癌患者外周血标本62例,健康人志愿者外周血标本30例。用流式细胞仪检测CD4+CD25high调节性T细胞比率变化差异,并分层分析探讨Treg细胞表达与胰腺癌分期和预后的关系；以免疫磁珠法获取外周血CD56+T细胞后用RetroNectin法培养获得NK效应细胞,并用MTS法对于JF-305人胰腺癌细胞株进行体外杀伤实验。通过表型检测、增殖测定以及杀伤率测定,分析RetroNectin法获得的NK细胞对于胰腺癌细胞杀伤作用的影响。
结果：胰腺癌患者外周血CD4+CD25+Foxp3调节性T细胞富含于CD4+CD25high调节性T细胞群中,其占CD4+T细胞的比率为(15.16±13.97)%,明显高于健康人群(3.38±1.70)%(P<0.001)。胰腺癌Ⅰ-Ⅱ期患者,其外CD4+CD25high调节性T细胞占CD4+T细胞的比率为(14.53±6.95)%(n=13)：III期为(17.75±18.66)%(n=31)；Ⅳ期为(18.48±21.27)%(n=18)。各期CD4+CD25high调节性T细胞占CD4+T细胞的比率均显著高于健康人群水平(P<0.001)；进一步分析显示其与患者的年龄、性别及胆红素水平、CA199水平、TNM分期无关；同时将其术前、术后外周血的水平进行比较结果显示：治疗性手术后比率下降具有统计学差异；生存分析显示其与预后无关,TNM分期为独立预后因素。
RetroNectin法培养效应细胞结果显示：RetroNectin法协同抗CD3抗体培养可以更高效的获得的效应细胞,2周时的增殖倍数可以达到371倍。表型的检测发生明显变化,RetroNectin法获取的NK效应细胞明显高于其他两组。体外杀伤实验结果显示：RetroNectin组培养获得的效应细胞在各效靶比杀伤下,杀伤活力明显高于另外两组。
结论：对CD4+CD25high调节T细胞的鉴定显示其富含Foxp3+细胞,本实验条件下的CD4+CD25high调节T细http://www.chinamagnets.biz/about.php胞可以代表功能性的Treg细胞水平。胰腺癌患者外周血CD4+CD25high调节T细胞水平较健康对照者明显升高。非脾切除的治疗性手术后外周血treg细胞水平较术前明显下降。胰腺癌患者术前外周血Treg水平与预后无关。进一步的实验显体外实验显示RetroNectin法培养效应细胞NK细胞表型发生改变。联合CD3抗体培养增殖活性明显增强。RetroNectin法培养的NK细胞对于胰腺癌JF305细胞株的杀伤效率明显提高。因而如果能去除Treg细胞并联合应用高效的RetroNectin法培养的效应细胞,通过这两种免疫影响方式对胰腺癌进行治疗,未来可能成为胰腺癌免疫治疗新模式。
学位年度:2010
作者:周健国
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:调节性T细胞;;胰腺肿瘤;;免疫;;RetroNectin
摘要:
背景与目的：肿瘤免疫治疗是肿瘤治疗的重要手段之一。调节性T细胞(regulatory T, Treg)是一种免疫抑制性细胞,在肿瘤免疫中起重要作Fridge magnets用。明确免疫抑制性细胞与肿瘤患者的临床病理特点及治疗效果的关系。有效地体外扩增获得杀伤广谱的效应细胞,一直是肿瘤免疫治疗中亟待解决的主要问题。本研究通过检测外周血Treg表达水平,探讨胰腺癌患者外周血Treg细胞水平的变化及其临床意义；同时通过RetroNectin法培养高效的效应细胞,探讨其在体外对于胰腺癌细胞的杀伤效应。
材料和方法：收集2006年10月至2009年3月我院胰腺癌患者外周血标本62例,健康人志愿者外周血标本30例。用流式细胞仪检测CD4+CD25high调节性T细胞比率变化差异,并分层分析探讨Treg细胞表达与胰腺癌分期和预后的关系；以免疫磁珠法获取外周血CD56+T细胞后用RetroNectin法培养获得NK效应细胞,并用MTS法对于JF-305人胰腺癌细胞株进行体外杀伤实验。通过表型检测、增殖测定以及杀伤率测定,分析RetroNectin法获得的NK细胞对于胰腺癌细胞杀伤作用的影响。
结果：胰腺癌患者外周血CD4+CD25+Foxp3调节性T细胞富含于CD4+CD25high调节性T细胞群中,其占CD4+T细胞的比率为(15.16±13.97)%,明显高于健康人群(3.38±1.70)%(P<0.001)。胰腺癌Ⅰ-Ⅱ期患者,其外CD4+CD25high调节性T细胞占CD4+T细胞的比率为(14.53±6.95)%(n=13)：III期为(17.75±18.66)%(n=31)；Ⅳ期为(18.48±21.27)%(n=18)。各期CD4+CD25high调节性T细胞占CD4+T细胞的比率均显著高于健康人群水平(P<0.001)；进一步分析显示其与患者的年龄、性别及胆红素水平、CA199水平、TNM分期无关；同时将其术前、术后外周血的水平进行比较结果显示：治疗性手术后比率下降具有统计学差异；生存分析显示其与预后无关,TNM分期为独立预后因素。
RetroNectin法培养效应细胞结果显示：RetroNectin法协同抗CD3抗体培养可以更高效的获得的效应细胞,2周时的增殖倍数可以达到371倍。表型的检测发生明显变化,RetroNectin法获取的NK效应细胞明显高于其他两组。体外杀伤实验结果显示：RetroNectin组培养获得的效应细胞在各效靶比杀伤下,杀伤活力明显高于另外两组。
结论：对CD4+CD25high调节T细胞的鉴定显示其富含Foxp3+细胞,本实验条件下的CD4+CD25high调节T细http://www.chinamagnets.biz/about.php胞可以代表功能性的Treg细胞水平。胰腺癌患者外周血CD4+CD25high调节T细胞水平较健康对照者明显升高。非脾切除的治疗性手术后外周血treg细胞水平较术前明显下降。胰腺癌患者术前外周血Treg水平与预后无关。进一步的实验显体外实验显示RetroNectin法培养效应细胞NK细胞表型发生改变。联合CD3抗体培养增殖活性明显增强。RetroNectin法培养的NK细胞对于胰腺癌JF305细胞株的杀伤效率明显提高。因而如果能去除Treg细胞并联合应用高效的RetroNectin法培养的效应细胞,通过这两种免疫影响方式对胰腺癌进行治疗,未来可能成为胰腺癌免疫治疗新模式。
学位年度:2010
大肠癌干细胞恶性生物学行为相关基因筛选及其功能鉴定
题名:大肠癌干细胞恶性生物学行为相关基因筛选及其功能鉴定
作者:王一刻
学位授予单位:浙江大学
关键词:大肠癌;;肿瘤干细胞;; CD133;; PI3K/Akt;; MAPK
摘要:
大肠癌是我国常见的发病率呈明显上升趋势的恶性肿瘤之一,居肿瘤死因的第4位,目前的五年生存率徘徊在50-60%左右,浸润转移等恶性生物学行为是治疗失败的原因。迄今对大肠癌浸润转移和复发机制尚待深入,阐明大肠癌浸润neodymium magnets转移和复发机制是开展有效治疗的基础,对提高大肠癌患者的生存期限和生活质量有重要意义。
随着对干细胞和肿瘤生物学研究的深入,人们观察到肿瘤中有一小群具有自我更新和再生肿瘤的能力细胞,被称为肿瘤干细胞(Cancer stem cell).目前已经在多种肿瘤中发现肿瘤干细胞,包括乳腺癌,结直肠癌,前列腺癌,肺癌,脑胶质瘤和胰腺癌等,逐步形成了肿瘤干细胞假说。大肠癌恶性生物学行为如浸润、转移和复发等与肿瘤组织中的干细胞潜能密切相关。因而研究大肠癌干细胞生物学行为和异常信息通路组成是阐明大肠癌浸润转移机制进而靶向治疗的基础和新选择。目前尚无有关大肠癌组织干细胞生物学特征和转移潜能机制的研究报道。
本研究通过建立转移性原代大肠癌细胞系,根据已知的干细胞表面标志CD133用免疫磁珠法分选得到CD133+细胞,比较CD133+细胞和CD133-细胞在体外的克隆形成能力和体内的成瘤能力,发现CD133+大肠癌细胞在软琼脂中的克隆形成能力明显高于CD133-细胞。同样,在无血清悬浮培养培养下,CD133+细胞形成的肿瘤细胞球的能力高于CD133-细胞。虽然在普通培养条件下,两群细胞生长曲线并无明显差别。进一步,CD133+细胞在NOD/SCID小鼠体内的皮下移植成瘤能力也明显高于CD133-细胞。这一系列结果证明其结肠癌CD133+亚群细胞中富集大肠癌干细胞,CD133可以作为一个富集大肠癌干细胞的可靠标志。
我们进一步通过比较CD133+细胞和CD133-细胞的基因表达谱,运用生物信息学分析肿瘤干细胞中特异性表达的基因和分子信号通路,发现CD133+大肠癌细胞中321个基因表达明显上调,65个基因表达明显下调。信号通路分析PI3K/Akt, Notch, JAK/STAT, MAPK和TGF-β通路相关基因改变。
PI3K/Akt和MAPK信号通路在人类肿瘤谱中广泛失调,对细胞增殖、分化和凋亡的调节起重要作用,其组分活化与肿瘤发生和肿瘤侵袭转移有密切关系。我们检测了PI3K/Akt和MAPK信号通路中的主要激酶的活性,包括Erkl/2、p38、JNK、GSK-3β和Akt,发现Erk1/2和Akt在CD133+细胞中被激活,p38、JNK和GSK-3p的活性在两群细胞间没有明显差异,推测Erk1/2和Akt的激活可能对CD133+细胞的成瘤性有重要作用。因此我们用Akt抑制剂Ⅱ、Akt抑制剂Ⅳ和MAPK抑制剂U0126抑制Akt和Erk1/2的激活,发现CD133+细胞在软琼脂中的克隆形成能力明显下降。经过抑制剂处理的CD133+细胞在NOD/SCID小鼠体内成瘤能力也有下降。同时,我们用AktshRNA和Erk shRNA干扰大肠癌细胞中的Akt和Erk的http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php表达,CD133+细胞的克隆形成能力同样下降。因此,CD133+大肠癌细胞的克隆形成能力很可能与Akt和Erk的激活有关。此外,我们发现Akt沉默的CD133+细胞在transwell中的迁移能力下降,说明Akt还可能促进了CD133+细胞的浸润转移。
本研究表明,CD133是富集大肠癌干细胞的有效标志,CD133+细胞中PI3K/Akt和MAPK通路明显激活,抑制Akt和Erk的活性,CD133+细胞在体外的克隆形成能力和体内的成瘤能力均受到抑制,Akt和Erk的激活可能对CD133+的致瘤有重要作用。PI3K/Akt和MAPK通路可能存在针对CD133+大肠癌干细胞的潜在治疗靶点。
学位年度:2010
作者:王一刻
学位授予单位:浙江大学
关键词:大肠癌;;肿瘤干细胞;; CD133;; PI3K/Akt;; MAPK
摘要:
大肠癌是我国常见的发病率呈明显上升趋势的恶性肿瘤之一,居肿瘤死因的第4位,目前的五年生存率徘徊在50-60%左右,浸润转移等恶性生物学行为是治疗失败的原因。迄今对大肠癌浸润转移和复发机制尚待深入,阐明大肠癌浸润neodymium magnets转移和复发机制是开展有效治疗的基础,对提高大肠癌患者的生存期限和生活质量有重要意义。
随着对干细胞和肿瘤生物学研究的深入,人们观察到肿瘤中有一小群具有自我更新和再生肿瘤的能力细胞,被称为肿瘤干细胞(Cancer stem cell).目前已经在多种肿瘤中发现肿瘤干细胞,包括乳腺癌,结直肠癌,前列腺癌,肺癌,脑胶质瘤和胰腺癌等,逐步形成了肿瘤干细胞假说。大肠癌恶性生物学行为如浸润、转移和复发等与肿瘤组织中的干细胞潜能密切相关。因而研究大肠癌干细胞生物学行为和异常信息通路组成是阐明大肠癌浸润转移机制进而靶向治疗的基础和新选择。目前尚无有关大肠癌组织干细胞生物学特征和转移潜能机制的研究报道。
本研究通过建立转移性原代大肠癌细胞系,根据已知的干细胞表面标志CD133用免疫磁珠法分选得到CD133+细胞,比较CD133+细胞和CD133-细胞在体外的克隆形成能力和体内的成瘤能力,发现CD133+大肠癌细胞在软琼脂中的克隆形成能力明显高于CD133-细胞。同样,在无血清悬浮培养培养下,CD133+细胞形成的肿瘤细胞球的能力高于CD133-细胞。虽然在普通培养条件下,两群细胞生长曲线并无明显差别。进一步,CD133+细胞在NOD/SCID小鼠体内的皮下移植成瘤能力也明显高于CD133-细胞。这一系列结果证明其结肠癌CD133+亚群细胞中富集大肠癌干细胞,CD133可以作为一个富集大肠癌干细胞的可靠标志。
我们进一步通过比较CD133+细胞和CD133-细胞的基因表达谱,运用生物信息学分析肿瘤干细胞中特异性表达的基因和分子信号通路,发现CD133+大肠癌细胞中321个基因表达明显上调,65个基因表达明显下调。信号通路分析PI3K/Akt, Notch, JAK/STAT, MAPK和TGF-β通路相关基因改变。
PI3K/Akt和MAPK信号通路在人类肿瘤谱中广泛失调,对细胞增殖、分化和凋亡的调节起重要作用,其组分活化与肿瘤发生和肿瘤侵袭转移有密切关系。我们检测了PI3K/Akt和MAPK信号通路中的主要激酶的活性,包括Erkl/2、p38、JNK、GSK-3β和Akt,发现Erk1/2和Akt在CD133+细胞中被激活,p38、JNK和GSK-3p的活性在两群细胞间没有明显差异,推测Erk1/2和Akt的激活可能对CD133+细胞的成瘤性有重要作用。因此我们用Akt抑制剂Ⅱ、Akt抑制剂Ⅳ和MAPK抑制剂U0126抑制Akt和Erk1/2的激活,发现CD133+细胞在软琼脂中的克隆形成能力明显下降。经过抑制剂处理的CD133+细胞在NOD/SCID小鼠体内成瘤能力也有下降。同时,我们用AktshRNA和Erk shRNA干扰大肠癌细胞中的Akt和Erk的http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php表达,CD133+细胞的克隆形成能力同样下降。因此,CD133+大肠癌细胞的克隆形成能力很可能与Akt和Erk的激活有关。此外,我们发现Akt沉默的CD133+细胞在transwell中的迁移能力下降,说明Akt还可能促进了CD133+细胞的浸润转移。
本研究表明,CD133是富集大肠癌干细胞的有效标志,CD133+细胞中PI3K/Akt和MAPK通路明显激活,抑制Akt和Erk的活性,CD133+细胞在体外的克隆形成能力和体内的成瘤能力均受到抑制,Akt和Erk的激活可能对CD133+的致瘤有重要作用。PI3K/Akt和MAPK通路可能存在针对CD133+大肠癌干细胞的潜在治疗靶点。
学位年度:2010
2011年8月18日星期四
等离子体微波反射面的设计与研究
题名:等离子体微波反射面的设计与研究
作者:程芝峰
学位授予单位:中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
关键词:等离子体微波反射面;;等离子体反射面天线;;磁约束线形空心阴极放电;;静电探针;;微波反射;;时域有限差分(FDTD);;辐射方向图
摘要:
等离子体反射面天线是等离子体天线技术中一种新的应用方向,它能以简便的方式实现波束的快速扫描。由等离子体反射面天线构成的雷达系统,是一种多功能、高性能的新型电扫描雷达系统。等离子体微波反射面是等离子Strong magnets体反射面天线技术的基础,它决定了反射面天线的性能参数及工作模式。本文从等离子体片的基本参数和微波在等离子体片中传播的特性这两个角度出发,对等离子体微波反射面的性能特点进行了较为全面的研究。主要工作及成果有:
(1)对等离子体微波反射面的实现方法进行了研究,完成了包括介质真空腔体、亥姆霍兹线圈、大尺度线形空心阴极放电电极、真空过渡连接器件、放电电路、测试电路等等离子体放电系统主体部件的设计;完成了等离子体源的基本方案;完成了用于产生等离子体微波反射面的磁约束线形空心阴极放电演示系统的组装调试,使其能稳定地生成大尺度均匀高密度的等离子体片,为等离子体微波反射面的研究提供了实验平台。
(2)完成了适用于等离子体微波反射面演示系统等离子体特征参数诊断的静电探针研制,利用其进行了等离子体参数的测量,并以实验数据对磁约束线形空心阴极放电的相关机制进行了研究。通过微波与光谱手段对等离子体特征参数进行诊断与分析,验证了静电探针测量结果的可靠性。
(3)采用分层计算法对电磁波在等离子体中的一般性传播特点进行分析研究,给出了不同的参数条件下电磁波在无限大等离子体片中所发生的反射、透射及相位的变化特征。
(4)分别采用实验手段和时域有限差分(FDTD)仿真手段对天线发射的微波波束在等离子体微波反射面上的反射性能进行了测试与研究,研究表明等离子体片的密度、厚度及偏转角度对波束反射有明显的影响,得到了等离子体微波反射面在一定频段条件下的理想工作参数。
(5)结合等离子体微波反射面的反射特性,给出了等离子体反射面天线系统的性能参数特点;对等离子体反射面天线原理样机的辐http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php射方向图进行了初步的测试,为等离了体反射面天线的可行性提供了实验依据。
学位年度:2010
作者:程芝峰
学位授予单位:中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心）
关键词:等离子体微波反射面;;等离子体反射面天线;;磁约束线形空心阴极放电;;静电探针;;微波反射;;时域有限差分(FDTD);;辐射方向图
摘要:
等离子体反射面天线是等离子体天线技术中一种新的应用方向,它能以简便的方式实现波束的快速扫描。由等离子体反射面天线构成的雷达系统,是一种多功能、高性能的新型电扫描雷达系统。等离子体微波反射面是等离子Strong magnets体反射面天线技术的基础,它决定了反射面天线的性能参数及工作模式。本文从等离子体片的基本参数和微波在等离子体片中传播的特性这两个角度出发,对等离子体微波反射面的性能特点进行了较为全面的研究。主要工作及成果有:
(1)对等离子体微波反射面的实现方法进行了研究,完成了包括介质真空腔体、亥姆霍兹线圈、大尺度线形空心阴极放电电极、真空过渡连接器件、放电电路、测试电路等等离子体放电系统主体部件的设计;完成了等离子体源的基本方案;完成了用于产生等离子体微波反射面的磁约束线形空心阴极放电演示系统的组装调试,使其能稳定地生成大尺度均匀高密度的等离子体片,为等离子体微波反射面的研究提供了实验平台。
(2)完成了适用于等离子体微波反射面演示系统等离子体特征参数诊断的静电探针研制,利用其进行了等离子体参数的测量,并以实验数据对磁约束线形空心阴极放电的相关机制进行了研究。通过微波与光谱手段对等离子体特征参数进行诊断与分析,验证了静电探针测量结果的可靠性。
(3)采用分层计算法对电磁波在等离子体中的一般性传播特点进行分析研究,给出了不同的参数条件下电磁波在无限大等离子体片中所发生的反射、透射及相位的变化特征。
(4)分别采用实验手段和时域有限差分(FDTD)仿真手段对天线发射的微波波束在等离子体微波反射面上的反射性能进行了测试与研究,研究表明等离子体片的密度、厚度及偏转角度对波束反射有明显的影响,得到了等离子体微波反射面在一定频段条件下的理想工作参数。
(5)结合等离子体微波反射面的反射特性,给出了等离子体反射面天线系统的性能参数特点;对等离子体反射面天线原理样机的辐http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php射方向图进行了初步的测试,为等离了体反射面天线的可行性提供了实验依据。
学位年度:2010
多重荧光PCR与液相芯片高通量病原体检测体系的建立与应用
题名:多重荧光PCR与液相芯片高通量病原体检测体系的建立与应用
作者:肖性龙
学位授予单位:华南理工大学
关键词:病原体;;多重荧光PCR;;液相芯片;;高通量;;检测
摘要:
多重荧光PCR与液相芯片技术具有高通量、高灵敏度等特点,可缩短检测周期、减少成本和提高效率,已成为病原体临床诊断和食品安全等领域的研究热点。本文以多重荧光RT-PCR检测病毒和液相芯片检测食源性致Strong magnets病菌为主线,研究关键技术环节,建立了较完整的高通量检测体系并加以应用。
研究了以磁珠为介质的病毒总核酸提取方法。具有更高的得率与纯度,适合仪器自动化提取。试剂配方为:裂解液(4.5mol/L异硫氰酸胍,50 mmol/L Tris-HCl,10 % Triton-100,20 mmol/L EDTA,pH6.0);洗液1(4.5mol/L异硫氰酸胍,46 mmol/L Tris-HCl,pH 6.0),使用时先加入40%体积无水乙醇;洗液2(75%乙醇);洗液3(无水乙醇);磁珠(Promega)。
研究了通用型多重荧光PCR反应体系,有效解决了多重PCR反应时面临的常见问题。DNA类体系缓冲液配方为:60 mmol/L Tris-HCl (pH 8.3), 15 mmol/L KCl, 8 mmol/L ( NH4) 2SO4, 4 mmol/L MgCl2, 1.25 mmol/L dNTP,0.5μL DMSO。RNA类体系缓冲液配方为:60 mmol/L Tris-HCl (pH 8.3),10 mmol/L KCl, 16 mmol/L ( NH4) 2SO4, 5 mmol/L MgCl2, 1. 5 mmol/L dNTP,1.0 mmol/L Betaine,0.5μL DMSO,0.5μL1mg/mL gp32。两个体系在反应时均加入与Taq酶等量的Taq抗体。
研究了含组氨酸标签的假病毒监控内标和阳性对照的制备方法,为病毒检测提供了一种更稳定,更方便的全程监控技术。通过基因工程手段将6个组氨酸插入MS2噬菌体包膜蛋白的β-发夹环结构中,构建成功带组氨酸纯化标签假病毒的通用表达载体。外源基因序列插入载体后,经诱导表达与镍离子亲和层析纯化后,可获得高浓度,高纯度的假病毒。在4℃和-20℃条件下,可用SM缓冲液稳定保存1年以上。
分别建立了多重荧光RT-PCR在猪繁殖与呼吸障碍综合症、急性出血性结膜炎与手足口病上的检测体系。各方案在选定的类似病毒范围内,特异性为100%;组内和组间的变异系数均小于2.2%;检测灵敏度高于现有方法;对疑似临床样本进行检测,检测结果与细胞分离鉴定技术或PCR测序结果相符,显示了良好的适用性。手足口病样本中含有PCR抑制因子的概率为1.8-3.4%,假阴性的出现提示了对PCR进行监控的必要性。
研制了能同时富集沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和单增李斯特菌的一步法选择性培养基。其配方为(1L):胰蛋白胨17g/L、蛋白胨3g/L、磷酸二氢钾2.5g/L、葡萄糖2.5g/L、丙酮酸钠2.5g/L、甘露醇5g/L、氯化钠15g/L、氯化锂2g/L、亚碲酸钾0.1mg/L、萘啶酮酸10mg/L。该培养基具有较好的选择性,能使目标菌以相对一致的速度生长,经24h培养后,菌体浓度可达到107CFU/mL以上。
研制了能同时富集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌的一步法选择性共增菌培养基。其配方为(1L):BPW培养基的基础上,加入:葡萄糖1.25g、甘露醇1.25g、无水亚硫酸钠1.25g、丙酮酸钠0.05g,氯化钠20g、亚碲酸钾1.0mg和3号胆盐2.5g。该培养基能有效地抑制大部分竞争菌群,经过一步增菌即可富http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌达到检测限以上。
建立了肉类及水产品类常见致病菌流式液相芯片检测体系。在选定的类似病菌范围内,特异性为100%;灵敏度可达100CFU/mL,与荧光PCR技术相当。重复性实验表明,各菌检测变异系数在2%以内。研究得出影响检测信号的三个重要因素:1)目标菌扩增片断长度为100bp左右。2)上游引物也标记生物素,可增加检测信号强度65%以上。3)杂交温度的选择对检测信号也有重要的影响。
学位年度:2010
作者:肖性龙
学位授予单位:华南理工大学
关键词:病原体;;多重荧光PCR;;液相芯片;;高通量;;检测
摘要:
多重荧光PCR与液相芯片技术具有高通量、高灵敏度等特点,可缩短检测周期、减少成本和提高效率,已成为病原体临床诊断和食品安全等领域的研究热点。本文以多重荧光RT-PCR检测病毒和液相芯片检测食源性致Strong magnets病菌为主线,研究关键技术环节,建立了较完整的高通量检测体系并加以应用。
研究了以磁珠为介质的病毒总核酸提取方法。具有更高的得率与纯度,适合仪器自动化提取。试剂配方为:裂解液(4.5mol/L异硫氰酸胍,50 mmol/L Tris-HCl,10 % Triton-100,20 mmol/L EDTA,pH6.0);洗液1(4.5mol/L异硫氰酸胍,46 mmol/L Tris-HCl,pH 6.0),使用时先加入40%体积无水乙醇;洗液2(75%乙醇);洗液3(无水乙醇);磁珠(Promega)。
研究了通用型多重荧光PCR反应体系,有效解决了多重PCR反应时面临的常见问题。DNA类体系缓冲液配方为:60 mmol/L Tris-HCl (pH 8.3), 15 mmol/L KCl, 8 mmol/L ( NH4) 2SO4, 4 mmol/L MgCl2, 1.25 mmol/L dNTP,0.5μL DMSO。RNA类体系缓冲液配方为:60 mmol/L Tris-HCl (pH 8.3),10 mmol/L KCl, 16 mmol/L ( NH4) 2SO4, 5 mmol/L MgCl2, 1. 5 mmol/L dNTP,1.0 mmol/L Betaine,0.5μL DMSO,0.5μL1mg/mL gp32。两个体系在反应时均加入与Taq酶等量的Taq抗体。
研究了含组氨酸标签的假病毒监控内标和阳性对照的制备方法,为病毒检测提供了一种更稳定,更方便的全程监控技术。通过基因工程手段将6个组氨酸插入MS2噬菌体包膜蛋白的β-发夹环结构中,构建成功带组氨酸纯化标签假病毒的通用表达载体。外源基因序列插入载体后,经诱导表达与镍离子亲和层析纯化后,可获得高浓度,高纯度的假病毒。在4℃和-20℃条件下,可用SM缓冲液稳定保存1年以上。
分别建立了多重荧光RT-PCR在猪繁殖与呼吸障碍综合症、急性出血性结膜炎与手足口病上的检测体系。各方案在选定的类似病毒范围内,特异性为100%;组内和组间的变异系数均小于2.2%;检测灵敏度高于现有方法;对疑似临床样本进行检测,检测结果与细胞分离鉴定技术或PCR测序结果相符,显示了良好的适用性。手足口病样本中含有PCR抑制因子的概率为1.8-3.4%,假阴性的出现提示了对PCR进行监控的必要性。
研制了能同时富集沙门氏菌、金黄色葡萄球菌和单增李斯特菌的一步法选择性培养基。其配方为(1L):胰蛋白胨17g/L、蛋白胨3g/L、磷酸二氢钾2.5g/L、葡萄糖2.5g/L、丙酮酸钠2.5g/L、甘露醇5g/L、氯化钠15g/L、氯化锂2g/L、亚碲酸钾0.1mg/L、萘啶酮酸10mg/L。该培养基具有较好的选择性,能使目标菌以相对一致的速度生长,经24h培养后,菌体浓度可达到107CFU/mL以上。
研制了能同时富集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌的一步法选择性共增菌培养基。其配方为(1L):BPW培养基的基础上,加入:葡萄糖1.25g、甘露醇1.25g、无水亚硫酸钠1.25g、丙酮酸钠0.05g,氯化钠20g、亚碲酸钾1.0mg和3号胆盐2.5g。该培养基能有效地抑制大部分竞争菌群,经过一步增菌即可富http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php集沙门氏菌、副溶血弧菌和霍乱弧菌达到检测限以上。
建立了肉类及水产品类常见致病菌流式液相芯片检测体系。在选定的类似病菌范围内,特异性为100%;灵敏度可达100CFU/mL,与荧光PCR技术相当。重复性实验表明,各菌检测变异系数在2%以内。研究得出影响检测信号的三个重要因素:1)目标菌扩增片断长度为100bp左右。2)上游引物也标记生物素,可增加检测信号强度65%以上。3)杂交温度的选择对检测信号也有重要的影响。
学位年度:2010
冠状动脉微循环障碍的临床和实验研究
题名:冠状动脉微循环障碍的临床和实验研究
作者:常书福
学位授予单位:复旦大学
关键词:冠状动脉;;血流缓慢;;硝酸甘油;;维拉帕米;;TIMI帧计数;磁共振;;对比剂;;冠状动脉;;微栓塞;;左室功能;冠状动脉;;微栓塞;;左室重构;;肿瘤坏死因子α;;Toll样受体;;核转录因子κB
摘要:
冠状动脉(冠脉)血流缓慢现象(coronary slow flow phenomenon, CSFP)指冠脉造影发现正常或几乎正常的冠脉远端血管造影剂充盈延迟。CSFP在冠脉造影中并不罕见,研究发现CSFP患者可导致胸闷、胸痛,甚至恶性心血管Strong magnets事件的发生,可能是冠脉微血管障碍(coronary microvascular dysfunction, CMD)的一种。临床上CSFP患者常被忽视,而目前关于CSFP还有很多未解之谜,需要进一步的研究。
本研究拟入选在我院行冠脉造影的CSFP患者,使用TIMI帧计数法(TIMI frame count, TFC),分析冠脉内使用硝酸甘油或维拉帕米对CSFP患者的治疗效果。
入选64例因胸痛在我院行冠脉造影证实心外膜主要冠脉血管无狭窄病变但血流缓慢的患者(平均年龄57.43±10.87岁,男性75%),根据术者选用的治疗用药分为硝酸甘油组(n=35)和维拉帕米组(n=29)；选取年龄、性别、心血管危险因素等匹配而冠脉血流正常的29例患者为对照组。冠脉血流缓慢定义为造影剂在3个心动周期内不能到达血管末端。硝酸甘油组患者于造影后经造影管冠脉内注入硝酸甘油100-400μg后重复造影至血流明显改善；维拉帕米组则注入维拉帕米100-400μg至血流明显改善。以TFC法定量评价冠脉血流,比较CSFP患者使用硝酸甘油、维拉帕米前后的TFC值和血流正常者的TFC值,以及两组冠脉血流缓慢患者分别使用硝酸甘油和维拉帕米后的TFC变化值。
正常对照组运动平板试验均为阴性,而CSFP患者有部分运动平板试验阳性,但两组差异无统计学意义；三组患者的其他临床资料差异无统计学意义。维拉帕米组存在血流缓慢的冠脉平均(2.14±0.79)支,硝酸甘油组平均(1.97±0.89)支,两组比较差异无统计学意义。两组分别平均使用(262.06±88.29)μg硝酸甘油和(248.57±110.80)μg维拉帕米,两组剂量比较差异无统计学意义。存在血流缓慢的前降支、回旋支、右冠状动脉的基础TFC值在维拉帕米组分别为78.28±19.40、57.24±14.58、56.87±12.47,硝酸甘油组分别为70.84±21.66、55.33±12.52、51.05±15.35,对照组三支血管的TFC值分别为29.15±4.42、23.14±3.48、19.72±1.75。硝酸甘油组和维拉帕米组患者的基础TFC值差异无统计学意义(P>0.05)。维拉帕米组治疗后前降支、回旋支及右冠状动脉TFC值分别下降至37.68±9.31、31.50±11.30、24.58±4.40(与基础状态相比P<0.05),硝酸甘油组治疗后前降支、回旋支及右冠状动脉的TFC值分别下降至42.32±8.88、36.65±6.78、30.32±5.94(与基础状态相比P<0.05),但均高于正常对照组(P<0.05)。而维拉帕米组用药前后的TFC变化值大于硝酸甘油组(P<0.05)。
CSFP可能是CMD的一种表现,可导致患者胸闷、胸痛症状而反复就诊,但常被临床医生忽视,未得到应有的治疗。TIMI帧计数是研究CSFP的有用工具。本研究发现冠脉内注射维拉帕米的治疗效果优于硝酸甘油,但两组患者冠脉血流仍未恢复到正常水平。
冠状动脉微栓塞(coronary microembolization, CME)指由于冠状动脉斑块破裂或血栓脱落等导致远端微小血管阻塞,引起冠脉微血管结构和功能障碍,是冠脉微循环障碍的一种表现。目前,CME的检测还没有金标准。心脏磁共振(magnetic resonance imaging, MRI)检查在心血管疾病诊断中具有独特的优势,而且在CME的动物模型和临床研究中的应用价值也初露端倪：对比剂增强的心脏MRI首过灌注扫描发现心脏异常的低信号区代表由血管阻塞、水肿导致的心肌低灌注区,延迟增强扫描发现心脏异常高信号区代表局部心肌坏死、水肿。
临床上CME多合并有冠心病,很少有单纯的CME情况,目前的研究多从冠脉内注入微栓塞球建立CME的模型进行研究。但由于建立模型的实验动物和微球的剂量、大小等方法的不同,结论难以系统评价。
本研究拟通过冠脉介入的方法建立猪CME模型,采用心脏MRI检查,通过对比剂增强的首过灌注和延迟增强扫描观察微栓塞的微梗死及其范围大小和室壁活动情况,准确测量左室收缩末容积(LVESV)、舒张末容积(LVEDV)、射血分数(LVEF);从而探讨心脏MRI技术在CME中的诊断价值。
18头小型猪,采用冠脉介入方法在左前降支中段注入不同剂量的惰性塑料微球(直径42μm)建立CME动物模型；按照微球剂量不同分为3组：5万微球剂量组(A组)3头,12万微球组(B组)8头,15万微球组(C组)7头。在术前、CME后6h、1w分别行心脏MRI检查。检查应用1.5T超导MR扫描仪(Magnetom Avanto, Siemens AG, Erlangen, Germany)。首先进行心脏定位,电影检查用以测定心功能及室壁运动情况,然后使用高压注射器经耳静脉注射磁共振对比剂Magnevist,剂量0.05mmol/kg,注射速率为4mL/s,完成首过灌注扫描。首过灌注扫描完成后,给予对比剂0.15mmol/kg,延迟10min后完成延迟增强扫描。扫描结束后利用Argus软件对扫描结果进行分析,主要分析是否存在异常信号区、室壁运动情况及左室功能。1w后取出心脏行硝基四氮唑蓝(NBT)染色观察梗死情况。
C组有1头猪术前麻醉过量死亡,1头术后死亡,其余成功完成所有实验。所有16头猪在术前首过灌注扫描和延迟增强均未发现异常低信号或高信号区。A组和B组术后6h心脏MRI在首过灌注扫描均未见到低信号区。A组术后6h的MRI延迟增强扫描在心尖水平可见位于前壁的少量散在异常强化区；术后1w复查MRI示首过灌注扫描和延长灌注显像均未见异常信号区。B组术后6h的MRI延迟增强扫描可见乳头肌水平至心尖水平位于前壁、前间隔的较多片状异常强化灶,而术后1w复查MRI示首过灌注扫描和延迟增强灌注显像均未见异常信号区。C组术后6h首过灌注扫描在乳头肌水平上呈现散在低信号区,延迟增强扫描在乳头肌水平至心尖水平多层面的前壁及前间隔上存在片状延迟强化灶,乳头肌层面明显,且和首过灌注扫描相的部位一致；术后1w复查MRI首过灌注扫描示乳头肌水平上仍存在散在低信号区,延迟增强相示乳头肌水平层面的前壁及前间隔上存在片状延迟强化灶,但高信号区较术后6h时的MRI延迟增强相明显缩小。不同微栓塞剂量组于CME后6h前壁、前间隔均可见不同程度的收缩活动减弱,1w复查时见收缩活动有改善,但仍弱于基础状态。
不同微栓塞剂量组术前,术后6h、1W后测定的LVEDV、LESDV及LVEF分别见表1。CME后的各剂量组LVEDV、LVESV均逐渐增大；LVEF则先下降(6h后)再恢复(1w后)。但各组之间存在差别：A组LVEDV值1w后明显高于术前、CME后6h(P<0.05),CME后6h与术前比较差异无统计学意义；LVESV值术后1w高于术前(P<0.05),而术后6h和术前、术后1w比较差异无统计学意义；LVEF术后6h达最低值(和术前、术后1w比较,P均<0.05),1w后有所恢复,但和术前比较差异无统计学意义。B组LVEDV值术后1w最大(和术前、术后6h比较,P均<0.05),术后6h和术前无明显差异(P>0.05)；LVESV术前低于术后(和术后6h、1w比较,P均<0.05),但术后1w和6h比较差异并无统计学意义(P>0.05)；LVEF术后6h达最低值(和术前、术后1w比较,P均<0.05),1w后和术前无差异(P>0.05)。C组各指标也变化不同,LVED术后1w明显大于术前及术后6h(P均<0.05),但术后6h和术前并无明显差异(P>O.05)；LVESV的变化和12万相同,术前最小(和术后比较,P均<0.05),术后6h、1w无差异(P>0.05),而LVEF则先降到最低点(6h后),再恢复(1w后),但并不能恢复至术前水平(术前、术后6h、1w比较,p均<0.05)。
术前,术后6h、1w各时间点3种不同剂量微球组之间比较发现,术前仅A组LVESV低于B组(P<0.05),其余指标差异无统计学意义(P均>0.05);术后6h左室大小、LVEF各组之间并无差异(P均>0.05)；术后1w,A组的LVEDV、LVESV均低于B组(P均<0.05),其余指标差异无统计学意义(P均>0.05)。
CME术后1w心肌NBT染色发现只有C组在乳头肌水平前壁部位存在梗死区,且和MRI发现的首过灌注扫描和1w后延迟增强扫描的异常信号区一致。
对比剂增强的首过灌注扫描和延迟增强心脏MRI可以检测CME后的微小梗死灶,但和微球的数量相关,微梗死灶越大,越容易被发现。而CME后左室发生不同程度的重构和收缩功能改变,左室收缩功能6h后下降,1w后渐恢复,但左室重构的程度和左室收缩功能的变化不相关。左室收缩功能的变化和微球剂量、微梗死面积大小之间并没有相关性。心脏MRI可以用来检测冠脉微栓塞后微梗死灶,准确测量左室大小、收缩功能,有很大的临床应用价值。
CME可导致心肌缺血、坏死,引起心脏重构、功能障碍,最终使患者不良事件增多,影响预后。CME后引起心室重构的机制目前不是很清楚,研究证实CME后炎症、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα, TNF-1α)表达在影响左室重构起了很重要的作用。Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)家族和核转录因子κB (nuclear factor kappa B, NF-κB)在许多炎症性疾病中参与了的发病过程,是TNF-α的上游传导通路。但TLR4/NF-κB是否参与了CME后的左室重构并不清楚。
本研究拟通过冠脉介入的方法建立不同剂量的猪CME模型,检测心肌组织的TLR4和NF-κB的表达情况,初步探讨TLR4/NF-κB是否也参与了CME后炎症、左室重构的过程。
9头小型猪,采用冠脉介入方法在左前降支中段注入不同剂量的惰性塑料微球建立CME模型,其中5万微球组(A组)、12万微球组(B组)各1头,15万微球组(C组)6头。另1头为假手术组作为对照(假手术组冠http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php脉内注入等量的生理盐水)。1w后取心脏前壁、后壁心肌组织行Western-Blot、Real Time PCR检测TLR4的表达,行Western-Blot检测NF-κB的表达、电泳迁移率检测NF-κB的活性。
和对照组比较,C组后壁组织的TLR4的表达、NF-κB的表达及活性无明显增强,前壁心肌组织TLR4的表达、NF-κB的表达及活性均增强。C组前壁TLR4的表达、NF-κB的表达及活性均比后壁明显增强(P<0.05),而不同剂量的3组前壁TLR4的表达、NF-κB的表达及活性类似。
CME后1w,受累心肌组织中TLR4、NF-κB表达升高、活性增强。CME前后,前、后壁心肌组织中TLR4、NF-κB表达一致,提示TLR4/NF-κB通路可能参与了CME后炎症反应、左室重构的过程。
学位年度:2010
作者:常书福
学位授予单位:复旦大学
关键词:冠状动脉;;血流缓慢;;硝酸甘油;;维拉帕米;;TIMI帧计数;磁共振;;对比剂;;冠状动脉;;微栓塞;;左室功能;冠状动脉;;微栓塞;;左室重构;;肿瘤坏死因子α;;Toll样受体;;核转录因子κB
摘要:
冠状动脉(冠脉)血流缓慢现象(coronary slow flow phenomenon, CSFP)指冠脉造影发现正常或几乎正常的冠脉远端血管造影剂充盈延迟。CSFP在冠脉造影中并不罕见,研究发现CSFP患者可导致胸闷、胸痛,甚至恶性心血管Strong magnets事件的发生,可能是冠脉微血管障碍(coronary microvascular dysfunction, CMD)的一种。临床上CSFP患者常被忽视,而目前关于CSFP还有很多未解之谜,需要进一步的研究。
本研究拟入选在我院行冠脉造影的CSFP患者,使用TIMI帧计数法(TIMI frame count, TFC),分析冠脉内使用硝酸甘油或维拉帕米对CSFP患者的治疗效果。
入选64例因胸痛在我院行冠脉造影证实心外膜主要冠脉血管无狭窄病变但血流缓慢的患者(平均年龄57.43±10.87岁,男性75%),根据术者选用的治疗用药分为硝酸甘油组(n=35)和维拉帕米组(n=29)；选取年龄、性别、心血管危险因素等匹配而冠脉血流正常的29例患者为对照组。冠脉血流缓慢定义为造影剂在3个心动周期内不能到达血管末端。硝酸甘油组患者于造影后经造影管冠脉内注入硝酸甘油100-400μg后重复造影至血流明显改善；维拉帕米组则注入维拉帕米100-400μg至血流明显改善。以TFC法定量评价冠脉血流,比较CSFP患者使用硝酸甘油、维拉帕米前后的TFC值和血流正常者的TFC值,以及两组冠脉血流缓慢患者分别使用硝酸甘油和维拉帕米后的TFC变化值。
正常对照组运动平板试验均为阴性,而CSFP患者有部分运动平板试验阳性,但两组差异无统计学意义；三组患者的其他临床资料差异无统计学意义。维拉帕米组存在血流缓慢的冠脉平均(2.14±0.79)支,硝酸甘油组平均(1.97±0.89)支,两组比较差异无统计学意义。两组分别平均使用(262.06±88.29)μg硝酸甘油和(248.57±110.80)μg维拉帕米,两组剂量比较差异无统计学意义。存在血流缓慢的前降支、回旋支、右冠状动脉的基础TFC值在维拉帕米组分别为78.28±19.40、57.24±14.58、56.87±12.47,硝酸甘油组分别为70.84±21.66、55.33±12.52、51.05±15.35,对照组三支血管的TFC值分别为29.15±4.42、23.14±3.48、19.72±1.75。硝酸甘油组和维拉帕米组患者的基础TFC值差异无统计学意义(P>0.05)。维拉帕米组治疗后前降支、回旋支及右冠状动脉TFC值分别下降至37.68±9.31、31.50±11.30、24.58±4.40(与基础状态相比P<0.05),硝酸甘油组治疗后前降支、回旋支及右冠状动脉的TFC值分别下降至42.32±8.88、36.65±6.78、30.32±5.94(与基础状态相比P<0.05),但均高于正常对照组(P<0.05)。而维拉帕米组用药前后的TFC变化值大于硝酸甘油组(P<0.05)。
CSFP可能是CMD的一种表现,可导致患者胸闷、胸痛症状而反复就诊,但常被临床医生忽视,未得到应有的治疗。TIMI帧计数是研究CSFP的有用工具。本研究发现冠脉内注射维拉帕米的治疗效果优于硝酸甘油,但两组患者冠脉血流仍未恢复到正常水平。
冠状动脉微栓塞(coronary microembolization, CME)指由于冠状动脉斑块破裂或血栓脱落等导致远端微小血管阻塞,引起冠脉微血管结构和功能障碍,是冠脉微循环障碍的一种表现。目前,CME的检测还没有金标准。心脏磁共振(magnetic resonance imaging, MRI)检查在心血管疾病诊断中具有独特的优势,而且在CME的动物模型和临床研究中的应用价值也初露端倪：对比剂增强的心脏MRI首过灌注扫描发现心脏异常的低信号区代表由血管阻塞、水肿导致的心肌低灌注区,延迟增强扫描发现心脏异常高信号区代表局部心肌坏死、水肿。
临床上CME多合并有冠心病,很少有单纯的CME情况,目前的研究多从冠脉内注入微栓塞球建立CME的模型进行研究。但由于建立模型的实验动物和微球的剂量、大小等方法的不同,结论难以系统评价。
本研究拟通过冠脉介入的方法建立猪CME模型,采用心脏MRI检查,通过对比剂增强的首过灌注和延迟增强扫描观察微栓塞的微梗死及其范围大小和室壁活动情况,准确测量左室收缩末容积(LVESV)、舒张末容积(LVEDV)、射血分数(LVEF);从而探讨心脏MRI技术在CME中的诊断价值。
18头小型猪,采用冠脉介入方法在左前降支中段注入不同剂量的惰性塑料微球(直径42μm)建立CME动物模型；按照微球剂量不同分为3组：5万微球剂量组(A组)3头,12万微球组(B组)8头,15万微球组(C组)7头。在术前、CME后6h、1w分别行心脏MRI检查。检查应用1.5T超导MR扫描仪(Magnetom Avanto, Siemens AG, Erlangen, Germany)。首先进行心脏定位,电影检查用以测定心功能及室壁运动情况,然后使用高压注射器经耳静脉注射磁共振对比剂Magnevist,剂量0.05mmol/kg,注射速率为4mL/s,完成首过灌注扫描。首过灌注扫描完成后,给予对比剂0.15mmol/kg,延迟10min后完成延迟增强扫描。扫描结束后利用Argus软件对扫描结果进行分析,主要分析是否存在异常信号区、室壁运动情况及左室功能。1w后取出心脏行硝基四氮唑蓝(NBT)染色观察梗死情况。
C组有1头猪术前麻醉过量死亡,1头术后死亡,其余成功完成所有实验。所有16头猪在术前首过灌注扫描和延迟增强均未发现异常低信号或高信号区。A组和B组术后6h心脏MRI在首过灌注扫描均未见到低信号区。A组术后6h的MRI延迟增强扫描在心尖水平可见位于前壁的少量散在异常强化区；术后1w复查MRI示首过灌注扫描和延长灌注显像均未见异常信号区。B组术后6h的MRI延迟增强扫描可见乳头肌水平至心尖水平位于前壁、前间隔的较多片状异常强化灶,而术后1w复查MRI示首过灌注扫描和延迟增强灌注显像均未见异常信号区。C组术后6h首过灌注扫描在乳头肌水平上呈现散在低信号区,延迟增强扫描在乳头肌水平至心尖水平多层面的前壁及前间隔上存在片状延迟强化灶,乳头肌层面明显,且和首过灌注扫描相的部位一致；术后1w复查MRI首过灌注扫描示乳头肌水平上仍存在散在低信号区,延迟增强相示乳头肌水平层面的前壁及前间隔上存在片状延迟强化灶,但高信号区较术后6h时的MRI延迟增强相明显缩小。不同微栓塞剂量组于CME后6h前壁、前间隔均可见不同程度的收缩活动减弱,1w复查时见收缩活动有改善,但仍弱于基础状态。
不同微栓塞剂量组术前,术后6h、1W后测定的LVEDV、LESDV及LVEF分别见表1。CME后的各剂量组LVEDV、LVESV均逐渐增大；LVEF则先下降(6h后)再恢复(1w后)。但各组之间存在差别：A组LVEDV值1w后明显高于术前、CME后6h(P<0.05),CME后6h与术前比较差异无统计学意义；LVESV值术后1w高于术前(P<0.05),而术后6h和术前、术后1w比较差异无统计学意义；LVEF术后6h达最低值(和术前、术后1w比较,P均<0.05),1w后有所恢复,但和术前比较差异无统计学意义。B组LVEDV值术后1w最大(和术前、术后6h比较,P均<0.05),术后6h和术前无明显差异(P>0.05)；LVESV术前低于术后(和术后6h、1w比较,P均<0.05),但术后1w和6h比较差异并无统计学意义(P>0.05)；LVEF术后6h达最低值(和术前、术后1w比较,P均<0.05),1w后和术前无差异(P>0.05)。C组各指标也变化不同,LVED术后1w明显大于术前及术后6h(P均<0.05),但术后6h和术前并无明显差异(P>O.05)；LVESV的变化和12万相同,术前最小(和术后比较,P均<0.05),术后6h、1w无差异(P>0.05),而LVEF则先降到最低点(6h后),再恢复(1w后),但并不能恢复至术前水平(术前、术后6h、1w比较,p均<0.05)。
术前,术后6h、1w各时间点3种不同剂量微球组之间比较发现,术前仅A组LVESV低于B组(P<0.05),其余指标差异无统计学意义(P均>0.05);术后6h左室大小、LVEF各组之间并无差异(P均>0.05)；术后1w,A组的LVEDV、LVESV均低于B组(P均<0.05),其余指标差异无统计学意义(P均>0.05)。
CME术后1w心肌NBT染色发现只有C组在乳头肌水平前壁部位存在梗死区,且和MRI发现的首过灌注扫描和1w后延迟增强扫描的异常信号区一致。
对比剂增强的首过灌注扫描和延迟增强心脏MRI可以检测CME后的微小梗死灶,但和微球的数量相关,微梗死灶越大,越容易被发现。而CME后左室发生不同程度的重构和收缩功能改变,左室收缩功能6h后下降,1w后渐恢复,但左室重构的程度和左室收缩功能的变化不相关。左室收缩功能的变化和微球剂量、微梗死面积大小之间并没有相关性。心脏MRI可以用来检测冠脉微栓塞后微梗死灶,准确测量左室大小、收缩功能,有很大的临床应用价值。
CME可导致心肌缺血、坏死,引起心脏重构、功能障碍,最终使患者不良事件增多,影响预后。CME后引起心室重构的机制目前不是很清楚,研究证实CME后炎症、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factorα, TNF-1α)表达在影响左室重构起了很重要的作用。Toll样受体(Toll-like receptors, TLRs)家族和核转录因子κB (nuclear factor kappa B, NF-κB)在许多炎症性疾病中参与了的发病过程,是TNF-α的上游传导通路。但TLR4/NF-κB是否参与了CME后的左室重构并不清楚。
本研究拟通过冠脉介入的方法建立不同剂量的猪CME模型,检测心肌组织的TLR4和NF-κB的表达情况,初步探讨TLR4/NF-κB是否也参与了CME后炎症、左室重构的过程。
9头小型猪,采用冠脉介入方法在左前降支中段注入不同剂量的惰性塑料微球建立CME模型,其中5万微球组(A组)、12万微球组(B组)各1头,15万微球组(C组)6头。另1头为假手术组作为对照(假手术组冠http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php脉内注入等量的生理盐水)。1w后取心脏前壁、后壁心肌组织行Western-Blot、Real Time PCR检测TLR4的表达,行Western-Blot检测NF-κB的表达、电泳迁移率检测NF-κB的活性。
和对照组比较,C组后壁组织的TLR4的表达、NF-κB的表达及活性无明显增强,前壁心肌组织TLR4的表达、NF-κB的表达及活性均增强。C组前壁TLR4的表达、NF-κB的表达及活性均比后壁明显增强(P<0.05),而不同剂量的3组前壁TLR4的表达、NF-κB的表达及活性类似。
CME后1w,受累心肌组织中TLR4、NF-κB表达升高、活性增强。CME前后,前、后壁心肌组织中TLR4、NF-κB表达一致,提示TLR4/NF-κB通路可能参与了CME后炎症反应、左室重构的过程。
学位年度:2010
3T MRI在复杂型先天性心脏病双向Glenn分流术后的临床应用研究
题名:3T MRI在复杂型先天性心脏病双向Glenn分流术后的临床应用研究
作者:王荣品
学位授予单位:南方医科大学
关键词:磁共振成像;;心脏缺损，先天性;;双向腔静脉-肺动脉分流术;;心脏功能;;血流量
摘要:
目的：
1.通过流体模型,检验3.0 T磁共振相位对比法成像(3.0 T PC-MRI)速度编码值(Venc)、编码方向的选择及其对恒定流体流速和变速流体流速测量的准确性和稳定性。
2.探讨非屏气电影法用于不能Strong magnets配合屏气患者心功能检查的可行性及评价非屏气多时相采集电影回放法测量左心室功能的价值。
3.采用相位对比法磁共振成像(PC-MRI)测量肺、体循环大血管血流动力学信息,探讨肺、体循环差异,同时验证PC-MRI对人体血流参数测量的准确性。
4.探讨3.0 T MRI SE序列结合电影成像评价复杂型先天性心脏病(CCHD)双向Glenn分流术(BGS)后心内畸形、主心室功能和房室瓣功能的诊断价值。
5.应用PC-MRI结合CE-MRI评估BGS后,肺血流量与肺血管发育关系,进而计算主-肺侧支血管血流量(APCF)和心内分流量。
材料与方法：
1.固定流体流速和Venc,检验不同编码方向的流体信息；固定流体流速和编码方向,检验不同Venc对固定流速的影响：固定Venc和编码方向,检验PC-MRI对不同恒定流速(注射流率0-5 ml/s)所测流速值与实际流速的差别；检验PC-MRI对变速流体测量的准确性；采用t检验以检验PC-MRI所测流速值与实际流速的差异是否具有统计学意义。
2.采用非屏气法和多次屏气法快速稳态平衡进动序列(FIESTA)对15例健康志愿者进行3.0 T MRI检查,用Report Card软件分析左心室功能,比较两种方法测量所得心功能指标,包括左心室舒张末期容积(EDV)、收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)、平均心肌质量(MM)、心输出量(CO)及相应的体表面积标准化的左心室舒张来期容积指数(EDVI)、心肌质量指数(MMI)、心脏指数(CI),采用配对样本t检验分析两种方法测量结果的差异性和相关性。
3.使用GE 3.0 T MRI扫描仪,采用PC-MRI对15例健康志愿者的主肺动脉、右肺动脉、左肺动脉、主动脉、上腔静脉和下腔静脉进行血流测量,然后,计算各血管一个心动周期的净血流量和返流分数。采用配对样本t检验分析肺、体血流差异。
4.采用Triple-IR和快速稳态平衡进动序列(FIESTA)对22例BGS术后患者进行心脏检查,用Report Card软件分析心内畸形、主心室和房室瓣收缩功能；分析3.0 T MRI测量主心室舒张末期容积(EDV)、收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)及轴缩短率(FS)与超声心动图(UCG)测量相应指标的相关性http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php；应用独立样本t检验分析BGS术后主心室舒张末期容积指数(EDVI)、收缩末期容积指数(ESVI)、心脏指数(CI)及EF与健康志愿者左心室相应功能指标的差异；应用Spearman等级相关对电影MRI所测的房室瓣返流程度与UCG进行检验分析。
5.应用3.0 T PC-MRI对22例BGS术后患者肺、体循环各大血管进行血流测量,用Report Card软件计算主动脉搏出量(Qs),上、下腔静脉回流量(Qv),左、右肺动脉血流量(Qp); APCF=Qs-Qv;心内分流量=Qv-Qp。应用CE-MRI测量肺血管发育指标。对肺、体循环血流差异及双肺动脉血流差异采用配对样本t检验；对肺血管发育指标与肺血流量关系采用Pearson's和Spearman's相关分析；对不同前向性血流组肺血流量及APCF的差异采用独立样本t检验；MRI与UCG对腔-肺吻合口测量的差异采用配对样本t检验和Pearson's相关分析。将心内分流量与主心室舒张末期容积指数(EDVI)和UCG测量的房室瓣返流面积进行相关性分析。所有结果取P<0.05为差异有统计学意义。
结果：
1.只有选择层面(SLICE)或上、下(SI)编码方向才能正确反映质子流动的方向；在Venc适当大于实际流速时,不同注射流率PC-MRI所测流速值与流速真实值之间差异无统计学意义(t=-0.861,P=0.405),二者呈显著正相关关系(r=0.999,P<0.001)；3.0 T PC-MRI在测量变速流体的最大、最小和平均值与相应的实际流速一致性良好。
2.非屏气法和多次屏气测得左心室各项功能指标分别为：EDV为(123.85±19.48)ml和(121.97±17.53)ml,ESV为(46.64±8.34)ml和(45.57±9.18)ml,EF为(62.65±5.12)%和(62.39±4.67)%,MM为(106.25±18.07)g和(106.25±18.07)g；EDVI为(70.44±7.11)ml/m2和(69.58±6.53) ml/m2,MMI为(60.83±5.45)g/m2和(60.17±6.34)g/m2,CO为(5.70±0.778)L/min和(5.69±0.88)L/min,CI为(3.26±0.24)L/min/m2和(3.27±0.30)L/min/m2。两种方法所得的上述各项指标经配对样本t检验,差异无统计学显著性意义(P值均>0.05),相关性良好(r=0.633-0.957)。
3.主肺动脉、右肺动脉和左肺动脉一个心动周期的平均血流量分别为(69.42±12.35)mL,(38.78±6.81)mL和(32.27±6.49)mL,右肺动脉血流量显著大于左肺动脉血流量(t=3.092,P=0.004),左肺动脉返流分数明显大于右肺动脉返流分数(t=5.502,P=0.001)。主动脉一个心动周期的平均血流量为(70.1±12.42)mL；上腔静脉血流量(25.5±4.14 mL)明显低于下腔静脉血流量(42.14±9.26 mL)(t=-6.866,P<0.001),下腔静脉返流分数(9.77±1.83%)明显大于上腔静脉返流分数(6.86±1.92%)(t=4.250,P<0.001)。主、肺动脉搏出量及腔静脉回流量比值为1：1.009：0.974。
4. Triple-IR结合FIESTA能清楚显示心内畸形和心脏大血管连接部畸形；3.0 TMRI测量获得的EDV、ESV、EF及FS与UCG测量值之间差异无统计学意义(P值均>0.05),二者相关性良好(r=0.727-0.99)；BGS术后,主心室EDVI、MMI及CI均较健康志愿者增大,但EF值较健康志愿者减低；电影MRI测量房室瓣返流程度与UCG测量结果呈显著正相关性(rs=0.712,P<0.001),二者对房室瓣返流严重程度测量的吻合度较好(Kappa=0.453,P=0.01)。
5.BGS术后,肺、体循环血流量存在明显差异(Qs大于Qv,Qv大于Qp)；右肺血流量(56.1±10.9%)明显多于左肺血流量(43.9±10.9%)；APCF为0.89±0.47 L/min,动脉前向性血流组明显多于静脉前向性血流组；PC-MRI测量肺血流量与CE-MRI测量肺动脉发育指标呈显著正相关(r=0.456-0.698)；MRI与UCG测量腔-肺吻合口宽度、峰值流速及压差呈显著正相关(r=0.427-0.858)；心内分流量(0.61±0.29 L/min)与主心室EDVI及UCG所测房室瓣返流面积呈显著正相关(r=0.806及r=0.685)。
结论：
1.选择合适的Venc和编码方向是准确测量流体动力学参数的前提；3.0 TPC-MRI能客观、准确地测量流体模型的动力学信息。
2.非屏气法多时相采集电影MRI能较准确地测量左心室功能,而且可用于不能配合屏气患者的心功能检查。
3. PC-MRI能够准确测量肺、体循环大血管血流量,所测健康志愿者的肺、体循环血流量及返流分数对心脏病患者的检查及术后复查具有重要参考意义。
4.3.0 T MRI SE序列结合电影成像能准确评价CCHD患者BGS术后主心室的结构和功能,评价房室瓣返流方面与UCG相关性良好,具有较好的临床应用价值。
5.3.0 T PC-MRI测量肺血流量与CE-MRI测量肺血管发育指标具有良好相关性,二者结合可更好地评估整体肺血情况；心内分流量与EDVI及房室瓣返流关系密切；APCF对治疗决策及评估预后有重要意义。
学位年度:2010
作者:王荣品
学位授予单位:南方医科大学
关键词:磁共振成像;;心脏缺损，先天性;;双向腔静脉-肺动脉分流术;;心脏功能;;血流量
摘要:
目的：
1.通过流体模型,检验3.0 T磁共振相位对比法成像(3.0 T PC-MRI)速度编码值(Venc)、编码方向的选择及其对恒定流体流速和变速流体流速测量的准确性和稳定性。
2.探讨非屏气电影法用于不能Strong magnets配合屏气患者心功能检查的可行性及评价非屏气多时相采集电影回放法测量左心室功能的价值。
3.采用相位对比法磁共振成像(PC-MRI)测量肺、体循环大血管血流动力学信息,探讨肺、体循环差异,同时验证PC-MRI对人体血流参数测量的准确性。
4.探讨3.0 T MRI SE序列结合电影成像评价复杂型先天性心脏病(CCHD)双向Glenn分流术(BGS)后心内畸形、主心室功能和房室瓣功能的诊断价值。
5.应用PC-MRI结合CE-MRI评估BGS后,肺血流量与肺血管发育关系,进而计算主-肺侧支血管血流量(APCF)和心内分流量。
材料与方法：
1.固定流体流速和Venc,检验不同编码方向的流体信息；固定流体流速和编码方向,检验不同Venc对固定流速的影响：固定Venc和编码方向,检验PC-MRI对不同恒定流速(注射流率0-5 ml/s)所测流速值与实际流速的差别；检验PC-MRI对变速流体测量的准确性；采用t检验以检验PC-MRI所测流速值与实际流速的差异是否具有统计学意义。
2.采用非屏气法和多次屏气法快速稳态平衡进动序列(FIESTA)对15例健康志愿者进行3.0 T MRI检查,用Report Card软件分析左心室功能,比较两种方法测量所得心功能指标,包括左心室舒张末期容积(EDV)、收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)、平均心肌质量(MM)、心输出量(CO)及相应的体表面积标准化的左心室舒张来期容积指数(EDVI)、心肌质量指数(MMI)、心脏指数(CI),采用配对样本t检验分析两种方法测量结果的差异性和相关性。
3.使用GE 3.0 T MRI扫描仪,采用PC-MRI对15例健康志愿者的主肺动脉、右肺动脉、左肺动脉、主动脉、上腔静脉和下腔静脉进行血流测量,然后,计算各血管一个心动周期的净血流量和返流分数。采用配对样本t检验分析肺、体血流差异。
4.采用Triple-IR和快速稳态平衡进动序列(FIESTA)对22例BGS术后患者进行心脏检查,用Report Card软件分析心内畸形、主心室和房室瓣收缩功能；分析3.0 T MRI测量主心室舒张末期容积(EDV)、收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)及轴缩短率(FS)与超声心动图(UCG)测量相应指标的相关性http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php；应用独立样本t检验分析BGS术后主心室舒张末期容积指数(EDVI)、收缩末期容积指数(ESVI)、心脏指数(CI)及EF与健康志愿者左心室相应功能指标的差异；应用Spearman等级相关对电影MRI所测的房室瓣返流程度与UCG进行检验分析。
5.应用3.0 T PC-MRI对22例BGS术后患者肺、体循环各大血管进行血流测量,用Report Card软件计算主动脉搏出量(Qs),上、下腔静脉回流量(Qv),左、右肺动脉血流量(Qp); APCF=Qs-Qv;心内分流量=Qv-Qp。应用CE-MRI测量肺血管发育指标。对肺、体循环血流差异及双肺动脉血流差异采用配对样本t检验；对肺血管发育指标与肺血流量关系采用Pearson's和Spearman's相关分析；对不同前向性血流组肺血流量及APCF的差异采用独立样本t检验；MRI与UCG对腔-肺吻合口测量的差异采用配对样本t检验和Pearson's相关分析。将心内分流量与主心室舒张末期容积指数(EDVI)和UCG测量的房室瓣返流面积进行相关性分析。所有结果取P<0.05为差异有统计学意义。
结果：
1.只有选择层面(SLICE)或上、下(SI)编码方向才能正确反映质子流动的方向；在Venc适当大于实际流速时,不同注射流率PC-MRI所测流速值与流速真实值之间差异无统计学意义(t=-0.861,P=0.405),二者呈显著正相关关系(r=0.999,P<0.001)；3.0 T PC-MRI在测量变速流体的最大、最小和平均值与相应的实际流速一致性良好。
2.非屏气法和多次屏气测得左心室各项功能指标分别为：EDV为(123.85±19.48)ml和(121.97±17.53)ml,ESV为(46.64±8.34)ml和(45.57±9.18)ml,EF为(62.65±5.12)%和(62.39±4.67)%,MM为(106.25±18.07)g和(106.25±18.07)g；EDVI为(70.44±7.11)ml/m2和(69.58±6.53) ml/m2,MMI为(60.83±5.45)g/m2和(60.17±6.34)g/m2,CO为(5.70±0.778)L/min和(5.69±0.88)L/min,CI为(3.26±0.24)L/min/m2和(3.27±0.30)L/min/m2。两种方法所得的上述各项指标经配对样本t检验,差异无统计学显著性意义(P值均>0.05),相关性良好(r=0.633-0.957)。
3.主肺动脉、右肺动脉和左肺动脉一个心动周期的平均血流量分别为(69.42±12.35)mL,(38.78±6.81)mL和(32.27±6.49)mL,右肺动脉血流量显著大于左肺动脉血流量(t=3.092,P=0.004),左肺动脉返流分数明显大于右肺动脉返流分数(t=5.502,P=0.001)。主动脉一个心动周期的平均血流量为(70.1±12.42)mL；上腔静脉血流量(25.5±4.14 mL)明显低于下腔静脉血流量(42.14±9.26 mL)(t=-6.866,P<0.001),下腔静脉返流分数(9.77±1.83%)明显大于上腔静脉返流分数(6.86±1.92%)(t=4.250,P<0.001)。主、肺动脉搏出量及腔静脉回流量比值为1：1.009：0.974。
4. Triple-IR结合FIESTA能清楚显示心内畸形和心脏大血管连接部畸形；3.0 TMRI测量获得的EDV、ESV、EF及FS与UCG测量值之间差异无统计学意义(P值均>0.05),二者相关性良好(r=0.727-0.99)；BGS术后,主心室EDVI、MMI及CI均较健康志愿者增大,但EF值较健康志愿者减低；电影MRI测量房室瓣返流程度与UCG测量结果呈显著正相关性(rs=0.712,P<0.001),二者对房室瓣返流严重程度测量的吻合度较好(Kappa=0.453,P=0.01)。
5.BGS术后,肺、体循环血流量存在明显差异(Qs大于Qv,Qv大于Qp)；右肺血流量(56.1±10.9%)明显多于左肺血流量(43.9±10.9%)；APCF为0.89±0.47 L/min,动脉前向性血流组明显多于静脉前向性血流组；PC-MRI测量肺血流量与CE-MRI测量肺动脉发育指标呈显著正相关(r=0.456-0.698)；MRI与UCG测量腔-肺吻合口宽度、峰值流速及压差呈显著正相关(r=0.427-0.858)；心内分流量(0.61±0.29 L/min)与主心室EDVI及UCG所测房室瓣返流面积呈显著正相关(r=0.806及r=0.685)。
结论：
1.选择合适的Venc和编码方向是准确测量流体动力学参数的前提；3.0 TPC-MRI能客观、准确地测量流体模型的动力学信息。
2.非屏气法多时相采集电影MRI能较准确地测量左心室功能,而且可用于不能配合屏气患者的心功能检查。
3. PC-MRI能够准确测量肺、体循环大血管血流量,所测健康志愿者的肺、体循环血流量及返流分数对心脏病患者的检查及术后复查具有重要参考意义。
4.3.0 T MRI SE序列结合电影成像能准确评价CCHD患者BGS术后主心室的结构和功能,评价房室瓣返流方面与UCG相关性良好,具有较好的临床应用价值。
5.3.0 T PC-MRI测量肺血流量与CE-MRI测量肺血管发育指标具有良好相关性,二者结合可更好地评估整体肺血情况；心内分流量与EDVI及房室瓣返流关系密切；APCF对治疗决策及评估预后有重要意义。
学位年度:2010
改性纳米TiO_2光催化剂的制备及其去除水中染料污染物的研究
题名:改性纳米TiO_2光催化剂的制备及其去除水中染料污染物的研究
作者:王韶华
学位授予单位:华南理工大学
关键词:半导体光催化剂;;可磁分离;;活性炭;;碳纳米管;;P-TiO_2
摘要:
作为一种先进的高级氧化技术,纳米二氧化钛因具有高的光催化活性、良好的化学稳定性、廉价无毒等优点,被广泛应用于污水处理、空气净化等领域,成为环境、化学、材料科学等领域的研究热点。但二氧化钛禁带宽度大(3.2 eV),只能利用太阳光中的紫外线部分(仅占太阳能3-4%),而且存在分离回收难的问题,因而实际应用受到限制。通过多种改性方法提高催化剂的活性,丰富分离手段,提高催化剂的太Strong magnets阳光利用率是这一技术大规模应用的重要环节。本文通过对纳米二氧化钛掺杂改性、负载技术及光催化降解水中染料污染物的研究,探索最佳制备工艺和光催化降解条件,以期进一步充实光催化技术的研究。
采用浸渍法和溶胶-凝胶法,首先制备了负载有MnxZn1-xFe2O4软磁粒子的活性炭,然后以钛酸四丁酯为钛源,将TiO2负载到具有磁性的多孔活性炭表面,在氮气气氛下程序升温处理得到可磁分离的TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC磁性光催化剂(TFAC)。研究结果表明:在对甲基橙(MO)的光催化降解中,TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC磁性光催化剂的最佳质量比为8∶1∶4,最适宜煅烧温度为450℃、煅烧时间为2 h。TFAC磁性光催化剂具有比P25和纯TiO2高的光催化活性,且具有良好的软磁性能,在外加磁场的作用下很容易从体系中分离出来,撤掉外加磁场后又很容易再次分散,催化剂经五次循环使用MO去除率仍接近90%。经过XRD、FT-IR、SEM、BET等表征手段分析,活性炭负载TiO2后,TiO2晶相结构为高催化活性的锐钛矿型,活性炭的负载可以有效抑制TiO2晶粒的尺寸,减少颗粒团聚;同时活性炭和TiO2相互作用,接触面形成了新的Ti-O-C键,具有很强的协同效应,均有利于提高磁性光催化剂的光催化活性。
研究了TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC的吸附和光催化性能,考察了染料初始浓度、溶液pH值、H2O2浓度等因素对光催化降解MO的影响。结果表明,染料初始浓度与其脱色速率成反比;pH值在等电点附近,脱色效果最差,酸性或碱性条件有利于甲基橙的脱色;适量的H2O2能够提高MO的脱色效率,其最佳浓度为2 mmol/L;不同共存离子对脱色效率影响不同。根据降解过程中TOC、SO42–和NH4+等无机离子生成量、UV-Vis光谱及HPLC的变化分析了MO的脱色降解过程。随着反应的进行,脱色率不断提高,但是TOC的去除相对缓慢一些,HPLC研究表明中间产物较少。根据溶液中总S和总N的理论值与实际检测值推断MO的降解过程中磺酸基和N的转化过程。脱磺酸基和脱色反应均为初始反应,大部分N是以N2形式释放出去。运用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对甲基橙和苯酚在TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC表面的吸附规律进行模拟,然后分别计算并对比各参数值,结果表明TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC对MO具有更高的吸附能力。甲基橙的光催化降解反应符合L-H准一级动力学模型。
以钛酸四丁酯为原料,次磷酸为磷源,碳纳米管为载体,采用水热法制备了复合光催化剂P/TiO2/MWCNTs。研究表明:水热法制备的复合光催化剂比纯TiO2的晶粒小,比表面积有所增加,P-TiO2颗粒均匀地包覆在MWCNTs表面上。微量的P掺杂后,P以+5价氧化态(P5+)存在,它可以取代部分锐钛相二氧化钛晶格中的Ti4+。而P5+能够接受电子从而成为光生电子捕获中心,这样磷掺杂就降http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php低了光生载流子的复合几率,从而增加了量子效率。同时,MWCNTs负载后,MWCNTs和P-TiO2之间产生协同作用,MWCNTs可作为电子接受体,易接受TiO2导带上的光生电子,有效地抑制TiO2光生电子和空穴的复合。复合光催化剂的荧光强度明显降低,也表明MWCNTs负载后光生电子和空穴复合几率下降。复合光催化剂吸收边发生红移,在可见光和紫外光下都表现出较高的光催化活性。其中,光催化活性最好的是MWCNTs和P-TiO2质量比为5%的样品CPT005。因此,掺杂适量的P和MWCNTs,可以显著地提高TiO2的光催化活性,拓宽光响应范围。采用溶胶-凝胶法制备P/TiO2/MWCNTs进行了对比研究。
采用水热法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,尿素为沉淀剂,制备了结构新颖的半导体光催化剂Bi2O3中空微球。利用XRD、FT-IR、SEM等方法进行表征,研究了对水中亚甲基蓝的可见光催化降解。研究表明:Bi2O3中空微球是通过碱式碳酸铋的热分解得到的,水热反应的温度为260℃、反应时间为24 h、Bi3+/CO(NH2)2的最佳摩尔比为1∶4.5。Bi2O3对低浓度的亚甲基蓝溶液具有良好的可见光催化活性,酸性环境下有利于亚甲基蓝的光催化降解;适量添加氧化剂H2O2能有效提高Bi2O3的可见光催化活性。
学位年度:2010
作者:王韶华
学位授予单位:华南理工大学
关键词:半导体光催化剂;;可磁分离;;活性炭;;碳纳米管;;P-TiO_2
摘要:
作为一种先进的高级氧化技术,纳米二氧化钛因具有高的光催化活性、良好的化学稳定性、廉价无毒等优点,被广泛应用于污水处理、空气净化等领域,成为环境、化学、材料科学等领域的研究热点。但二氧化钛禁带宽度大(3.2 eV),只能利用太阳光中的紫外线部分(仅占太阳能3-4%),而且存在分离回收难的问题,因而实际应用受到限制。通过多种改性方法提高催化剂的活性,丰富分离手段,提高催化剂的太Strong magnets阳光利用率是这一技术大规模应用的重要环节。本文通过对纳米二氧化钛掺杂改性、负载技术及光催化降解水中染料污染物的研究,探索最佳制备工艺和光催化降解条件,以期进一步充实光催化技术的研究。
采用浸渍法和溶胶-凝胶法,首先制备了负载有MnxZn1-xFe2O4软磁粒子的活性炭,然后以钛酸四丁酯为钛源,将TiO2负载到具有磁性的多孔活性炭表面,在氮气气氛下程序升温处理得到可磁分离的TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC磁性光催化剂(TFAC)。研究结果表明:在对甲基橙(MO)的光催化降解中,TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC磁性光催化剂的最佳质量比为8∶1∶4,最适宜煅烧温度为450℃、煅烧时间为2 h。TFAC磁性光催化剂具有比P25和纯TiO2高的光催化活性,且具有良好的软磁性能,在外加磁场的作用下很容易从体系中分离出来,撤掉外加磁场后又很容易再次分散,催化剂经五次循环使用MO去除率仍接近90%。经过XRD、FT-IR、SEM、BET等表征手段分析,活性炭负载TiO2后,TiO2晶相结构为高催化活性的锐钛矿型,活性炭的负载可以有效抑制TiO2晶粒的尺寸,减少颗粒团聚;同时活性炭和TiO2相互作用,接触面形成了新的Ti-O-C键,具有很强的协同效应,均有利于提高磁性光催化剂的光催化活性。
研究了TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC的吸附和光催化性能,考察了染料初始浓度、溶液pH值、H2O2浓度等因素对光催化降解MO的影响。结果表明,染料初始浓度与其脱色速率成反比;pH值在等电点附近,脱色效果最差,酸性或碱性条件有利于甲基橙的脱色;适量的H2O2能够提高MO的脱色效率,其最佳浓度为2 mmol/L;不同共存离子对脱色效率影响不同。根据降解过程中TOC、SO42–和NH4+等无机离子生成量、UV-Vis光谱及HPLC的变化分析了MO的脱色降解过程。随着反应的进行,脱色率不断提高,但是TOC的去除相对缓慢一些,HPLC研究表明中间产物较少。根据溶液中总S和总N的理论值与实际检测值推断MO的降解过程中磺酸基和N的转化过程。脱磺酸基和脱色反应均为初始反应,大部分N是以N2形式释放出去。运用Langmuir和Freundlich等温吸附模型对甲基橙和苯酚在TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC表面的吸附规律进行模拟,然后分别计算并对比各参数值,结果表明TiO2/MnxZn1-xFe2O4/AC对MO具有更高的吸附能力。甲基橙的光催化降解反应符合L-H准一级动力学模型。
以钛酸四丁酯为原料,次磷酸为磷源,碳纳米管为载体,采用水热法制备了复合光催化剂P/TiO2/MWCNTs。研究表明:水热法制备的复合光催化剂比纯TiO2的晶粒小,比表面积有所增加,P-TiO2颗粒均匀地包覆在MWCNTs表面上。微量的P掺杂后,P以+5价氧化态(P5+)存在,它可以取代部分锐钛相二氧化钛晶格中的Ti4+。而P5+能够接受电子从而成为光生电子捕获中心,这样磷掺杂就降http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php低了光生载流子的复合几率,从而增加了量子效率。同时,MWCNTs负载后,MWCNTs和P-TiO2之间产生协同作用,MWCNTs可作为电子接受体,易接受TiO2导带上的光生电子,有效地抑制TiO2光生电子和空穴的复合。复合光催化剂的荧光强度明显降低,也表明MWCNTs负载后光生电子和空穴复合几率下降。复合光催化剂吸收边发生红移,在可见光和紫外光下都表现出较高的光催化活性。其中,光催化活性最好的是MWCNTs和P-TiO2质量比为5%的样品CPT005。因此,掺杂适量的P和MWCNTs,可以显著地提高TiO2的光催化活性,拓宽光响应范围。采用溶胶-凝胶法制备P/TiO2/MWCNTs进行了对比研究。
采用水热法,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板,尿素为沉淀剂,制备了结构新颖的半导体光催化剂Bi2O3中空微球。利用XRD、FT-IR、SEM等方法进行表征,研究了对水中亚甲基蓝的可见光催化降解。研究表明:Bi2O3中空微球是通过碱式碳酸铋的热分解得到的,水热反应的温度为260℃、反应时间为24 h、Bi3+/CO(NH2)2的最佳摩尔比为1∶4.5。Bi2O3对低浓度的亚甲基蓝溶液具有良好的可见光催化活性,酸性环境下有利于亚甲基蓝的光催化降解;适量添加氧化剂H2O2能有效提高Bi2O3的可见光催化活性。
学位年度:2010
表面包银（中空）核壳复合粒子及其电磁屏蔽材料的研究
题名:表面包银（中空）核壳复合粒子及其电磁屏蔽材料的研究
作者:王一龙
学位授予单位:武汉理工大学
关键词:核壳复合粒子;;银空心微球;;低温热处理;;电性能;;静磁性能;;复磁导率;;屏蔽效能
摘要:
电磁屏蔽复合材料在民用及军用领域有着广泛的应用,己经成为民用防电磁波辐射和各国军事装备屏蔽等技术领域研究的热点。本学位论文以Schelkunoff电磁屏蔽理论为基础,针对现有电磁屏蔽填料存在密度大或屏蔽效能差等问题,设计并制备出银包玻璃微珠核壳复合粒子、银空心微球和银包羰基铁粉核壳复合粒子等电磁屏蔽填料；研究了制备工艺参数对银包玻璃微珠核壳复合粒子和银空心微球的微观结构的Strong magnets影响规律；尤其是系统地研究了银包羰基铁粉核壳复合粒子的微观结构和电磁特性等属性对复合材料屏蔽效能的影响规律,建立了导电导磁型屏蔽填料的化学制备技术；首次提出利用低温热处理技术来改善屏蔽填料粒子的壳层和内核之间的界面相容性,提高了Fe@Ag核壳复合粒子的电性能和电磁屏蔽效能。本论文各章的主要内容如下：
采用自组装化学镀银技术制备了银包玻璃微珠核壳粒子,详细分析了其复合机理；建立了银包玻璃微珠核壳复合粒子的化学制备技术；并研究了以该复合粒子为填料的屏蔽涂料的性能。结果表明：由于玻璃微珠上的巯基与新生的银纳米粒子存在强烈的化学键合,故导致银纳米粒子能不断定向地在模板表面沉积,并随着反应时间的延长,银晶核不断地长大,最终在玻璃微珠的表面铺展,形成完整、致密的银壳层。当pH值为13.0、氨水浓度为100mL/L、PVP浓度为10g/L、装载量为10g/L以及反应温度为25℃时,制备出表面银壳层包覆致密、均匀、核壳结构完整的银包玻璃微珠核壳复合粒子。该复合粒子的介电常数较包覆前大幅度提高；该电磁屏蔽涂料的导电性能均随着填料的体积分数的增加而增加,在体积分数达到25%时,其电阻率为4.0×10-3Ω·cm,同时该材料具有优良的屏蔽性能,以及优良力学性能和环境适应性,这表明该类材料有望在电磁兼容方面具有较好的应用前景。
以银包玻璃微珠核壳粒子为原料,采用化学腐蚀技术,制备了形貌和壳层结构可控的银空心微球；并详细研究了银空心微球屏蔽涂料的性能。结果表明：对银空心微球的形貌以及银壳层厚度的控制可通过调节反应时间来实现。EDS分析表明该空心微球的成分为银,且不含其他杂元素；该空心微球是面心立方结构的单质银。该银空心微球具有轻质、导电性能优良以及环境适应性好等特点。
利用化学镀银技术制备了不同表面形貌、形状的银包羰基铁粉核壳复合粒子。研究了银包羰基铁粉核壳复合粒子的电磁特性。弄清了核壳复合粒子的表面形貌和形状对其电磁特性影响规律。结果表明：通过控制液相化学还原过程中的工艺参数,可制备出表面银壳层包覆致密、均匀、核壳结构完整的银包羰基铁粉核壳复合粒子。该核壳复合粒子具有优异的导电和导磁性能；且以自行研制的高导电导磁核壳复合粒子为复合材料的屏蔽填料时,制备的导电磁性电磁屏蔽橡胶在电磁波的频段为30-1500 MHz下,其屏蔽效能达-38--43dB；与传统的屏蔽材料相比,采用兼具高导电性和导磁性的屏蔽填料可以有效提高电磁屏蔽复合材料对电磁波的屏蔽效能以及吸收损耗。膜状银包羰基铁粉核壳复合粒子的导电和导磁性能均优于草莓状银包羰基铁粉核壳复合粒子的,故其总的SE较高。球形和片形Fe@Ag复合粒子的饱和磁化强度基本相同,说明复合粒子的形状对其静磁性能无影响；由于片形粒子具有较强的形状各向异性,其磁导率大于球形粒子的；同时片形粒子间接触机会较大,易形成导电网络。片形粒子作为填料的电磁屏蔽橡胶的体积电阻率为4.87×10-3Ω·cm,相比球形粒子作为填料料的电磁屏蔽橡胶的体积电阻率下降了78%。利用有效介质理论,分别计算以片形粒子和球形粒子作为填料的复合材料的渗流阈值,计算结果http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php与实验测量的结果相一致,片形粒子的渗流阈值较小,具有较好的导电性能。
为降低Fe@Ag复合粒子的电阻率,提高复合粒子银壳层的致密度和屏蔽效能,对Fe@Ag核壳复合粒子进行低温热处理。研究证明：热处理温度并未改变复合粒子的物相结构及饱和磁化强度,但对复合粒子的电阻率和壳层致密度有较大影响,在140℃获得的Fe@Ag复合粒子的银壳层最致密,电阻率最低；但随热处理温度的升高,其电阻率和致密度反而下降；以140℃热处理后的复合粒子作为屏蔽填料制备的电磁屏蔽橡胶的SE为-28--53dB,比未进行热处理时降低了-10--15dB,屏蔽性能得到了提高。同时以界面润湿理论和晶体生长理论解释了热处理过程对复合粒子壳层微观形貌与屏蔽效能的影响。
学位年度:2010
作者:王一龙
学位授予单位:武汉理工大学
关键词:核壳复合粒子;;银空心微球;;低温热处理;;电性能;;静磁性能;;复磁导率;;屏蔽效能
摘要:
电磁屏蔽复合材料在民用及军用领域有着广泛的应用,己经成为民用防电磁波辐射和各国军事装备屏蔽等技术领域研究的热点。本学位论文以Schelkunoff电磁屏蔽理论为基础,针对现有电磁屏蔽填料存在密度大或屏蔽效能差等问题,设计并制备出银包玻璃微珠核壳复合粒子、银空心微球和银包羰基铁粉核壳复合粒子等电磁屏蔽填料；研究了制备工艺参数对银包玻璃微珠核壳复合粒子和银空心微球的微观结构的Strong magnets影响规律；尤其是系统地研究了银包羰基铁粉核壳复合粒子的微观结构和电磁特性等属性对复合材料屏蔽效能的影响规律,建立了导电导磁型屏蔽填料的化学制备技术；首次提出利用低温热处理技术来改善屏蔽填料粒子的壳层和内核之间的界面相容性,提高了Fe@Ag核壳复合粒子的电性能和电磁屏蔽效能。本论文各章的主要内容如下：
采用自组装化学镀银技术制备了银包玻璃微珠核壳粒子,详细分析了其复合机理；建立了银包玻璃微珠核壳复合粒子的化学制备技术；并研究了以该复合粒子为填料的屏蔽涂料的性能。结果表明：由于玻璃微珠上的巯基与新生的银纳米粒子存在强烈的化学键合,故导致银纳米粒子能不断定向地在模板表面沉积,并随着反应时间的延长,银晶核不断地长大,最终在玻璃微珠的表面铺展,形成完整、致密的银壳层。当pH值为13.0、氨水浓度为100mL/L、PVP浓度为10g/L、装载量为10g/L以及反应温度为25℃时,制备出表面银壳层包覆致密、均匀、核壳结构完整的银包玻璃微珠核壳复合粒子。该复合粒子的介电常数较包覆前大幅度提高；该电磁屏蔽涂料的导电性能均随着填料的体积分数的增加而增加,在体积分数达到25%时,其电阻率为4.0×10-3Ω·cm,同时该材料具有优良的屏蔽性能,以及优良力学性能和环境适应性,这表明该类材料有望在电磁兼容方面具有较好的应用前景。
以银包玻璃微珠核壳粒子为原料,采用化学腐蚀技术,制备了形貌和壳层结构可控的银空心微球；并详细研究了银空心微球屏蔽涂料的性能。结果表明：对银空心微球的形貌以及银壳层厚度的控制可通过调节反应时间来实现。EDS分析表明该空心微球的成分为银,且不含其他杂元素；该空心微球是面心立方结构的单质银。该银空心微球具有轻质、导电性能优良以及环境适应性好等特点。
利用化学镀银技术制备了不同表面形貌、形状的银包羰基铁粉核壳复合粒子。研究了银包羰基铁粉核壳复合粒子的电磁特性。弄清了核壳复合粒子的表面形貌和形状对其电磁特性影响规律。结果表明：通过控制液相化学还原过程中的工艺参数,可制备出表面银壳层包覆致密、均匀、核壳结构完整的银包羰基铁粉核壳复合粒子。该核壳复合粒子具有优异的导电和导磁性能；且以自行研制的高导电导磁核壳复合粒子为复合材料的屏蔽填料时,制备的导电磁性电磁屏蔽橡胶在电磁波的频段为30-1500 MHz下,其屏蔽效能达-38--43dB；与传统的屏蔽材料相比,采用兼具高导电性和导磁性的屏蔽填料可以有效提高电磁屏蔽复合材料对电磁波的屏蔽效能以及吸收损耗。膜状银包羰基铁粉核壳复合粒子的导电和导磁性能均优于草莓状银包羰基铁粉核壳复合粒子的,故其总的SE较高。球形和片形Fe@Ag复合粒子的饱和磁化强度基本相同,说明复合粒子的形状对其静磁性能无影响；由于片形粒子具有较强的形状各向异性,其磁导率大于球形粒子的；同时片形粒子间接触机会较大,易形成导电网络。片形粒子作为填料的电磁屏蔽橡胶的体积电阻率为4.87×10-3Ω·cm,相比球形粒子作为填料料的电磁屏蔽橡胶的体积电阻率下降了78%。利用有效介质理论,分别计算以片形粒子和球形粒子作为填料的复合材料的渗流阈值,计算结果http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php与实验测量的结果相一致,片形粒子的渗流阈值较小,具有较好的导电性能。
为降低Fe@Ag复合粒子的电阻率,提高复合粒子银壳层的致密度和屏蔽效能,对Fe@Ag核壳复合粒子进行低温热处理。研究证明：热处理温度并未改变复合粒子的物相结构及饱和磁化强度,但对复合粒子的电阻率和壳层致密度有较大影响,在140℃获得的Fe@Ag复合粒子的银壳层最致密,电阻率最低；但随热处理温度的升高,其电阻率和致密度反而下降；以140℃热处理后的复合粒子作为屏蔽填料制备的电磁屏蔽橡胶的SE为-28--53dB,比未进行热处理时降低了-10--15dB,屏蔽性能得到了提高。同时以界面润湿理论和晶体生长理论解释了热处理过程对复合粒子壳层微观形貌与屏蔽效能的影响。
学位年度:2010
多导体互连结构的电磁兼容性分析
题名:多导体互连结构的电磁兼容性分析
作者:徐军
学位授予单位:北京邮电大学
关键词:多导体传输线;;电磁兼容;;单位长度电参数;;辐射发射;;邻近效应;;转移参数
摘要:
从数千米长的电力电缆,到几米长的电子系统连接通道,再到毫米级甚至更小的集成电路里的传输系统都有多导体互连结构的身影,它正被越来越广泛地应用于航天、舰船、汽车、电力、通信等领域。多导体互连结构上承载着不同特性的信号,且信号的频率逐渐向高频、甚高频扩展,再加之电子系统所处的电磁环境越来Strong magnets越严苛,因此多导体互连结构的电磁兼容性问题受到极大关注。
本文从多导体传输线的单位长度电参数求解入手对多导体互连结构的电磁兼容特性进行分析,提出了单位长度电参数的直接求解算法、系统级求解算法,和多导体辐射发射分析方法,并以算法为依托进行拓展,对多导体互连结构典型电磁兼容问题进行分析。主要研究成果如下：
1、针对经典方法需要从普适电容矩阵转换间接求解多导体传输线单位长度电容矩阵,转换过程复杂且计算效率较低的问题,提出一种多导体传输线单位长度电容矩阵的直接求解算法,简化了分析过程,可以适用于任意横截面形状,任意导体间距的多导体传输线结构。由于采用电压变换和矩阵运算,新算法提升计算效率近600%,且计算结果具有与经典算法相同的精确度。此外,在求解单位长度电容矩阵的同时,新算法还能提供精确的多导体电荷分布地图,反之经典算法要求解电荷分布还需经历复杂的转换过程。
2、针对多导体电感矩阵通常需借助复杂的间接算法求解的情况,提出一种多导体传输线电感矩阵的直接求解算法。利用双细线回路方程构建矩阵模型直接求解电感矩阵,降低了分析复杂度；采用矩阵运算,在计算电感矩阵的同时求解多导体电流分布,解决了传统间接方法无法进行电流分析的难题。分析过程中采用非磁准近似条件和细线划分,可适用于宽频段、任意导体间距,任意横截结构情况。仿真结果表明,该算法在电感矩阵和电流分布的计算上均有较高精度。
3、针对多导体传输线单位长度电容矩阵与孤立双线电容间的关系缺乏深入研究,电容矩阵通常通过复杂微元法求解的问题,提出一种利用孤立双线电容直接构建电容矩阵的系统级求解算法。新算法通过比较孤立双线电容与电容矩阵间的结构系数差异,得到两者间的联系,有助于对多导体电位形成及电容矩阵构成原理的理解。新方法与经典方法的误差小于5%,此外由于内存限制经典方法无法求解大于70根导线的电容矩阵,而新方法处理100根以内的多导体传输线电容矩阵问题都非常容易,且对于100根导线以内的问题新算法的计算时间均小于60秒,远远低于经典方法的时间消耗。
4、针对经典方法通常采用微元分析求解多导体传输线单位长度电感矩阵计算复杂且时间开销巨大的问题,提出一种多导体传输线单位长度电感矩阵的系统级求解算法。新方法选取整根导线而不是微元作为分析单位,通过构建特殊闭合曲面求解闭合曲面上的磁通量积分,进而获得电感矩阵与孤立双线电感间的关系,直接利用孤立双线电感来构建电感矩阵,为电感矩阵的分析提供了新思路。仿真表明新方法与经典方法的误差小于5%,但平均时间消耗仅为经典方法的10%。
5、针对多导体互连结构分析进行了一系列的电磁兼容性分析。利用多导体传输线串扰分析和电偶极子序列等效对多导体传输线的辐射发射进行了分析。提出一种可适用于横电磁波下整个频段的矩形有损传输线邻近效应http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php分析方法,并推导了邻近效应影响下的交流阻抗。提出了一种借助添加辅助线配凑方程,利用细线法对方程进行求解,进而获得邻近效应影响下的金属平板交流电阻的方法。综合4大干扰因素并结合多导体理论,提出了一种多芯连接器的集总参数模型。提出一种由转移参数的定义出发,利用多导体电报方程进行变换得到转移参数表达式,然后快速求解的算法。
学位年度:2010
作者:徐军
学位授予单位:北京邮电大学
关键词:多导体传输线;;电磁兼容;;单位长度电参数;;辐射发射;;邻近效应;;转移参数
摘要:
从数千米长的电力电缆,到几米长的电子系统连接通道,再到毫米级甚至更小的集成电路里的传输系统都有多导体互连结构的身影,它正被越来越广泛地应用于航天、舰船、汽车、电力、通信等领域。多导体互连结构上承载着不同特性的信号,且信号的频率逐渐向高频、甚高频扩展,再加之电子系统所处的电磁环境越来Strong magnets越严苛,因此多导体互连结构的电磁兼容性问题受到极大关注。
本文从多导体传输线的单位长度电参数求解入手对多导体互连结构的电磁兼容特性进行分析,提出了单位长度电参数的直接求解算法、系统级求解算法,和多导体辐射发射分析方法,并以算法为依托进行拓展,对多导体互连结构典型电磁兼容问题进行分析。主要研究成果如下：
1、针对经典方法需要从普适电容矩阵转换间接求解多导体传输线单位长度电容矩阵,转换过程复杂且计算效率较低的问题,提出一种多导体传输线单位长度电容矩阵的直接求解算法,简化了分析过程,可以适用于任意横截面形状,任意导体间距的多导体传输线结构。由于采用电压变换和矩阵运算,新算法提升计算效率近600%,且计算结果具有与经典算法相同的精确度。此外,在求解单位长度电容矩阵的同时,新算法还能提供精确的多导体电荷分布地图,反之经典算法要求解电荷分布还需经历复杂的转换过程。
2、针对多导体电感矩阵通常需借助复杂的间接算法求解的情况,提出一种多导体传输线电感矩阵的直接求解算法。利用双细线回路方程构建矩阵模型直接求解电感矩阵,降低了分析复杂度；采用矩阵运算,在计算电感矩阵的同时求解多导体电流分布,解决了传统间接方法无法进行电流分析的难题。分析过程中采用非磁准近似条件和细线划分,可适用于宽频段、任意导体间距,任意横截结构情况。仿真结果表明,该算法在电感矩阵和电流分布的计算上均有较高精度。
3、针对多导体传输线单位长度电容矩阵与孤立双线电容间的关系缺乏深入研究,电容矩阵通常通过复杂微元法求解的问题,提出一种利用孤立双线电容直接构建电容矩阵的系统级求解算法。新算法通过比较孤立双线电容与电容矩阵间的结构系数差异,得到两者间的联系,有助于对多导体电位形成及电容矩阵构成原理的理解。新方法与经典方法的误差小于5%,此外由于内存限制经典方法无法求解大于70根导线的电容矩阵,而新方法处理100根以内的多导体传输线电容矩阵问题都非常容易,且对于100根导线以内的问题新算法的计算时间均小于60秒,远远低于经典方法的时间消耗。
4、针对经典方法通常采用微元分析求解多导体传输线单位长度电感矩阵计算复杂且时间开销巨大的问题,提出一种多导体传输线单位长度电感矩阵的系统级求解算法。新方法选取整根导线而不是微元作为分析单位,通过构建特殊闭合曲面求解闭合曲面上的磁通量积分,进而获得电感矩阵与孤立双线电感间的关系,直接利用孤立双线电感来构建电感矩阵,为电感矩阵的分析提供了新思路。仿真表明新方法与经典方法的误差小于5%,但平均时间消耗仅为经典方法的10%。
5、针对多导体互连结构分析进行了一系列的电磁兼容性分析。利用多导体传输线串扰分析和电偶极子序列等效对多导体传输线的辐射发射进行了分析。提出一种可适用于横电磁波下整个频段的矩形有损传输线邻近效应http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php分析方法,并推导了邻近效应影响下的交流阻抗。提出了一种借助添加辅助线配凑方程,利用细线法对方程进行求解,进而获得邻近效应影响下的金属平板交流电阻的方法。综合4大干扰因素并结合多导体理论,提出了一种多芯连接器的集总参数模型。提出一种由转移参数的定义出发,利用多导体电报方程进行变换得到转移参数表达式,然后快速求解的算法。
学位年度:2010
动脉粥样硬化研究中的医学图像处理
题名:动脉粥样硬化研究中的医学图像处理
作者:张麒
学位授予单位:复旦大学
关键词:动脉粥样硬化;;医学图像处理;;血管内超声;;图像分割;;特征提取;;计算机图像分析;;显
微镜图像;;磁共振成像;;模式识别
摘要:
动脉粥样硬化严重威胁着人类身体健康。在动脉粥样硬化的研究中,有两项重要内容：发
生机制的研究与易损斑块的识别。一方面,动脉粥样硬化的发生机制至今未被完全阐明。内皮细胞
通透性的变化、血流动力学特性的变化Strong magnets与动脉粥样硬化的发生之间存在着错综复杂的关系,而细胞
通透性的变化、血流动力学特性的变化可能伴随着细胞形态、血管形态的改变,可以通过医学成像
手段加以显示。另一方面,动脉粥样硬化斑块分为易损斑块与非易损斑块两类,其中易损斑块更具危
害性。易损斑块破裂、血栓形成,会引起急性心血管病事件,从而危急人类生命。借助医学成像手段
,对斑块进行显影,可帮助识别易损斑块,对预防急性心血管病事件具有重要意义。在这两方面研究
中,都大量应用医学成像技术,如血管内超声成像、磁共振成像、荧光显微镜成像等。成像硬件设备
日新月异的同时,图像分割、特征提取等医学图像处理方法相对滞后,制约了成像技术的应用与发展
,也影响着动脉粥样硬化的深入研究。
本文针对动脉粥样硬化研究中医学图像处理技术遭遇
的困难与挑战,提出图像分割、特征提取的新方法,以进一步阐明动脉粥样硬化的发生机制,并实现
动脉粥样硬化易损斑块的自动识别。研究工作围绕着发生机制与识别易损斑块两个角度展开。
在动脉粥样硬化发生机制的研究中,依托于图像处理技术,开展两项工作：
第一,基于显微
镜图像研究内皮细胞形态与通透性的关系。提出荧光显微镜图像分割与特征提取新方法。该方法将
斑点抑制的各向异性扩散技术与标记制http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php约的分水岭算法相结合,分别解决内皮细胞荧光图像信噪比
不高和部分边缘缺失两个分割难点；并提出用细胞检测接收机操作特性曲线确定算法中需设置的两
个关键参数；最后从得到的细胞轮廓中自动提取细胞形状和细胞间隙两类形态学特征。该方法是快
速分析大量显微镜图像的自动化工具。运用该工具,发现两例猪冠状动脉内皮细胞的两个形态学特
征(单位面积三叉点数、单位面积细胞间隙长度)与其通透性一定程度上相关(R>0.39,P<0.0005),为
探明低密度脂蛋白进入血管壁的可能途径提供了帮助,有利于进一步阐明细胞通透性升高的原因及
动脉粥样硬化的发病机制。
第二,基于磁共振图像研究颈动脉分叉形态与血流动力学特性
的关系。提出用因子分析来提取健康人颈动脉血管形态学因子。首先通过图像分割得到50例颈动脉
分叉内腔轮廓,计算出14个形态学特征。接着将这些互相关联的原始特征经基于主元分析的因子分
析提炼出4个互不相关的因子。最后经多变量线性回归发现其中两个因子与血流动力学特征密切相
关(R2>0.5,P＜0.0001),且具有较明确的物理意义：分别度量了分叉膨胀性和颈总动脉、颈内动脉
非共线性。血流动力学特征表征了动脉粥样硬化血流动力学意义上的易感性,但是需经繁琐的计算
流体动力学分析方能得到,本研究表明简单地提取血管形态学因子有望代替这一繁琐工作,进而为动
脉粥样硬化的无损早期筛查提供帮助。
为了克服以往手工判别易损斑块耗时耗力、主观性强
、可重复性差等缺点,本文研究了基于血管内超声的易损斑块自动识别。主要包括两项工作：
第一,血管内超声图像中斑块的自动分割。提出Contourlet活动轮廓模型,准确自动地提取内腔轮廓
与外弹力膜轮廓。该方法针对传统图像分割方法初始化和鲁棒性两个问题,将Contourlet变换这一
多分辨率、时频局域性、方向性、各向异性的图像表示方法引入边界矢量场活动轮廓模型中,运用
Contourlet变换将原图像分解为多分辨率低通分量和多分辨率带通分量方向性子带。对低通分量进
行模板匹配,确定血管内腔边界和外弹力膜的初始轮廓；对带通分量方向性子带进行扩散滤波,抑制
噪声的同时尽可能保留有用边缘,之后结合边界矢量场使轮廓演化得到最终分割结果,从而提高了分
割算法的鲁棒性。
第二,研究了血管内超声图像中斑块的特征提取与分类器设计。由计算
机自动提取临床上常用的形态特征,并提出提取斑块纹理、弹性两类新特征的方法,以更全面准确地
量化斑块属性。其中纹理特征包括一阶统计量和灰度共生矩阵特征,弹性特征的提取基于非刚性图
像配准技术。三类特征共同组成特征集输入分类器。比较了Fisher线性判别、支撑向量机、广义相
关学习矢量量化三种分类器识别124例斑块(36例易损,88例非易损)的性能,发现支撑向量机分类性
能最好,在留一法测试集上敏感性、特异性、准确率和约登指数分别达到91.7%、97.7%、96.7%和
89.4%。
学位年度:2010
作者:张麒
学位授予单位:复旦大学
关键词:动脉粥样硬化;;医学图像处理;;血管内超声;;图像分割;;特征提取;;计算机图像分析;;显
微镜图像;;磁共振成像;;模式识别
摘要:
动脉粥样硬化严重威胁着人类身体健康。在动脉粥样硬化的研究中,有两项重要内容：发
生机制的研究与易损斑块的识别。一方面,动脉粥样硬化的发生机制至今未被完全阐明。内皮细胞
通透性的变化、血流动力学特性的变化Strong magnets与动脉粥样硬化的发生之间存在着错综复杂的关系,而细胞
通透性的变化、血流动力学特性的变化可能伴随着细胞形态、血管形态的改变,可以通过医学成像
手段加以显示。另一方面,动脉粥样硬化斑块分为易损斑块与非易损斑块两类,其中易损斑块更具危
害性。易损斑块破裂、血栓形成,会引起急性心血管病事件,从而危急人类生命。借助医学成像手段
,对斑块进行显影,可帮助识别易损斑块,对预防急性心血管病事件具有重要意义。在这两方面研究
中,都大量应用医学成像技术,如血管内超声成像、磁共振成像、荧光显微镜成像等。成像硬件设备
日新月异的同时,图像分割、特征提取等医学图像处理方法相对滞后,制约了成像技术的应用与发展
,也影响着动脉粥样硬化的深入研究。
本文针对动脉粥样硬化研究中医学图像处理技术遭遇
的困难与挑战,提出图像分割、特征提取的新方法,以进一步阐明动脉粥样硬化的发生机制,并实现
动脉粥样硬化易损斑块的自动识别。研究工作围绕着发生机制与识别易损斑块两个角度展开。
在动脉粥样硬化发生机制的研究中,依托于图像处理技术,开展两项工作：
第一,基于显微
镜图像研究内皮细胞形态与通透性的关系。提出荧光显微镜图像分割与特征提取新方法。该方法将
斑点抑制的各向异性扩散技术与标记制http://www.chinamagnets.biz/Neodymium/Ball-Neodymium-Magnets.php约的分水岭算法相结合,分别解决内皮细胞荧光图像信噪比
不高和部分边缘缺失两个分割难点；并提出用细胞检测接收机操作特性曲线确定算法中需设置的两
个关键参数；最后从得到的细胞轮廓中自动提取细胞形状和细胞间隙两类形态学特征。该方法是快
速分析大量显微镜图像的自动化工具。运用该工具,发现两例猪冠状动脉内皮细胞的两个形态学特
征(单位面积三叉点数、单位面积细胞间隙长度)与其通透性一定程度上相关(R>0.39,P<0.0005),为
探明低密度脂蛋白进入血管壁的可能途径提供了帮助,有利于进一步阐明细胞通透性升高的原因及
动脉粥样硬化的发病机制。
第二,基于磁共振图像研究颈动脉分叉形态与血流动力学特性
的关系。提出用因子分析来提取健康人颈动脉血管形态学因子。首先通过图像分割得到50例颈动脉
分叉内腔轮廓,计算出14个形态学特征。接着将这些互相关联的原始特征经基于主元分析的因子分
析提炼出4个互不相关的因子。最后经多变量线性回归发现其中两个因子与血流动力学特征密切相
关(R2>0.5,P＜0.0001),且具有较明确的物理意义：分别度量了分叉膨胀性和颈总动脉、颈内动脉
非共线性。血流动力学特征表征了动脉粥样硬化血流动力学意义上的易感性,但是需经繁琐的计算
流体动力学分析方能得到,本研究表明简单地提取血管形态学因子有望代替这一繁琐工作,进而为动
脉粥样硬化的无损早期筛查提供帮助。
为了克服以往手工判别易损斑块耗时耗力、主观性强
、可重复性差等缺点,本文研究了基于血管内超声的易损斑块自动识别。主要包括两项工作：
第一,血管内超声图像中斑块的自动分割。提出Contourlet活动轮廓模型,准确自动地提取内腔轮廓
与外弹力膜轮廓。该方法针对传统图像分割方法初始化和鲁棒性两个问题,将Contourlet变换这一
多分辨率、时频局域性、方向性、各向异性的图像表示方法引入边界矢量场活动轮廓模型中,运用
Contourlet变换将原图像分解为多分辨率低通分量和多分辨率带通分量方向性子带。对低通分量进
行模板匹配,确定血管内腔边界和外弹力膜的初始轮廓；对带通分量方向性子带进行扩散滤波,抑制
噪声的同时尽可能保留有用边缘,之后结合边界矢量场使轮廓演化得到最终分割结果,从而提高了分
割算法的鲁棒性。
第二,研究了血管内超声图像中斑块的特征提取与分类器设计。由计算
机自动提取临床上常用的形态特征,并提出提取斑块纹理、弹性两类新特征的方法,以更全面准确地
量化斑块属性。其中纹理特征包括一阶统计量和灰度共生矩阵特征,弹性特征的提取基于非刚性图
像配准技术。三类特征共同组成特征集输入分类器。比较了Fisher线性判别、支撑向量机、广义相
关学习矢量量化三种分类器识别124例斑块(36例易损,88例非易损)的性能,发现支撑向量机分类性
能最好,在留一法测试集上敏感性、特异性、准确率和约登指数分别达到91.7%、97.7%、96.7%和
89.4%。
学位年度:2010
2011年8月16日星期二
注意缺陷多动障碍的脑影像学研究
题名:注意缺陷多动障碍的脑影像学研究
作者:胡贤
学位授予单位:中国医科大学
关键词:注意缺陷多动障碍;;结构磁共振成像;;弥散张量成像;;各向异性分数;;面部表情识别
摘要:
目的
探讨注意缺陷多动障碍组(ADHD)是否存在大脑皮质浓度及体积的异常；探讨注意
缺陷多动障碍组(ADHD)是否存在脑白质Magnetic lifter纤维传导束完整性的异常；探讨注意缺陷多动障碍组(ADHD)
是否存在表情识别的困难。
对象和方法
一、研究对象
本研究病例组来源于在湖
南湘雅二院儿童卫生中心就诊,经主治医师以上精神科医师按照DSM-IV关于ADHD诊断标准,经过儿童
临床诊断性会谈,诊断为ADHD的男性患儿,年龄6-16岁。所有的ADHD患者均严格按照美国精神障碍诊
断与统计手册第四版DSM-Ⅳ进行由两名主治医师及以上人员独立做出相同诊断。均排除精神发育迟
滞、精神分裂症、情感性精神障碍等重性精神疾病。对照组为与年龄、性别相匹配的男性儿童。
二、研究方法
使用ADHD症状评定问卷(父母问卷)及Achenbach儿童行为量表(父母问卷),作为临
床症状与行为问题的评定工具。研究的第一部分对14名ADHD儿童和15名正常对照儿童采用基于形态
学测量(VBM)的方法,进行三维解剖结构磁共振成像的扫描(3D)试验研究探讨其大脑灰质的浓度及体
积有无异常；第二部分对27名ADHD儿童及19名正常对照进行弥散张量成像扫描(DTI)试验探讨其白
质纤维束的完整性有无异常；第三部分对38名ADHD儿童及36名正常对照儿童,采用宾夕法尼亚大学
情绪面孔识别测试系统,给与根据随机数字表随机排列答题纸上的六种面部表情和96张三维彩色情
绪面孔图片进行测试,探讨其对面部表情的识别有无困难。扫描数据处理采用基于Matlab7.3.0软件
的Statistical Parametric Mapping5 (SPM5) (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)统计软件对
获取的图像进行处理。具体处理方法采用Ashburner & Friston等提出的处理程序。统计学处理一
般人口学资料及神经心理学数据采用社会科学统计软件包(statistical package for the social
science, SPSS)17.0软件处理,对于正态分布的连续http://www.999magnet.com/变量采用两独立样本t检验,P值取0.05,均为双
边检验。
结果
1、在三维解剖结构磁共振成像的扫描(3D)试验中,注意缺陷多动障碍组
在左侧颞中回、额上回、楔前叶、后叶及右侧颞下回及尾状核处大脑皮质灰质浓度要明显低于正常
对照组(P<0.05)。
2、在弥散张量成像扫描试验中,注意缺陷多动障碍组在右侧额下回和枕
下回处的白质纤维FA值要明显低于正常对照组(P<0.05)。
3、在宾夕法尼亚大学情绪面孔识
别测试中,注意缺陷多动障碍患者组对各类面部表情的总的识别率低于正常对照组的总识别率,差异
有显著性(P<0.05)。注意缺陷多动障碍患者组对低强度面部表情的识别率低于正常对照组
(P<0.05),而对高强度面部表情的识别2组差异无显著性。在对不同情绪面部表情识别率的比较中,
注意缺陷多动障碍患者组对恐惧和厌恶表情的识别率要明显低于正常对照组,差异有显著性。对愤
怒、愉快、悲伤以及中性面部表情的识别,注意缺陷多动障碍患者组和对照组差异无显著性。
研究结论
注意缺陷多动障碍儿童左侧额叶皮质和楔前叶灰质浓度下降,右侧尾状核灰质浓
度下降,右侧额下回、枕下回白质纤维分化程度较差或有损伤。注意缺陷多动障碍患者存在一定的
面部表情识别困难。
学位年度:2010
作者:胡贤
学位授予单位:中国医科大学
关键词:注意缺陷多动障碍;;结构磁共振成像;;弥散张量成像;;各向异性分数;;面部表情识别
摘要:
目的
探讨注意缺陷多动障碍组(ADHD)是否存在大脑皮质浓度及体积的异常；探讨注意
缺陷多动障碍组(ADHD)是否存在脑白质Magnetic lifter纤维传导束完整性的异常；探讨注意缺陷多动障碍组(ADHD)
是否存在表情识别的困难。
对象和方法
一、研究对象
本研究病例组来源于在湖
南湘雅二院儿童卫生中心就诊,经主治医师以上精神科医师按照DSM-IV关于ADHD诊断标准,经过儿童
临床诊断性会谈,诊断为ADHD的男性患儿,年龄6-16岁。所有的ADHD患者均严格按照美国精神障碍诊
断与统计手册第四版DSM-Ⅳ进行由两名主治医师及以上人员独立做出相同诊断。均排除精神发育迟
滞、精神分裂症、情感性精神障碍等重性精神疾病。对照组为与年龄、性别相匹配的男性儿童。
二、研究方法
使用ADHD症状评定问卷(父母问卷)及Achenbach儿童行为量表(父母问卷),作为临
床症状与行为问题的评定工具。研究的第一部分对14名ADHD儿童和15名正常对照儿童采用基于形态
学测量(VBM)的方法,进行三维解剖结构磁共振成像的扫描(3D)试验研究探讨其大脑灰质的浓度及体
积有无异常；第二部分对27名ADHD儿童及19名正常对照进行弥散张量成像扫描(DTI)试验探讨其白
质纤维束的完整性有无异常；第三部分对38名ADHD儿童及36名正常对照儿童,采用宾夕法尼亚大学
情绪面孔识别测试系统,给与根据随机数字表随机排列答题纸上的六种面部表情和96张三维彩色情
绪面孔图片进行测试,探讨其对面部表情的识别有无困难。扫描数据处理采用基于Matlab7.3.0软件
的Statistical Parametric Mapping5 (SPM5) (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)统计软件对
获取的图像进行处理。具体处理方法采用Ashburner & Friston等提出的处理程序。统计学处理一
般人口学资料及神经心理学数据采用社会科学统计软件包(statistical package for the social
science, SPSS)17.0软件处理,对于正态分布的连续http://www.999magnet.com/变量采用两独立样本t检验,P值取0.05,均为双
边检验。
结果
1、在三维解剖结构磁共振成像的扫描(3D)试验中,注意缺陷多动障碍组
在左侧颞中回、额上回、楔前叶、后叶及右侧颞下回及尾状核处大脑皮质灰质浓度要明显低于正常
对照组(P<0.05)。
2、在弥散张量成像扫描试验中,注意缺陷多动障碍组在右侧额下回和枕
下回处的白质纤维FA值要明显低于正常对照组(P<0.05)。
3、在宾夕法尼亚大学情绪面孔识
别测试中,注意缺陷多动障碍患者组对各类面部表情的总的识别率低于正常对照组的总识别率,差异
有显著性(P<0.05)。注意缺陷多动障碍患者组对低强度面部表情的识别率低于正常对照组
(P<0.05),而对高强度面部表情的识别2组差异无显著性。在对不同情绪面部表情识别率的比较中,
注意缺陷多动障碍患者组对恐惧和厌恶表情的识别率要明显低于正常对照组,差异有显著性。对愤
怒、愉快、悲伤以及中性面部表情的识别,注意缺陷多动障碍患者组和对照组差异无显著性。
研究结论
注意缺陷多动障碍儿童左侧额叶皮质和楔前叶灰质浓度下降,右侧尾状核灰质浓
度下降,右侧额下回、枕下回白质纤维分化程度较差或有损伤。注意缺陷多动障碍患者存在一定的
面部表情识别困难。
学位年度:2010
胰腺癌循环肿瘤细胞的临床意义以及与肿瘤干细胞相关性的初步研究
题名:胰腺癌循环肿瘤细胞的临床意义以及与肿瘤干细胞相关性的初步研究
作者:张建伟
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:胰腺癌;;循环肿瘤细胞;;免疫磁珠;;免疫磁珠负性富集;;诊断;;可切除性;;病理;;转移;;
预后;;肿瘤干细胞
摘要:
胰腺癌是恶性程度高,临床治疗难度最大的肿瘤之一,肿瘤治疗后出现复发和转移是目前胰
腺癌治疗失败的主要原因。虽然胰Magnetic lifter腺癌的治疗已经取得很大的进展,但是预后改善并不明显,即便获
得根治性手术的患者5年生存率仅20%左右。对恶性肿瘤发生远处转移和复发这些临床表现的研究认
为其是由外周血内存在的循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells, CTCs)所致。进入血液内的大
部分肿瘤细胞难以生存,但小部分细胞能够继续存在于循环系统之内,并聚集成细胞簇。这部分细胞
再次侵出血管,在远隔部位形成肿瘤转移灶。CTCs的分离和鉴定技术不断发展,目前已经能够高效、
准确的分离和鉴定。而且CTCs在肿瘤基础研究、临床疗效评价和判断预后等方面具有重要意义。在
胰腺癌开展CTCs的研究将有助于评价手术及化疗的治疗效果、早期发现远处转移和判断预后。
肿瘤干细胞(Cancer stem cells, CSCs)是肿瘤内一小部分特殊细胞,对肿瘤的生长、转移起到关键
作用。在多种实体瘤中均证实有肿瘤干细胞存在,包括乳腺癌、肝癌、前列腺癌、肺癌、黑色素瘤
和结肠癌等。肿瘤干细胞具有在组织内寿命长,可以累积突变、能够自我更新等特点。虽然不是所
有恶性肿瘤的生物学特点都符合肿瘤干细胞理论,但CSCs假说为肿瘤的复发、转移提供了细胞水平
的理论基础。研究发现在胰腺癌组织内存在CD24+CD44+ESA+的肿瘤干细胞亚群,数量不超过细胞总
数的1%,但其成瘤特性是其它肿瘤细胞的100倍。胰腺癌肿瘤干细胞也表达其它多种肿瘤干细胞标记
物,包括CD133和AFP等。
本实验通过对83例胰腺癌患者的外周血应用免疫磁珠负性富集和免疫荧
光鉴定方法,即使用CD45抗体偶联的免疫磁珠去除白细胞,CK8／18／19抗体免疫荧光结合细胞核
DAPI鉴定的方法确定CTCs。实验中获得治疗前及治疗后外周血标本共124份,分离并确定CTCs1807个
(0-208个)。对临床资料分析后认为CTCs同患者的http://www.999magnet.com/诊断、治疗和预后均有密切关系。CTCs和CSCs均
是肿瘤复发和转移的相关因素,因此实验第三部分开展了两者相关性的研究。结果显示在胰腺癌细
胞系、组织学标本和CTCs中均发现了胰腺癌肿瘤干细胞CD24、CD44、ESA和AFP等相关标记物的表达
,为进一步研究奠定了基础。
学位年度:2010
作者:张建伟
学位授予单位:中国协和医科大学
关键词:胰腺癌;;循环肿瘤细胞;;免疫磁珠;;免疫磁珠负性富集;;诊断;;可切除性;;病理;;转移;;
预后;;肿瘤干细胞
摘要:
胰腺癌是恶性程度高,临床治疗难度最大的肿瘤之一,肿瘤治疗后出现复发和转移是目前胰
腺癌治疗失败的主要原因。虽然胰Magnetic lifter腺癌的治疗已经取得很大的进展,但是预后改善并不明显,即便获
得根治性手术的患者5年生存率仅20%左右。对恶性肿瘤发生远处转移和复发这些临床表现的研究认
为其是由外周血内存在的循环肿瘤细胞(Circulating tumor cells, CTCs)所致。进入血液内的大
部分肿瘤细胞难以生存,但小部分细胞能够继续存在于循环系统之内,并聚集成细胞簇。这部分细胞
再次侵出血管,在远隔部位形成肿瘤转移灶。CTCs的分离和鉴定技术不断发展,目前已经能够高效、
准确的分离和鉴定。而且CTCs在肿瘤基础研究、临床疗效评价和判断预后等方面具有重要意义。在
胰腺癌开展CTCs的研究将有助于评价手术及化疗的治疗效果、早期发现远处转移和判断预后。
肿瘤干细胞(Cancer stem cells, CSCs)是肿瘤内一小部分特殊细胞,对肿瘤的生长、转移起到关键
作用。在多种实体瘤中均证实有肿瘤干细胞存在,包括乳腺癌、肝癌、前列腺癌、肺癌、黑色素瘤
和结肠癌等。肿瘤干细胞具有在组织内寿命长,可以累积突变、能够自我更新等特点。虽然不是所
有恶性肿瘤的生物学特点都符合肿瘤干细胞理论,但CSCs假说为肿瘤的复发、转移提供了细胞水平
的理论基础。研究发现在胰腺癌组织内存在CD24+CD44+ESA+的肿瘤干细胞亚群,数量不超过细胞总
数的1%,但其成瘤特性是其它肿瘤细胞的100倍。胰腺癌肿瘤干细胞也表达其它多种肿瘤干细胞标记
物,包括CD133和AFP等。
本实验通过对83例胰腺癌患者的外周血应用免疫磁珠负性富集和免疫荧
光鉴定方法,即使用CD45抗体偶联的免疫磁珠去除白细胞,CK8／18／19抗体免疫荧光结合细胞核
DAPI鉴定的方法确定CTCs。实验中获得治疗前及治疗后外周血标本共124份,分离并确定CTCs1807个
(0-208个)。对临床资料分析后认为CTCs同患者的http://www.999magnet.com/诊断、治疗和预后均有密切关系。CTCs和CSCs均
是肿瘤复发和转移的相关因素,因此实验第三部分开展了两者相关性的研究。结果显示在胰腺癌细
胞系、组织学标本和CTCs中均发现了胰腺癌肿瘤干细胞CD24、CD44、ESA和AFP等相关标记物的表达
,为进一步研究奠定了基础。
学位年度:2010
高速列车驱动制动动力学及其控制研究
题名:高速列车驱动制动动力学及其控制研究
作者:陈哲明
学位授予单位:西南交通大学
关键词:高速列车;;异步牵引电机;;直接转矩控制;;Sanville流量公式;;转子振动;;传动系统;;动
力学性能
摘要:
进入新世纪以来,由于中国经济的快速发展,为了解决铁路客运的瓶颈制约,我国采取对国
外先进高速列车技术的引进吸收消化再创新的方式,实现了中国铁路的跨越式发展,并创造了运营时
速350km／h的世界最高速。由于运行速度的提高,列车在高速状态下的动态特性相对于低速状态将
产生很大的变化,如轮轨间的相互作用力、牵引电机的振动影响、齿轮间的高速啮合、空气动力学
问题等,这些影响将对高速列车的运行Magnetic lifter性能以及牵引制动的有效性和安全性带来更多的不确定性。
在传统的车辆牵引制动动力学研究中,早期主要是针对2自由度的单轮对建模,只考虑轮对纵向牵引
和制动及其相关动力学影响。模型简单,只适合作理论上的探讨；后来,建立了考虑转向架、车体、
轮对之间耦合关系的动力学模型,以评价牵引和制动的有效性和安全性,以及各种牵引制动方法引起
的纵向振动对车辆动力学性能的影响。这些动力学模型虽然考虑了牵引和制动对车辆的动力学影响
,但没有从整体的角度(单车、整列车或机电耦合)来对系统进行分析,仍然不够全面。因此,本文将
从考虑传动系统及机电耦合的角度,对高速列车牵引制动控制及其动力学特性进行深入的研究。
本论文所作的主要工作有：
(1)通过建立异步牵引电机和逆变器等效数学模型,采用圆形磁
链与六边形磁链相结合的直接转矩控制技术对电机输出转矩进行控制。
(2)对轮轨黏着特性进行
分析,给出了黏着系数的估计方法,建立了基于Polach蠕滑力快速算法的传动系统等效简化模型,分
析了轮轨蠕滑率对传动系统振动的影响,以及黏着http://www.999magnet.com/系数对轮对纵向振动的影响。
(3)采用递归最
小二乘法预测黏滑曲线的斜率,应用卡尔曼滤波估计车辆的参考轮对速度,获得了在列车驱动防空转
和车辆制动防滑过程中黏着系数的最佳利用。
(4)建立了基于Sanville流量公式的制动气
缸的非线性模型,对气缸的压力特性进行分析,运用滑模控制和逻辑门限值控制的方法,对牵引电机
和制动气缸进行控制,对车辆在高速工况下的电空联合制动防滑控制进行了仿真,并对两种控制方法
的结果进行了对比。
(5)分析牵引电机转子振动对车辆动力学性能的影响,建立了包括传动系
统的动车动力学模型,模型中考虑了转子—轴承系统的非线性力。通过数值仿真,研究了转子—轴承
系统非线性反力对牵引电机振动的影响,对比分析了考虑与不考虑转子轴承非线性反力时车辆在驱
动、匀速和惰行工况下的动力学特性。
(6)分析了考虑和不考虑传动系统情况下的车辆动力
学特性,研究了考虑构架柔性时车辆的纵向动力学特性的变化,以及在两种编组条件下车间纵向减振
器对列车纵向动力学的影响。
学位年度:2010
作者:陈哲明
学位授予单位:西南交通大学
关键词:高速列车;;异步牵引电机;;直接转矩控制;;Sanville流量公式;;转子振动;;传动系统;;动
力学性能
摘要:
进入新世纪以来,由于中国经济的快速发展,为了解决铁路客运的瓶颈制约,我国采取对国
外先进高速列车技术的引进吸收消化再创新的方式,实现了中国铁路的跨越式发展,并创造了运营时
速350km／h的世界最高速。由于运行速度的提高,列车在高速状态下的动态特性相对于低速状态将
产生很大的变化,如轮轨间的相互作用力、牵引电机的振动影响、齿轮间的高速啮合、空气动力学
问题等,这些影响将对高速列车的运行Magnetic lifter性能以及牵引制动的有效性和安全性带来更多的不确定性。
在传统的车辆牵引制动动力学研究中,早期主要是针对2自由度的单轮对建模,只考虑轮对纵向牵引
和制动及其相关动力学影响。模型简单,只适合作理论上的探讨；后来,建立了考虑转向架、车体、
轮对之间耦合关系的动力学模型,以评价牵引和制动的有效性和安全性,以及各种牵引制动方法引起
的纵向振动对车辆动力学性能的影响。这些动力学模型虽然考虑了牵引和制动对车辆的动力学影响
,但没有从整体的角度(单车、整列车或机电耦合)来对系统进行分析,仍然不够全面。因此,本文将
从考虑传动系统及机电耦合的角度,对高速列车牵引制动控制及其动力学特性进行深入的研究。
本论文所作的主要工作有：
(1)通过建立异步牵引电机和逆变器等效数学模型,采用圆形磁
链与六边形磁链相结合的直接转矩控制技术对电机输出转矩进行控制。
(2)对轮轨黏着特性进行
分析,给出了黏着系数的估计方法,建立了基于Polach蠕滑力快速算法的传动系统等效简化模型,分
析了轮轨蠕滑率对传动系统振动的影响,以及黏着http://www.999magnet.com/系数对轮对纵向振动的影响。
(3)采用递归最
小二乘法预测黏滑曲线的斜率,应用卡尔曼滤波估计车辆的参考轮对速度,获得了在列车驱动防空转
和车辆制动防滑过程中黏着系数的最佳利用。
(4)建立了基于Sanville流量公式的制动气
缸的非线性模型,对气缸的压力特性进行分析,运用滑模控制和逻辑门限值控制的方法,对牵引电机
和制动气缸进行控制,对车辆在高速工况下的电空联合制动防滑控制进行了仿真,并对两种控制方法
的结果进行了对比。
(5)分析牵引电机转子振动对车辆动力学性能的影响,建立了包括传动系
统的动车动力学模型,模型中考虑了转子—轴承系统的非线性力。通过数值仿真,研究了转子—轴承
系统非线性反力对牵引电机振动的影响,对比分析了考虑与不考虑转子轴承非线性反力时车辆在驱
动、匀速和惰行工况下的动力学特性。
(6)分析了考虑和不考虑传动系统情况下的车辆动力
学特性,研究了考虑构架柔性时车辆的纵向动力学特性的变化,以及在两种编组条件下车间纵向减振
器对列车纵向动力学的影响。
学位年度:2010
无机开放骨架化合物的离子热合成与表征
题名:无机开放骨架化合物的离子热合成与表征
作者:邢宏珠
学位授予单位:吉林大学
关键词:开放骨架;;磷酸铝;;亚磷酸盐;;硼磷酸盐;;离子液体
摘要:
以分子筛为代表的无机开放骨架化合物具有均一孔道分布,组成和结构的多样性以及独特
的光电磁等物理化学性质,在催化、吸附、分离、离子交换和主客体组装等诸多领域具有广阔的应
用前景。合成具有特殊功能和特殊骨架结构Magnetic lifter的无机开放骨架化合物一直是多孔材料研究领域的热点
之一。本论文利用新近发展的离子热合成方法在磷酸铝,硼磷酸盐和亚磷酸盐体系进行了系统的合
成研究,主要研究成果包括:
1.在离子热条件下,首次使用共模板的方法成功合成出新型开
放骨架结构磷酸铝化合物[Emim][MiaH][Al6P7O27(OH)] (JIS-1, Jilin Ionothermal Synthesis-
1)。其结构在晶体学a, b, c方向分别存在10,10和8元环孔道。有机胺分子N-甲基咪唑和离子液体
阳离子共同作为模板剂存在于孔道中。该化合物是第一例具有Al/P比为6/7的阴离子骨架磷酸铝化
合物。
2.首次利用离子热方法制备了金属亚磷酸镍化合物5H3O·[Ni8(HPO3)9Cl3]·1.5H2O
(JIS-3)。其结构包含由NiO5Cl和NiO6八面体连接而成的二维十八元环网层结构,网层间通过HPO3假
四面体单元连接形成三维骨架。该化合物沿[001]方向具有一维十八元环超大微孔孔道。粉末样品
磁性测试表明,化合物在高温区表现为铁磁相互作用,在低温区表现为反铁磁相互作用,存在自旋翻
转行为。通过“单晶”样品的磁性测试,我们细致研究了JIS-3在低温反铁磁基态下的磁各向异性,
进一步揭示了结构中的自旋翻转行为,推测了其可能的磁结构。
3.在离子热合成体系中合
成了具有手性骨架结构的硼磷酸盐化合物(NH4)2[HBP2O8] (JIS-2)。该化合物包含不对称的左右手
螺旋链,沿a, b, c方向具有三维12元环孔道。JIS-2具有Diamond拓扑连接构成的三维阴离子骨架结
构。研究发现结构中的模板剂和骨架间较强的氢键相互作用可能是导致JIS-2手性形成的原因。离
子交换实验表明,该化合物对碱金属K和Cs离子具有一定的离子交换能力。
4.利用离子热方
法合成了三个新颖过渡金属硼磷酸盐化合物:[Na6Co3B2P5O21Cl] H2O (JIS-4)、K5Mn2B2P5O19
(OH)2 (JIS-5)、(NH4)8[Co2B4P8O30(OH)4] (JIS-6)。这三个化合物结构中包含相同的硼磷簇状阴
离子结构基元,这些结构基元通过不同的连接方式形成三个新颖的结构。其中JIS-4是第一个具有硼
磷比为2/5的三维硼磷酸盐。研究表明,反应体系中的水含量对相选择性和晶化速率有重要影响。
5.在离子热合成体系中利用不同的有机胺为模板剂制备了三个磷酸铝化合物:[ImH]3 [Al3P4O16]
(JIS-7)、H3O [ImH][MimH] [Al3P4O16]·(JIS-8)、H3O [Dmim]2[Al3P4O16] (JIS-9)。这三个化
合物具有相同的二维4,6,8网层主体骨架结构。其中,JIS-8 http://www.999magnet.com/ 化合物由两种有机胺分子共同起结构导
向的作用。而在化合物JIS-7和JIS-9中,模板剂分子之间存在着CH -π,π-π等超分子相互作用。
学位年度:2010
作者:邢宏珠
学位授予单位:吉林大学
关键词:开放骨架;;磷酸铝;;亚磷酸盐;;硼磷酸盐;;离子液体
摘要:
以分子筛为代表的无机开放骨架化合物具有均一孔道分布,组成和结构的多样性以及独特
的光电磁等物理化学性质,在催化、吸附、分离、离子交换和主客体组装等诸多领域具有广阔的应
用前景。合成具有特殊功能和特殊骨架结构Magnetic lifter的无机开放骨架化合物一直是多孔材料研究领域的热点
之一。本论文利用新近发展的离子热合成方法在磷酸铝,硼磷酸盐和亚磷酸盐体系进行了系统的合
成研究,主要研究成果包括:
1.在离子热条件下,首次使用共模板的方法成功合成出新型开
放骨架结构磷酸铝化合物[Emim][MiaH][Al6P7O27(OH)] (JIS-1, Jilin Ionothermal Synthesis-
1)。其结构在晶体学a, b, c方向分别存在10,10和8元环孔道。有机胺分子N-甲基咪唑和离子液体
阳离子共同作为模板剂存在于孔道中。该化合物是第一例具有Al/P比为6/7的阴离子骨架磷酸铝化
合物。
2.首次利用离子热方法制备了金属亚磷酸镍化合物5H3O·[Ni8(HPO3)9Cl3]·1.5H2O
(JIS-3)。其结构包含由NiO5Cl和NiO6八面体连接而成的二维十八元环网层结构,网层间通过HPO3假
四面体单元连接形成三维骨架。该化合物沿[001]方向具有一维十八元环超大微孔孔道。粉末样品
磁性测试表明,化合物在高温区表现为铁磁相互作用,在低温区表现为反铁磁相互作用,存在自旋翻
转行为。通过“单晶”样品的磁性测试,我们细致研究了JIS-3在低温反铁磁基态下的磁各向异性,
进一步揭示了结构中的自旋翻转行为,推测了其可能的磁结构。
3.在离子热合成体系中合
成了具有手性骨架结构的硼磷酸盐化合物(NH4)2[HBP2O8] (JIS-2)。该化合物包含不对称的左右手
螺旋链,沿a, b, c方向具有三维12元环孔道。JIS-2具有Diamond拓扑连接构成的三维阴离子骨架结
构。研究发现结构中的模板剂和骨架间较强的氢键相互作用可能是导致JIS-2手性形成的原因。离
子交换实验表明,该化合物对碱金属K和Cs离子具有一定的离子交换能力。
4.利用离子热方
法合成了三个新颖过渡金属硼磷酸盐化合物:[Na6Co3B2P5O21Cl] H2O (JIS-4)、K5Mn2B2P5O19
(OH)2 (JIS-5)、(NH4)8[Co2B4P8O30(OH)4] (JIS-6)。这三个化合物结构中包含相同的硼磷簇状阴
离子结构基元,这些结构基元通过不同的连接方式形成三个新颖的结构。其中JIS-4是第一个具有硼
磷比为2/5的三维硼磷酸盐。研究表明,反应体系中的水含量对相选择性和晶化速率有重要影响。
5.在离子热合成体系中利用不同的有机胺为模板剂制备了三个磷酸铝化合物:[ImH]3 [Al3P4O16]
(JIS-7)、H3O [ImH][MimH] [Al3P4O16]·(JIS-8)、H3O [Dmim]2[Al3P4O16] (JIS-9)。这三个化
合物具有相同的二维4,6,8网层主体骨架结构。其中,JIS-8 http://www.999magnet.com/ 化合物由两种有机胺分子共同起结构导
向的作用。而在化合物JIS-7和JIS-9中,模板剂分子之间存在着CH -π,π-π等超分子相互作用。
学位年度:2010
微纳米炭材料的电弧等离子体选控制备及性能
题名:微纳米炭材料的电弧等离子体选控制备及性能
作者:李振涛
学位授予单位:大连理工大学
关键词:电弧等离子体;;煤;;微纳米炭材料;;制备;;光谱诊断
摘要:
微纳米炭材料尺度和形貌多样,具有独特的光、电、磁和机械性能,在功能材料领域展现出
广阔的应用前景。规模化、低成本、尺度和形态可控制备是实现微纳米炭材料实际广泛使用的基本
前提条件。本论文根据煤的组成和结构Magnetic lifter特征,采用“分子剪裁”的技术策略,借助电弧等离子体及其
耦合化学气相沉积技术手段,实现了多种功能性微纳米炭材料的选控制备,主要研究内容和成果如下
：
1.自行研制一套多功能电弧等离子体实验装置、煤基炭棒炭化装置并实现等离子体原位光
谱诊断。电弧等离子体实验装置阴极卡套设进气管,不同种类的碳氢气体可直接进入电弧等离子体
区域；通过发射光谱,对炭材料的制备过程进行检测和分析。
2.以煤为碳源,通过电弧等离子体
法实现煤基一维纳米炭材料—单壁碳纳米管(SWCNTs)及双壁碳纳米管(DWCNTs)的大量制备,建立了
适于SWCNTs纯化的技术方法。以Y2O3和Ni为催化剂,在氦气条件下制得大量的SWCNTs,其产率在10%
以上放电过程的原位光谱诊断结果显示,电弧等离子体中存在C2和CN物种,电弧区域温度为3150 K,
通过氧化性酸处理与空气氧化,SWCNTs纯度可达近90wt.%；使用FeS催化剂,在氦气和氢气混合气氛
中制备了大量的DWCNTs,其生成速率可达25 mg/min,光谱诊断发现其生长过程中存在C2和CH物种,电
弧区域温度为3050 K。
3.以煤基炭棒为阳极,将有机气体引入等离子体区域,实现电弧等离子体
技术和化学气相沉积技术的耦合,通过调节催化剂用量等条件选控制备了零维纳米炭材料—纳米洋
葱状富勒烯(NOLFs)和碳包覆磁性金属纳米颗粒(CEMNs)。NOLFs石墨层数可以达到数十甚至数百层,
呈现同心圆状,具备良好的洋葱状结构；CEMNs具有较窄的直径分布和良好的石墨化程度,在室温下
具有铁磁性、高磁响应性和抗酸腐蚀性。
4.以煤基炭棒为阳极,利用电弧等离子体耦合化学气
相沉积技术,通过调节反应条件如催化剂种类及用量和气氛种类及压力等,实现多种功能性微米炭材
料—碳带、螺旋炭纤维、炭微米树以及分级结构炭材料的选控制备。碳带的宽厚比为7.5-50,长度
可以达到几百微米乃至毫米量级,碳带尺度由催化剂尺寸决定,放电气氛是影响碳带形貌的关键因素
；螺旋炭纤维由单根炭纤维规则地螺旋卷合而成,螺旋方向有左旋和右旋两种形式,存在交叉螺旋现
象；制备的炭微米树具有实心结构、良好的石墨http://www.999magnet.com/化程度和与碳纳米管相接近的弹性模量,其生长的
关键性因素是铁催化剂和有机气体的使用；碳纤维阵列呈现锥状结构,由直径50-200 nm的纳米碳纤
维组装构成,通过对煤基炭棒的预处理,实现了分级结构炭材料形貌的可控调变,基本结构单元变为
顶部填充金属的荆棘状碳纤维。
学位年度:2010
作者:李振涛
学位授予单位:大连理工大学
关键词:电弧等离子体;;煤;;微纳米炭材料;;制备;;光谱诊断
摘要:
微纳米炭材料尺度和形貌多样,具有独特的光、电、磁和机械性能,在功能材料领域展现出
广阔的应用前景。规模化、低成本、尺度和形态可控制备是实现微纳米炭材料实际广泛使用的基本
前提条件。本论文根据煤的组成和结构Magnetic lifter特征,采用“分子剪裁”的技术策略,借助电弧等离子体及其
耦合化学气相沉积技术手段,实现了多种功能性微纳米炭材料的选控制备,主要研究内容和成果如下
：
1.自行研制一套多功能电弧等离子体实验装置、煤基炭棒炭化装置并实现等离子体原位光
谱诊断。电弧等离子体实验装置阴极卡套设进气管,不同种类的碳氢气体可直接进入电弧等离子体
区域；通过发射光谱,对炭材料的制备过程进行检测和分析。
2.以煤为碳源,通过电弧等离子体
法实现煤基一维纳米炭材料—单壁碳纳米管(SWCNTs)及双壁碳纳米管(DWCNTs)的大量制备,建立了
适于SWCNTs纯化的技术方法。以Y2O3和Ni为催化剂,在氦气条件下制得大量的SWCNTs,其产率在10%
以上放电过程的原位光谱诊断结果显示,电弧等离子体中存在C2和CN物种,电弧区域温度为3150 K,
通过氧化性酸处理与空气氧化,SWCNTs纯度可达近90wt.%；使用FeS催化剂,在氦气和氢气混合气氛
中制备了大量的DWCNTs,其生成速率可达25 mg/min,光谱诊断发现其生长过程中存在C2和CH物种,电
弧区域温度为3050 K。
3.以煤基炭棒为阳极,将有机气体引入等离子体区域,实现电弧等离子体
技术和化学气相沉积技术的耦合,通过调节催化剂用量等条件选控制备了零维纳米炭材料—纳米洋
葱状富勒烯(NOLFs)和碳包覆磁性金属纳米颗粒(CEMNs)。NOLFs石墨层数可以达到数十甚至数百层,
呈现同心圆状,具备良好的洋葱状结构；CEMNs具有较窄的直径分布和良好的石墨化程度,在室温下
具有铁磁性、高磁响应性和抗酸腐蚀性。
4.以煤基炭棒为阳极,利用电弧等离子体耦合化学气
相沉积技术,通过调节反应条件如催化剂种类及用量和气氛种类及压力等,实现多种功能性微米炭材
料—碳带、螺旋炭纤维、炭微米树以及分级结构炭材料的选控制备。碳带的宽厚比为7.5-50,长度
可以达到几百微米乃至毫米量级,碳带尺度由催化剂尺寸决定,放电气氛是影响碳带形貌的关键因素
；螺旋炭纤维由单根炭纤维规则地螺旋卷合而成,螺旋方向有左旋和右旋两种形式,存在交叉螺旋现
象；制备的炭微米树具有实心结构、良好的石墨http://www.999magnet.com/化程度和与碳纳米管相接近的弹性模量,其生长的
关键性因素是铁催化剂和有机气体的使用；碳纤维阵列呈现锥状结构,由直径50-200 nm的纳米碳纤
维组装构成,通过对煤基炭棒的预处理,实现了分级结构炭材料形貌的可控调变,基本结构单元变为
顶部填充金属的荆棘状碳纤维。
学位年度:2010
左手材料微结构构型设计优化
题名:左手材料微结构构型设计优化
作者:许卫锴
学位授予单位:大连理工大学
关键词:左手材料;;负折射;;超材料;;拓扑优化;;材料设计;;微结构构型
摘要:
社会的发展对新材料的设计提出了更高的要求。而某些属性要求超出了自然界所能提供的
范围,研发具有新的特性的材料成为学术界和工程领域的非常重要的课题。作为一种新型材料,左手
材料(LHM)以其独特的电磁性质引起了Magnetic lifter学术和工程领域的广泛关注。据此背景,本文主要研究左手材
料的电磁传播特性及微结构构型优化设计问题,建立左手材料微结构构型设计的系统方法。研究了
左手材料宏观等效电磁性能的预测方法,建立了准确表征材料宏观电磁性能与微结构之间关系的理
论体系；研究了左手材料微结构构型设计的系统方法,以(拓扑)优化方法为手段,建立了特定性能要
求的左手材料微结构设计优化模型及求解方法；基于设计技术和试验验证技术,发现并确认了几种
左手材料微结构新构型。具体研究内容和结果包括：
1.电磁波在周期性开口谐振环(SRRs)型材料
中传播的色散性能和透射特性分析。SRRs型左手材料是目前研究的焦点。分析和了解其电磁波传播
规律以及色散性能和透射特性,将更利于其多功能化设计。本文以SRRs构型的左手材料为研究对象,
系统分析了影响SRRs、Wires以及LHMs微波透射行为的因素。各种参数的敏度分析结果表明：不同
形状的SRRs对左手材料的左手特性激发机理相同,其磁谐振频率主要和SRRs的外环所包含的面积有
关；LHMs的谐振响应主要由SRRs引起,其谐振频率随介质基板的介电常数增大而降低,但介质基板的
厚度对左手材料的透射特性影响非常小；细金属线的宽度对LHMs的左手性质影响较小,且当细金属
线位于单胞的中心时,谐振频率最低；在SRRs的各项尺寸中,外环的边长对SRRs的透射特性影响最大
；与典型的SRRs相比,单个的SRR也可以产生负的磁导率,且与SRRs没有本质区别。在此基础上,进一
步将频率扩展到THz波段,研究了THz频率下SRR的谐振特性,并讨论了THz下实现左手材料的可能性。
建立了SRR构型左手材料的尺寸参数优化问题的提法和求解方法,并给出了3种具有不同所需目标的
左手材料微结构构型。
2.左手材料微结构新构型设计的系统理论和一般方法。左手材料的优异
特性,激发了新型左手材料的设计需求。然而,目前的左手材料微结构构型的设计主要是基于SRRs-
Wire这一基本构型,借助于简单的传输线模型的模拟分析,通过变形和尺寸调整方式获得新的微结构
构型。这种设计方式主要是基于经验的积累和直http://www.999magnet.com/觉灵感,缺乏一般性。研究建立左手材料微结构构
型设计的系统方法意义重大。本文建立了基于拓扑优化技术的左手材料微结构构型描述及演化方法
和具有所要求性能的左手材料微结构新构型设计的系统理论和一般方法。以最大带宽为目标,以金
属材料的排布为设计变量进行拓扑优化设计,成功地设计了几种典型的左手材料微结构构型,并获得
了金属丝和SRRs功能统一并集成的微结构构型。几种典型构型的左手材料性质的试验测试结果验证
了所设计的左手材料微结构构型的正确性。
3.铁氧体类薄膜型左手材料设计。利用铁氧体在微波
阶段的磁响应,可以设计铁氧体类型的左手材料。针对金属--铁氧体型左手薄膜材料,基于传输矩阵
的等效层理论,研究了周期性多层薄膜系统的波传播性质,建立了对称单胞的薄膜材料与其等效折射
率、介电常数和磁导率的关系,建立了特定频率下的最小折射率、特定常数折射率材料以及考虑单
胞长度条件下的左手性质设计的方法。研究证明,通过调整单胞内材料的分布可以实现左手薄膜材
料的拓扑优化设计。数值算例的结果说明,改变单胞内微结构的拓扑可极大地改变其负折射性质。
4.颗粒型左手材料的电磁性能分析。基于Wiener界限和Hashin-shtrikman界限,对包含具有负介电
常数的相材料的情况进行讨论,拓展了Bruggeman理论的适用范围,建立了设计颗粒型左手材料的理
论模型。研究发现,如果相材料分别具有单负(负介电常数或负磁导率)的性质,材料的整体性质可表
现为两种：一种是负折射,但并不具备左手性,另一种则是典型的左手材料。颗粒材料均匀性好的优
点,使得具有负折射性质的颗粒材料具有更广阔的应用前景。
本论文工作得到国家自然科学基金
(编号：90605002,90816025,10721062),国家重点基础研究(973)计划(编号：2006CB601205)和科技
部国家重点实验室专项经费(编号：S08102)的资助,在此表示感谢。
学位年度:2010
作者:许卫锴
学位授予单位:大连理工大学
关键词:左手材料;;负折射;;超材料;;拓扑优化;;材料设计;;微结构构型
摘要:
社会的发展对新材料的设计提出了更高的要求。而某些属性要求超出了自然界所能提供的
范围,研发具有新的特性的材料成为学术界和工程领域的非常重要的课题。作为一种新型材料,左手
材料(LHM)以其独特的电磁性质引起了Magnetic lifter学术和工程领域的广泛关注。据此背景,本文主要研究左手材
料的电磁传播特性及微结构构型优化设计问题,建立左手材料微结构构型设计的系统方法。研究了
左手材料宏观等效电磁性能的预测方法,建立了准确表征材料宏观电磁性能与微结构之间关系的理
论体系；研究了左手材料微结构构型设计的系统方法,以(拓扑)优化方法为手段,建立了特定性能要
求的左手材料微结构设计优化模型及求解方法；基于设计技术和试验验证技术,发现并确认了几种
左手材料微结构新构型。具体研究内容和结果包括：
1.电磁波在周期性开口谐振环(SRRs)型材料
中传播的色散性能和透射特性分析。SRRs型左手材料是目前研究的焦点。分析和了解其电磁波传播
规律以及色散性能和透射特性,将更利于其多功能化设计。本文以SRRs构型的左手材料为研究对象,
系统分析了影响SRRs、Wires以及LHMs微波透射行为的因素。各种参数的敏度分析结果表明：不同
形状的SRRs对左手材料的左手特性激发机理相同,其磁谐振频率主要和SRRs的外环所包含的面积有
关；LHMs的谐振响应主要由SRRs引起,其谐振频率随介质基板的介电常数增大而降低,但介质基板的
厚度对左手材料的透射特性影响非常小；细金属线的宽度对LHMs的左手性质影响较小,且当细金属
线位于单胞的中心时,谐振频率最低；在SRRs的各项尺寸中,外环的边长对SRRs的透射特性影响最大
；与典型的SRRs相比,单个的SRR也可以产生负的磁导率,且与SRRs没有本质区别。在此基础上,进一
步将频率扩展到THz波段,研究了THz频率下SRR的谐振特性,并讨论了THz下实现左手材料的可能性。
建立了SRR构型左手材料的尺寸参数优化问题的提法和求解方法,并给出了3种具有不同所需目标的
左手材料微结构构型。
2.左手材料微结构新构型设计的系统理论和一般方法。左手材料的优异
特性,激发了新型左手材料的设计需求。然而,目前的左手材料微结构构型的设计主要是基于SRRs-
Wire这一基本构型,借助于简单的传输线模型的模拟分析,通过变形和尺寸调整方式获得新的微结构
构型。这种设计方式主要是基于经验的积累和直http://www.999magnet.com/觉灵感,缺乏一般性。研究建立左手材料微结构构
型设计的系统方法意义重大。本文建立了基于拓扑优化技术的左手材料微结构构型描述及演化方法
和具有所要求性能的左手材料微结构新构型设计的系统理论和一般方法。以最大带宽为目标,以金
属材料的排布为设计变量进行拓扑优化设计,成功地设计了几种典型的左手材料微结构构型,并获得
了金属丝和SRRs功能统一并集成的微结构构型。几种典型构型的左手材料性质的试验测试结果验证
了所设计的左手材料微结构构型的正确性。
3.铁氧体类薄膜型左手材料设计。利用铁氧体在微波
阶段的磁响应,可以设计铁氧体类型的左手材料。针对金属--铁氧体型左手薄膜材料,基于传输矩阵
的等效层理论,研究了周期性多层薄膜系统的波传播性质,建立了对称单胞的薄膜材料与其等效折射
率、介电常数和磁导率的关系,建立了特定频率下的最小折射率、特定常数折射率材料以及考虑单
胞长度条件下的左手性质设计的方法。研究证明,通过调整单胞内材料的分布可以实现左手薄膜材
料的拓扑优化设计。数值算例的结果说明,改变单胞内微结构的拓扑可极大地改变其负折射性质。
4.颗粒型左手材料的电磁性能分析。基于Wiener界限和Hashin-shtrikman界限,对包含具有负介电
常数的相材料的情况进行讨论,拓展了Bruggeman理论的适用范围,建立了设计颗粒型左手材料的理
论模型。研究发现,如果相材料分别具有单负(负介电常数或负磁导率)的性质,材料的整体性质可表
现为两种：一种是负折射,但并不具备左手性,另一种则是典型的左手材料。颗粒材料均匀性好的优
点,使得具有负折射性质的颗粒材料具有更广阔的应用前景。
本论文工作得到国家自然科学基金
(编号：90605002,90816025,10721062),国家重点基础研究(973)计划(编号：2006CB601205)和科技
部国家重点实验室专项经费(编号：S08102)的资助,在此表示感谢。
学位年度:2010
强磁场作用下镍系合金元素扩散行为研究
题名:强磁场作用下镍系合金元素扩散行为研究
作者:任晓
学位授予单位:大连理工大学
关键词:强磁场;;扩散;;扩散诱导再结晶;;中间相;;析出相
摘要:
强磁场可以将强大的磁能量无接触地传递到材料的原子尺度,改变材料的热力学状态,影响
原子和分子的排列、匹配、迁移等行为,由此对材料的组织和性能产生巨大而深刻的影响。扩散是
材料学中最重要的基础科学问题之一,与相变过程和转变等密切相关。研究强磁场作用下元素扩散
行为,有利于探索强磁场材料学新现象Magnetic lifter的物理本质,揭示过程的内禀机制,为制备新材料和开发新工
艺奠定理论基础。
利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜
(TEM)等手段,系统研究了强磁场下Ni-Cu系和Ni-Al系原子间的扩散行为,及Cu-Ni-Cu扩散偶界面扩
散诱导再结晶区(DIR区)形貌和生长,探讨强磁场影响元素扩散的机理。依据强磁场对Ni-Cu系和Ni
-Al系元素扩散的影响规律,分析强磁场下镍基高温合金(K52)时效处理过程,深入研究了强磁场对其
时效处理后显微组织和性能的影响,主要结果如下：
在强磁场作用下Ni-Cu系原子互扩散过程中,
发现在Ni-Cu扩散偶经退火处理后,互扩散系数均随固溶体中Ni原子分数的增加而逐渐增大,但强磁
场下扩散偶界面Ni-Cu固溶体的互扩散系数,以及Ni在Cu相中的渗透距离分别小于其在无磁场时相应
的数值。表明强磁场抑制Ni-Cu系原子互扩散,其抑制作用主要通过降低频率因子而不是改变互扩散
激活能来实现的。
强磁场下Ni-Cu扩散偶中DIR区的形貌特征与生长行为的研究结果表明,
施加强磁场作用,与无磁场时的情况类似,扩散偶界面处形成了连续的DIR区,其厚度及再结晶晶粒尺
寸随退火温度升高和保温时间延长而增大,但DIR区内再结晶晶粒小于无磁场时的晶粒尺寸；强磁场
显著抑制DIR区的生长,并随磁感应强度的增加,其抑制作用增强,但DIR区的生长与磁场方向无依赖
关系。强磁场抑制DIR区生长主要归因于：①强磁场下DIR区前端靠近可动边界侧Cu含量小于57at%
带状合金化区域,其磁Gibbs自由能升高,不利用DIR区的生长,该区域也成为一个“阻挡层”,抑制整
个DIR区向Ni相生长。②强磁场对Ni-Cu系原子互扩散和再结晶行为有抑制作用。
研究强磁场下
Ni-Al扩散偶界面中间相的组成与生长,并利用双极扩散理论初步解释了强磁场抑制元素扩散的机理
。强磁场不改变Ni-Al扩散偶界面中间相的组成,无论磁场是否存在,扩散偶界面均仅形成Ni2Al3和
NiAl3相,其生长行为均符合抛物线规律,这说明两种http://www.999magnet.com/中间相层的生长均受体扩散控制。强磁场显著
抑制Ni2Al3和NiAl3相的生长,且与磁场方向有关。强磁场对中间相层生长的抑制作用主要来源于降
低频率因子而不是改变互扩散激活能。
K52合金在强磁场下时效处理后二次γ’相的形貌发
生显著改变,从球形转变为立方形,改变的趋势随磁感应强度增加而增强。这种改变一方面由于磁场
导致γ／γ’间的点阵错配度增加；另一方面,弹性应变能与界面能间的竞争作用也是导致二次γ
’相形貌发生改变的重要原因。同时,随磁感应强度增加二次γ’相内部的纳米析出相数量逐渐减
少,直至消失。经强磁场下时效处理后K52合金的硬度下降。
学位年度:2010
作者:任晓
学位授予单位:大连理工大学
关键词:强磁场;;扩散;;扩散诱导再结晶;;中间相;;析出相
摘要:
强磁场可以将强大的磁能量无接触地传递到材料的原子尺度,改变材料的热力学状态,影响
原子和分子的排列、匹配、迁移等行为,由此对材料的组织和性能产生巨大而深刻的影响。扩散是
材料学中最重要的基础科学问题之一,与相变过程和转变等密切相关。研究强磁场作用下元素扩散
行为,有利于探索强磁场材料学新现象Magnetic lifter的物理本质,揭示过程的内禀机制,为制备新材料和开发新工
艺奠定理论基础。
利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、透射电镜
(TEM)等手段,系统研究了强磁场下Ni-Cu系和Ni-Al系原子间的扩散行为,及Cu-Ni-Cu扩散偶界面扩
散诱导再结晶区(DIR区)形貌和生长,探讨强磁场影响元素扩散的机理。依据强磁场对Ni-Cu系和Ni
-Al系元素扩散的影响规律,分析强磁场下镍基高温合金(K52)时效处理过程,深入研究了强磁场对其
时效处理后显微组织和性能的影响,主要结果如下：
在强磁场作用下Ni-Cu系原子互扩散过程中,
发现在Ni-Cu扩散偶经退火处理后,互扩散系数均随固溶体中Ni原子分数的增加而逐渐增大,但强磁
场下扩散偶界面Ni-Cu固溶体的互扩散系数,以及Ni在Cu相中的渗透距离分别小于其在无磁场时相应
的数值。表明强磁场抑制Ni-Cu系原子互扩散,其抑制作用主要通过降低频率因子而不是改变互扩散
激活能来实现的。
强磁场下Ni-Cu扩散偶中DIR区的形貌特征与生长行为的研究结果表明,
施加强磁场作用,与无磁场时的情况类似,扩散偶界面处形成了连续的DIR区,其厚度及再结晶晶粒尺
寸随退火温度升高和保温时间延长而增大,但DIR区内再结晶晶粒小于无磁场时的晶粒尺寸；强磁场
显著抑制DIR区的生长,并随磁感应强度的增加,其抑制作用增强,但DIR区的生长与磁场方向无依赖
关系。强磁场抑制DIR区生长主要归因于：①强磁场下DIR区前端靠近可动边界侧Cu含量小于57at%
带状合金化区域,其磁Gibbs自由能升高,不利用DIR区的生长,该区域也成为一个“阻挡层”,抑制整
个DIR区向Ni相生长。②强磁场对Ni-Cu系原子互扩散和再结晶行为有抑制作用。
研究强磁场下
Ni-Al扩散偶界面中间相的组成与生长,并利用双极扩散理论初步解释了强磁场抑制元素扩散的机理
。强磁场不改变Ni-Al扩散偶界面中间相的组成,无论磁场是否存在,扩散偶界面均仅形成Ni2Al3和
NiAl3相,其生长行为均符合抛物线规律,这说明两种http://www.999magnet.com/中间相层的生长均受体扩散控制。强磁场显著
抑制Ni2Al3和NiAl3相的生长,且与磁场方向有关。强磁场对中间相层生长的抑制作用主要来源于降
低频率因子而不是改变互扩散激活能。
K52合金在强磁场下时效处理后二次γ’相的形貌发
生显著改变,从球形转变为立方形,改变的趋势随磁感应强度增加而增强。这种改变一方面由于磁场
导致γ／γ’间的点阵错配度增加；另一方面,弹性应变能与界面能间的竞争作用也是导致二次γ
’相形貌发生改变的重要原因。同时,随磁感应强度增加二次γ’相内部的纳米析出相数量逐渐减
少,直至消失。经强磁场下时效处理后K52合金的硬度下降。
学位年度:2010
超塑性与塑性变形和成形实验装置及测量方法的研究
题名:超塑性与塑性变形和成形实验装置及测量方法的研究
作者:宋家旺
学位授予单位:吉林大学
关键词:载荷;;温度;;磁场;;耦合分析;;体积测量仪;;面积测量仪;;曲率测量仪
摘要:
超塑性与塑性变形和成形实验装置及测量方法的研究对材料科学的发展起着重要的作用。
实验装置是合理选择材料、研究新材料和新Magnetic lifter工艺的基本手段和依据,为进一步研究超塑性与塑性成
形性能奠定了实验基础。先进的测量方法是设计、制造出综合性能及单项性能均优良的产品的保证
,随着逆向工程的发展,测量方法更侧重于获得工件的几何形状信息。本文针对超塑性与塑性变形和
成形实验装置及测量方法的现状进行分析,并结合研究所科研项目的需要,在导师的指导下,研制了
力热磁耦合实验装置,任意体积测量仪,任意面积测量仪和任意曲面曲率测量仪。
力热磁耦合实验
装置通过采用炉外加热气体和动态密封技术解决了在高温下既要对试样进行防氧化保护,又能在温
度和磁场的耦合作用下进行力学性能实验的难题；任意体积测量仪和任意面积测量仪不仅能够测量
坯料和成形件的体积和面积,而且还能测出成形过程中每道工序成形件的体积和面积,甚至上道工序
与下道工序对应部分的体积和面积。再根据金属塑性变形的体积不变定律,为制订成形的工艺方案
提供依据；任意曲面曲率测量仪采用球形测头变弦http://www.999magnet.com/宽法测量曲面的曲率,从结构上克服了针形测头
的缺点,具有结构简单、适应性广和测量精度高的优点。
学位年度:2010
作者:宋家旺
学位授予单位:吉林大学
关键词:载荷;;温度;;磁场;;耦合分析;;体积测量仪;;面积测量仪;;曲率测量仪
摘要:
超塑性与塑性变形和成形实验装置及测量方法的研究对材料科学的发展起着重要的作用。
实验装置是合理选择材料、研究新材料和新Magnetic lifter工艺的基本手段和依据,为进一步研究超塑性与塑性成
形性能奠定了实验基础。先进的测量方法是设计、制造出综合性能及单项性能均优良的产品的保证
,随着逆向工程的发展,测量方法更侧重于获得工件的几何形状信息。本文针对超塑性与塑性变形和
成形实验装置及测量方法的现状进行分析,并结合研究所科研项目的需要,在导师的指导下,研制了
力热磁耦合实验装置,任意体积测量仪,任意面积测量仪和任意曲面曲率测量仪。
力热磁耦合实验
装置通过采用炉外加热气体和动态密封技术解决了在高温下既要对试样进行防氧化保护,又能在温
度和磁场的耦合作用下进行力学性能实验的难题；任意体积测量仪和任意面积测量仪不仅能够测量
坯料和成形件的体积和面积,而且还能测出成形过程中每道工序成形件的体积和面积,甚至上道工序
与下道工序对应部分的体积和面积。再根据金属塑性变形的体积不变定律,为制订成形的工艺方案
提供依据；任意曲面曲率测量仪采用球形测头变弦http://www.999magnet.com/宽法测量曲面的曲率,从结构上克服了针形测头
的缺点,具有结构简单、适应性广和测量精度高的优点。
学位年度:2010
Ⅲ-Ⅴ族半导体及其纳米结构中的自旋动力学
题名:Ⅲ-Ⅴ族半导体及其纳米结构中的自旋动力学
作者:蒋建华
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:自旋动力学;;自旋弛豫/去相位;;自旋轨道耦合;;多体效应;;库仑散射;;体材料;;量子阱;;
量子点;;稀磁半导体;;含时系统;;强场效应
摘要:
半导体自旋电子学的目标是通过利用载流子的自旋自由度开发出速度更快、能耗更低的电
子学器件。这一目标要求能产生、操控、维持、传输和读出载流子自旋极化。其中至少操控、维持Magnetic lifter
和传输载流子自旋极化都和自旋动力学相关,因而自旋动力学成为半导体自旋电子学的中心内容之
一。自旋动力学背后丰富的物理也是导致它受到人们广泛地关注的原因。通常,自旋动力学包括相
干部分和耗散部分。相干的自旋运动通常很简单而平凡,而耗散的自旋运动则往往很复杂而有趣。
很多实际的自旋现象的复杂性和丰富性往往根源于耗散动力学。本论文集中讨论Ⅲ-Ⅴ族半导体(它
是半导体自旋电子学中被广泛研究的材料)及其纳米结构中的自旋动力学。特别地,我们关注Ⅲ-Ⅴ
族半导体及其纳米结构中的自旋弛豫和自旋去相位。
在第一章中我们首先简要地介绍半导体自旋
电子学的背景。具体而言,我们介绍了它的历史、目标、已有的成就和挑战。我们也介绍了一些典
型的自旋电子学器件的构想、在半导体中产生和探测自旋极化的方法、Ⅲ-Ⅴ族半导体中的自旋相http://www.999magnet.com/
互作用。我们还介绍了自旋弛豫和自旋去相位的概念并基于一些简单的模型对自旋弛豫和自旋去相
位进行了一些一般性的讨论,并介绍Ⅲ-Ⅴ族半导体中自旋弛豫和自旋去相位的主要机制。
之后在
第二章我们回顾了以往文献中对Ⅲ-Ⅴ族半导体中自旋弛豫和去相位的研究,包括实验和单体理论的
研究。我们既回顾了金属区域的研究,也回顾了绝缘体区域的研究。我们还回顾了Ⅲ-Ⅴ族磁性半导
体中的自旋弛豫的实验研究。值得指出的是,之前文献中的理论绝大部分都是在单体理论的框架下
。而单体理论存在很多的问题,很多有趣而重要的结果只有在多体理论的框架下才能得到。我们在
这一章中既指出了单体理论的问题,也通过实验结果提及了一些多体理论才能解释和理解的有趣现
象。
在第三章中我们简要地介绍了动力学自旋Bloch方程方法。它是我们后续研究的基础。动
力学自旋Bloch方程用全微观的方式包含了描述半导体中自旋动力学的所有要素：自旋相互作用导
致的自旋相干进动和所有相关的散射。此外,它还仔细地处理了屏蔽效应对散射和库仑Hartree-
Fock项的影响。我们分别介绍了本征型量子阱中考虑自旋和光学关联的动力学自旋Bloch方程和n型
量子阱中仅考虑自旋关联的动力学自旋Bloch方程。
在此基础上,在第四章,我们详细地阐述对体
材料Ⅲ-Ⅴ族半导体中的电子自旋弛豫的系统研究。我们的研究覆盖了n型、本征型和p型Ⅲ-Ⅴ族半
导体。我们主要的发现是：在简并区和非简并区自旋弛豫时间随各种条件的变化通常在定性上都是
不一样的,要理解自旋弛豫时间随各种条件的变化,首先要判断电子和空穴系统是处于简并区还是非
简并区。另外我们发现由于屏蔽和Pauli阻塞等因素的影响,散射随各种物理条件的变化很丰富,自
旋弛豫(特别是D'yakonov-Perel'自旋弛豫)的行为往往比人们所理解的要丰富、复杂得多。具体而
言,我们得到了如下重要的结论：在n型、本征型和大部分的p型Ⅲ-Ⅴ族半导体中Elliott-Yafet机
制不重要；在n型和本征型半导体中,由于从非简并区到简并区过渡,D'yakonov-Perel'自旋弛豫时
间随电子浓度的增大而先增大后减小,自旋弛豫时间在TF～T(TF是费米温度,T是体系温度)附近出现
一个峰；在n型半导体中不同浓度下自旋弛豫时间随温度的变化不一样：在低浓度下施加应变的情
形下自旋弛豫时间可能出现非单调的温度变化,而在无应变的情形下自旋弛豫时间随温度上升而单
调变短；在高浓度下,自旋弛豫时间随温度的上升而延长；在常见的一些Ⅲ-Ⅴ族半导体如GaAs、
GaSb和InSb等的本征型体材料中,Bir-Aronov-Pikus机制不重要；当电子系统或空穴系统处于简并
区时,Pauli阻塞对Bir-Aronov-Pikus自旋弛豫有很强的抑制作用；本征型半导体中,小极化
下,D'yakonov-Perel'机制导致的自旋弛豫时间随温度增大先增大后减小,出现一个峰,峰的位置出
现在T(?)TF／3附近；Kp型Ⅲ-Ⅴ族半导体中,在高激发浓度下,由于屏蔽的作用,D'yakonov-Perel'
自旋弛豫时间随温度升高先增大后减小,出现一个峰,峰的位置出现在电子的费米温度附近T～TF;
D'yakonov-Perel'自旋弛豫时间则随空穴浓度的增大出现先增大后减小再增大的奇特行为；最后,
在n型半导体中,强电场导致电子自旋弛豫时间减小,且电子迁移率越高电场的影响越大。我们透彻
地阐释了以上现象背后的物理,并揭示出库仑散射在自旋弛豫中所扮演的重要角色。尽管我们的研
究集中在闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族半导体中,我们得到的上述结论中有很多是普适性的。它们可以扩展
到非闪锌矿结构、Ⅱ-Ⅵ族半导体,甚至是其它的结构类似的半导体(只要存在自旋轨道耦合),低维
纳米体系等等。特别值得一提的是,我们的一些预言已经被最近的一些实验所证实[1-7]。
第五章
给出了我们和德国Regensburg大学Schuller实验组合作对(001)GaAs量子阱中自旋弛豫的各向异性
的研究。实验组测量了低温下高迁移率的GaAs量子阱中自旋弛豫的磁各向异性。发现自旋弛豫的各
向异性可以通过磁场显著地调节。特别地,当磁场沿[110]方向时,自旋弛豫时间在B=0.2 T处出现了
一个谷；而当磁场沿[110]方向时,自旋弛豫时间在B=0.5 T处出现了一个峰。所观测到的现象无法
用原来的单体理论解释。我们通过基于全微观的动力学自旋Bloch方程的计算和实验结果符合得很
好。我们对其中的物理进行了解释。进一步地,我们预言该样品中[110]方向的自旋弛豫时间可以达
到几个纳秒,比[110]方向的自旋弛豫时间大两个量级以上。以上发现对半导体自旋电子学中调控自
旋弛豫具有很大的意义。
此外,第六章回顾我们基于全微观的动力学自旋Bloch方程方法对稀磁半
导体顺磁性GaMnAs量子阱中的电子自旋弛豫的研究。我们既研究了Mn占据填隙位置的n型GaMnAs量
子阱,也研究了Mn主要替换Ga的p型GaMnAs量子阱。对于n型GaMnAs量子阱,我们发现,自旋弛豫完全
由D'yakonov-Perel'机制占主导。一个显著的结果是,我们发现自旋弛豫时间随Mn的参杂浓度的变
化出现了一个峰。这个峰是由于电子系统处于简并区和非简并区时动量散射和自旋进动的非均匀扩
展随Mn的参杂浓度的变化不同而导致自旋弛豫时间随Mn的参杂浓度变化的趋势不同。有趣的是,在p
型GaMnAs量子阱中自旋弛豫时间随Mn的参杂变化也有一个峰。这是D'yakonov-Perel'自旋弛豫机制
和s-d-Elliott-Yafet和Bir-Aronov-Pikus机制竞争的结果。我们计算得到的自旋弛豫时间的峰的
位置和Awschalom实验组实验测量[8]得到的很一致。另外,我们还确定了各种条件下占主导的自旋
弛豫机制。这为理论和实验研究提供了有用的信息。我们还系统地研究了各种温度、光激发浓度、
磁场下的自旋弛豫,给出了其背后的物理。我们得到的结论和实验结果一致[8-11]。
之后,
在第七章我们介绍含时系统的动力学和处理含时系统的理论方法。此章为我们对强THz场驱动下的
自旋动力学的研究提供一个背景和相关理论的介绍。我们首先简要介绍了凝聚态物理中的含时驱动
系统。我们还介绍强THz电磁场相关的技术和物理,简要回顾了强THz场对半导体光学性质和输运性
质的影响。然后我们回顾了无耗散下的含时驱动系统的动力学,介绍了求解含时Schrodinger方程的
Floquet-Fourier方法,简要讨论了Floquet波函数的性质。然后我们介绍了处理含时驱动系统耗散
动力学的Floquet-Markov理论。
在此基础上,在第八章阐述我们对强THz场驱动的量子点中单个
电子的自旋动力学的研究。我们首先得到强THz场驱动下Schrodinger方程的严格解,并研究了强THz
对电子态密度的影响。我们发现在自旋轨道耦合存在时,强THz电场可以操控电子自旋,并在量子点
中诱导出自旋极化,同时对电子态密度有很大的影响。在此基础上,我们考虑耗散,加入导致自旋弛
豫的电子-声子散射。我们的研究结果表明,强THz场能极大的影响自旋弛豫。特别地,在强THz磁场
下,sideband效应强烈地调制了自旋翻转的电子-声子散射的速率,极大地改变了自旋弛豫时间。
然后在第九章给出我们对强THz场驱动下的多电子系统的自旋动力学的研究。我们考虑的是InAs量
子阱中的二维电子系统。通过Floquet-Markov理论和非平衡Green函数方法,我们首先建立了强THz
场驱动下量子阱中二维电子系统的动力学自旋Bloch方程。在该方程中,我们对THz场进行了非微扰
的处理,在散射中包含了sideband效应,并在对散射的处理上超越了旋波近似。我们包含了所有相关
的散射：电子-杂质、电子-声子和电子-电子散射。我们的方法具有很大的普遍性,可以扩展到任意
的强周期场驱动下具有任意自旋轨道耦合的多载流子系统。通过数值求解动力学自旋Bloch方程,我
们研究了强THz场对InAs量子阱中二维电子系统的自旋动力学的影响。其中,我们主要讨论了THz场
产生的稳态自旋极化和THz场对自旋弛豫的影响。我们发现THz场诱导出一个稳态的自旋极化。尽管
这极化是Cheng和Wu在没有考虑耗散的时候最早预言的[12],我们发现在耗散存在时它仍然不为零,
而且它的值可以达到很大(例如,7%)。这表明强THz场是产生自旋极化的很有效的手段。我们的研究
表明稳态自旋极化是由THz导致的有效磁场诱导的。它包含两个部分的贡献,一个直接来自自旋轨道
耦合,另一个来自THz场产生的电流和自旋轨道耦合的合作效应。由于我们对散射的处理超越了旋波
近似,我们发现了很多有趣的特征,这些特征在对散射做旋波近似下是不会出现的。第一个特征是,
稳态自旋极化总是相对于激发它的有效磁场有一个推迟。另外一个特征是,THz场导致的电流会产生
一个有效磁场。我们发现,在对散射做旋波近似下：稳态自旋极化和激发它的有效磁场间没有推迟
。此外,更重要的是,在对散射做旋波近似下,散射会保持kx→-kx对称性,从而无法得到THz场导致的
电流。我们研究了稳态自旋极化幅度随THz场的场强和频率的变化。我们发现THz场对自旋动力学的
两个主要的影响是：(1)热电子效应和(2)THz场导致的有效磁场。这两个效应都随THz场的场强的增
大或频率的减小而增强。其中THz场导致的有效磁场是诱导出电子系统稳态自旋极化的物理根源。
由于THz场导致的有效磁场随THz场的场强的增大或频率的减小而增强,稳态自旋极化的幅度因而增
大。但是在THz场的场强较大或频率较小时,热电子效应导致电子温度显著地升高,从而导致稳态自
旋极化随THz场的场强的增大或频率的减小而下降。我们发现强THz场对自旋弛豫也有很大的影响。
它的影响也来自上面所说的(1)热电子效应和(2)THz场导致的有效磁场。我们发现,在杂质浓度很小
的情况下,热电子效应和THz场导致的有效磁场相互竞争,导致自旋弛豫时间随THz场的场强的增强或
频率的减小出现先增大再减小的结果。在杂质浓度较大时,热电子效应得到增强完全超过了THz场导
致的有效磁场的影响,使得自旋弛豫时间随THz场的场强的增强或频率的减小而单调地减小。
最后在第十章详细地回顾了我们基于运动方程方法对GaAs量子点中各种机制导致的自旋弛豫时间和
自旋去相位时间的系统研究。在此研究中我们考虑了自旋轨道耦合和电子-声子散射共同作用机制
、直接的自旋-声子耦合机制、声子导致的g因子涨落机制、超精细相互作用机制以及超精细相互作
用和电子-声子相互作用的共同作用机制。我们在各种条件下比较了这些机制对自旋弛豫和自旋去
相位的贡献。研究了它们随各种物理条件变化的规律并揭示了其中的物理。我们发现GaAs量子点中
的自旋弛豫和自旋去相位不是受到单一的自旋退相干机制的影响的,各个机制主导自旋弛豫和去相
位的范围不一样。在某些情况下,有可能几种机制都很重要。我们的计算和实验符合得很好[13]。
我们还给出了费米黄金规则方法的适用范围。我们发现的自旋去相位时间随温度变化的规律已经被
实验所证实[14]。我们的研究对于理解GaAs量子点中的自旋弛豫和自旋去相位,进一步地,对操控自
旋退相干以及基于此的量子计算和量子信息处理,具有很重要的意义。
学位年度:2010
作者:蒋建华
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:自旋动力学;;自旋弛豫/去相位;;自旋轨道耦合;;多体效应;;库仑散射;;体材料;;量子阱;;
量子点;;稀磁半导体;;含时系统;;强场效应
摘要:
半导体自旋电子学的目标是通过利用载流子的自旋自由度开发出速度更快、能耗更低的电
子学器件。这一目标要求能产生、操控、维持、传输和读出载流子自旋极化。其中至少操控、维持Magnetic lifter
和传输载流子自旋极化都和自旋动力学相关,因而自旋动力学成为半导体自旋电子学的中心内容之
一。自旋动力学背后丰富的物理也是导致它受到人们广泛地关注的原因。通常,自旋动力学包括相
干部分和耗散部分。相干的自旋运动通常很简单而平凡,而耗散的自旋运动则往往很复杂而有趣。
很多实际的自旋现象的复杂性和丰富性往往根源于耗散动力学。本论文集中讨论Ⅲ-Ⅴ族半导体(它
是半导体自旋电子学中被广泛研究的材料)及其纳米结构中的自旋动力学。特别地,我们关注Ⅲ-Ⅴ
族半导体及其纳米结构中的自旋弛豫和自旋去相位。
在第一章中我们首先简要地介绍半导体自旋
电子学的背景。具体而言,我们介绍了它的历史、目标、已有的成就和挑战。我们也介绍了一些典
型的自旋电子学器件的构想、在半导体中产生和探测自旋极化的方法、Ⅲ-Ⅴ族半导体中的自旋相http://www.999magnet.com/
互作用。我们还介绍了自旋弛豫和自旋去相位的概念并基于一些简单的模型对自旋弛豫和自旋去相
位进行了一些一般性的讨论,并介绍Ⅲ-Ⅴ族半导体中自旋弛豫和自旋去相位的主要机制。
之后在
第二章我们回顾了以往文献中对Ⅲ-Ⅴ族半导体中自旋弛豫和去相位的研究,包括实验和单体理论的
研究。我们既回顾了金属区域的研究,也回顾了绝缘体区域的研究。我们还回顾了Ⅲ-Ⅴ族磁性半导
体中的自旋弛豫的实验研究。值得指出的是,之前文献中的理论绝大部分都是在单体理论的框架下
。而单体理论存在很多的问题,很多有趣而重要的结果只有在多体理论的框架下才能得到。我们在
这一章中既指出了单体理论的问题,也通过实验结果提及了一些多体理论才能解释和理解的有趣现
象。
在第三章中我们简要地介绍了动力学自旋Bloch方程方法。它是我们后续研究的基础。动
力学自旋Bloch方程用全微观的方式包含了描述半导体中自旋动力学的所有要素：自旋相互作用导
致的自旋相干进动和所有相关的散射。此外,它还仔细地处理了屏蔽效应对散射和库仑Hartree-
Fock项的影响。我们分别介绍了本征型量子阱中考虑自旋和光学关联的动力学自旋Bloch方程和n型
量子阱中仅考虑自旋关联的动力学自旋Bloch方程。
在此基础上,在第四章,我们详细地阐述对体
材料Ⅲ-Ⅴ族半导体中的电子自旋弛豫的系统研究。我们的研究覆盖了n型、本征型和p型Ⅲ-Ⅴ族半
导体。我们主要的发现是：在简并区和非简并区自旋弛豫时间随各种条件的变化通常在定性上都是
不一样的,要理解自旋弛豫时间随各种条件的变化,首先要判断电子和空穴系统是处于简并区还是非
简并区。另外我们发现由于屏蔽和Pauli阻塞等因素的影响,散射随各种物理条件的变化很丰富,自
旋弛豫(特别是D'yakonov-Perel'自旋弛豫)的行为往往比人们所理解的要丰富、复杂得多。具体而
言,我们得到了如下重要的结论：在n型、本征型和大部分的p型Ⅲ-Ⅴ族半导体中Elliott-Yafet机
制不重要；在n型和本征型半导体中,由于从非简并区到简并区过渡,D'yakonov-Perel'自旋弛豫时
间随电子浓度的增大而先增大后减小,自旋弛豫时间在TF～T(TF是费米温度,T是体系温度)附近出现
一个峰；在n型半导体中不同浓度下自旋弛豫时间随温度的变化不一样：在低浓度下施加应变的情
形下自旋弛豫时间可能出现非单调的温度变化,而在无应变的情形下自旋弛豫时间随温度上升而单
调变短；在高浓度下,自旋弛豫时间随温度的上升而延长；在常见的一些Ⅲ-Ⅴ族半导体如GaAs、
GaSb和InSb等的本征型体材料中,Bir-Aronov-Pikus机制不重要；当电子系统或空穴系统处于简并
区时,Pauli阻塞对Bir-Aronov-Pikus自旋弛豫有很强的抑制作用；本征型半导体中,小极化
下,D'yakonov-Perel'机制导致的自旋弛豫时间随温度增大先增大后减小,出现一个峰,峰的位置出
现在T(?)TF／3附近；Kp型Ⅲ-Ⅴ族半导体中,在高激发浓度下,由于屏蔽的作用,D'yakonov-Perel'
自旋弛豫时间随温度升高先增大后减小,出现一个峰,峰的位置出现在电子的费米温度附近T～TF;
D'yakonov-Perel'自旋弛豫时间则随空穴浓度的增大出现先增大后减小再增大的奇特行为；最后,
在n型半导体中,强电场导致电子自旋弛豫时间减小,且电子迁移率越高电场的影响越大。我们透彻
地阐释了以上现象背后的物理,并揭示出库仑散射在自旋弛豫中所扮演的重要角色。尽管我们的研
究集中在闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族半导体中,我们得到的上述结论中有很多是普适性的。它们可以扩展
到非闪锌矿结构、Ⅱ-Ⅵ族半导体,甚至是其它的结构类似的半导体(只要存在自旋轨道耦合),低维
纳米体系等等。特别值得一提的是,我们的一些预言已经被最近的一些实验所证实[1-7]。
第五章
给出了我们和德国Regensburg大学Schuller实验组合作对(001)GaAs量子阱中自旋弛豫的各向异性
的研究。实验组测量了低温下高迁移率的GaAs量子阱中自旋弛豫的磁各向异性。发现自旋弛豫的各
向异性可以通过磁场显著地调节。特别地,当磁场沿[110]方向时,自旋弛豫时间在B=0.2 T处出现了
一个谷；而当磁场沿[110]方向时,自旋弛豫时间在B=0.5 T处出现了一个峰。所观测到的现象无法
用原来的单体理论解释。我们通过基于全微观的动力学自旋Bloch方程的计算和实验结果符合得很
好。我们对其中的物理进行了解释。进一步地,我们预言该样品中[110]方向的自旋弛豫时间可以达
到几个纳秒,比[110]方向的自旋弛豫时间大两个量级以上。以上发现对半导体自旋电子学中调控自
旋弛豫具有很大的意义。
此外,第六章回顾我们基于全微观的动力学自旋Bloch方程方法对稀磁半
导体顺磁性GaMnAs量子阱中的电子自旋弛豫的研究。我们既研究了Mn占据填隙位置的n型GaMnAs量
子阱,也研究了Mn主要替换Ga的p型GaMnAs量子阱。对于n型GaMnAs量子阱,我们发现,自旋弛豫完全
由D'yakonov-Perel'机制占主导。一个显著的结果是,我们发现自旋弛豫时间随Mn的参杂浓度的变
化出现了一个峰。这个峰是由于电子系统处于简并区和非简并区时动量散射和自旋进动的非均匀扩
展随Mn的参杂浓度的变化不同而导致自旋弛豫时间随Mn的参杂浓度变化的趋势不同。有趣的是,在p
型GaMnAs量子阱中自旋弛豫时间随Mn的参杂变化也有一个峰。这是D'yakonov-Perel'自旋弛豫机制
和s-d-Elliott-Yafet和Bir-Aronov-Pikus机制竞争的结果。我们计算得到的自旋弛豫时间的峰的
位置和Awschalom实验组实验测量[8]得到的很一致。另外,我们还确定了各种条件下占主导的自旋
弛豫机制。这为理论和实验研究提供了有用的信息。我们还系统地研究了各种温度、光激发浓度、
磁场下的自旋弛豫,给出了其背后的物理。我们得到的结论和实验结果一致[8-11]。
之后,
在第七章我们介绍含时系统的动力学和处理含时系统的理论方法。此章为我们对强THz场驱动下的
自旋动力学的研究提供一个背景和相关理论的介绍。我们首先简要介绍了凝聚态物理中的含时驱动
系统。我们还介绍强THz电磁场相关的技术和物理,简要回顾了强THz场对半导体光学性质和输运性
质的影响。然后我们回顾了无耗散下的含时驱动系统的动力学,介绍了求解含时Schrodinger方程的
Floquet-Fourier方法,简要讨论了Floquet波函数的性质。然后我们介绍了处理含时驱动系统耗散
动力学的Floquet-Markov理论。
在此基础上,在第八章阐述我们对强THz场驱动的量子点中单个
电子的自旋动力学的研究。我们首先得到强THz场驱动下Schrodinger方程的严格解,并研究了强THz
对电子态密度的影响。我们发现在自旋轨道耦合存在时,强THz电场可以操控电子自旋,并在量子点
中诱导出自旋极化,同时对电子态密度有很大的影响。在此基础上,我们考虑耗散,加入导致自旋弛
豫的电子-声子散射。我们的研究结果表明,强THz场能极大的影响自旋弛豫。特别地,在强THz磁场
下,sideband效应强烈地调制了自旋翻转的电子-声子散射的速率,极大地改变了自旋弛豫时间。
然后在第九章给出我们对强THz场驱动下的多电子系统的自旋动力学的研究。我们考虑的是InAs量
子阱中的二维电子系统。通过Floquet-Markov理论和非平衡Green函数方法,我们首先建立了强THz
场驱动下量子阱中二维电子系统的动力学自旋Bloch方程。在该方程中,我们对THz场进行了非微扰
的处理,在散射中包含了sideband效应,并在对散射的处理上超越了旋波近似。我们包含了所有相关
的散射：电子-杂质、电子-声子和电子-电子散射。我们的方法具有很大的普遍性,可以扩展到任意
的强周期场驱动下具有任意自旋轨道耦合的多载流子系统。通过数值求解动力学自旋Bloch方程,我
们研究了强THz场对InAs量子阱中二维电子系统的自旋动力学的影响。其中,我们主要讨论了THz场
产生的稳态自旋极化和THz场对自旋弛豫的影响。我们发现THz场诱导出一个稳态的自旋极化。尽管
这极化是Cheng和Wu在没有考虑耗散的时候最早预言的[12],我们发现在耗散存在时它仍然不为零,
而且它的值可以达到很大(例如,7%)。这表明强THz场是产生自旋极化的很有效的手段。我们的研究
表明稳态自旋极化是由THz导致的有效磁场诱导的。它包含两个部分的贡献,一个直接来自自旋轨道
耦合,另一个来自THz场产生的电流和自旋轨道耦合的合作效应。由于我们对散射的处理超越了旋波
近似,我们发现了很多有趣的特征,这些特征在对散射做旋波近似下是不会出现的。第一个特征是,
稳态自旋极化总是相对于激发它的有效磁场有一个推迟。另外一个特征是,THz场导致的电流会产生
一个有效磁场。我们发现,在对散射做旋波近似下：稳态自旋极化和激发它的有效磁场间没有推迟
。此外,更重要的是,在对散射做旋波近似下,散射会保持kx→-kx对称性,从而无法得到THz场导致的
电流。我们研究了稳态自旋极化幅度随THz场的场强和频率的变化。我们发现THz场对自旋动力学的
两个主要的影响是：(1)热电子效应和(2)THz场导致的有效磁场。这两个效应都随THz场的场强的增
大或频率的减小而增强。其中THz场导致的有效磁场是诱导出电子系统稳态自旋极化的物理根源。
由于THz场导致的有效磁场随THz场的场强的增大或频率的减小而增强,稳态自旋极化的幅度因而增
大。但是在THz场的场强较大或频率较小时,热电子效应导致电子温度显著地升高,从而导致稳态自
旋极化随THz场的场强的增大或频率的减小而下降。我们发现强THz场对自旋弛豫也有很大的影响。
它的影响也来自上面所说的(1)热电子效应和(2)THz场导致的有效磁场。我们发现,在杂质浓度很小
的情况下,热电子效应和THz场导致的有效磁场相互竞争,导致自旋弛豫时间随THz场的场强的增强或
频率的减小出现先增大再减小的结果。在杂质浓度较大时,热电子效应得到增强完全超过了THz场导
致的有效磁场的影响,使得自旋弛豫时间随THz场的场强的增强或频率的减小而单调地减小。
最后在第十章详细地回顾了我们基于运动方程方法对GaAs量子点中各种机制导致的自旋弛豫时间和
自旋去相位时间的系统研究。在此研究中我们考虑了自旋轨道耦合和电子-声子散射共同作用机制
、直接的自旋-声子耦合机制、声子导致的g因子涨落机制、超精细相互作用机制以及超精细相互作
用和电子-声子相互作用的共同作用机制。我们在各种条件下比较了这些机制对自旋弛豫和自旋去
相位的贡献。研究了它们随各种物理条件变化的规律并揭示了其中的物理。我们发现GaAs量子点中
的自旋弛豫和自旋去相位不是受到单一的自旋退相干机制的影响的,各个机制主导自旋弛豫和去相
位的范围不一样。在某些情况下,有可能几种机制都很重要。我们的计算和实验符合得很好[13]。
我们还给出了费米黄金规则方法的适用范围。我们发现的自旋去相位时间随温度变化的规律已经被
实验所证实[14]。我们的研究对于理解GaAs量子点中的自旋弛豫和自旋去相位,进一步地,对操控自
旋退相干以及基于此的量子计算和量子信息处理,具有很重要的意义。
学位年度:2010
MR血管成像及血流分析技术对纤维化肝脏血管的形态与血流动力学评价
题名:MR血管成像及血流分析技术对纤维化肝脏血管的形态与血流动力学评价
作者:张杨
学位授予单位:山东大学
关键词:肝纤维化;;肝硬化;;磁共振;;磁共振血管成像;;血流定量分析;;血流动力学
摘要:
研究背景与目的：
肝硬化是一种复杂的病理生理变化,由于纤维化的持续发展,组
织塌陷,导致肝脏血流减少,严重影响肝脏的微循环系统,导致肝脏血流减低、肝脏功能损伤、门静Rare earth magnets
脉高压,加速肝脏再生进程。同时由于肝脏强大的代偿机制,往往直到肝硬变的晚期阶段才能够做出
明确诊断,而且对肝脏实际功能的评价缺乏相对准确定量的方法。影像学诊断方法在诊断肝硬化观
察肝脏整体变化特点上具有强大优势,例如,肝脏边缘呈波浪状、肝脏体积缩小、尾状叶增大、脾大
、肝裂增宽、肝实质不均质强化、胆囊窝增宽等。在工作中我们注意到肝硬化肝脏静脉管径明显变
细,且部分超声影像学研究也发现这样特点,但未对其进行量化研究。对比剂增强MR快速血管成像技
术能够相对准确客观的对血管的形态、管径作出评价。肝脏具有双重血供,即肝动脉和门静脉,肝内
纤维化导致肝脏血流动力学的改变,肝窦循环阻力增加,使来自于门静脉的血流减少,减少的门脉血
供由增加的肝动脉循环有所补偿,门静脉血流的减少与肝动脉血流的增加受到肝纤维化进程的影响,
且门静脉血流变化与肝脏的消化功能有一定的关系。本研究利用磁共振血管成像及血流定量技术,
对不同病理分期的纤维化肝脏及正常肝脏进行对比,探讨较大的血管能否因为肝脏的纤维化而发生
形态学上的变化,利用MR血流定量软件计算评价入肝血流：即门静脉及肝动脉血流分配关系,以期对
进展期肝纤维化患者肝脏功能进行评价。
材料与方法：
本研究分两部分进行。所有入选病
例行磁共振检查的时间与肝脏病理检查时间间隔不超过30天。第一部分2008年9月至2009年12月经
手术或肝穿刺活检病理证实的肝纤维化病人64例,其中男51例,女13例,年龄23-58岁,平均年龄38.5
±10.6岁。选择临床无肝脏疾病或肝脏损害史及近1月内无用药史的健康志愿者10例,其中男6例,女
4例,年龄22-37岁,平均年龄25.9±4.8岁。
将肝纤维化病人64例及健康志愿者10例根据病理及临
床结果分为肝纤维化S1组、S2组、S3组、S4组及正常对照组(C),分别进行进行动态门静脉及肝动脉
血流量分析,包括禁饮食6小时后空腹时及进餐(758KJ)后3分钟至1小时(间隔3分钟,重复扫描),测量
平面选择垂直门静脉主干距门静脉分叉1-2cm处及同平面肝动脉。测量形态学指标：门静脉主干的http://www.chinamagnets.biz/
宽度、脾脏的长度和厚度、胆囊壁厚度,计算肝脏体积；于餐前及餐后动态测量血流指标：空腹及
餐后每3分钟门静脉的平均血流速度Vp、空腹及餐后每3分钟肝动脉的平均血流速度Va、空腹及餐后
每3分钟门静脉的平均血流流量(Fp)、空腹及餐后每3分钟肝动脉的平均血流流量(Fa)、餐后门静脉
血流峰值(Fpp)、餐后门静脉峰值时间(Tpp)、餐后门静脉峰值时间对应的肝动脉血流量(Fap)、门
静脉血流增长率(Rpi)、餐后45分钟及60分钟门静脉血流下降率(Rpd45, Rpd60)、肝动脉补偿率Rac
、空腹状态下入肝血流分布Dlb、心动周期内肝动脉收缩期血流峰值速度Vas、心动周期内肝动脉舒
张末期血流速度Vad、Vas／Vad、肝动脉搏动指数PI、肝动脉阻力指数RI。
第二部分回顾性
分析了某肝脏移植中心2002年1月至2006年3月所有拟进行肝移植的肝硬化病人及2008年9月至2009
年12月经手术或肝穿刺活检病理证实的肝纤维化病人共127例,其中男91例,女36例,年龄21-72岁,平
均年龄57.9±8.7岁；同期拟作为肝脏供体的正常人85例,其中男43例,女42例,年龄21-58岁,平均年
龄38.9±10.4岁。
所有病例均采用动态增强扫描,常规检查序列包括三平面定位序列、轴
位FSE T2WI、轴位脂肪抑制LAVA/FAME序列。采用LAVE／FAME序列分别在注射造影剂之前、开始注
射造影剂后15秒、1分钟、3分钟、5分钟进行动态数据采集。所有3D对比增强MR图像由3名高年资放
射科医师分别独立在ADW4.1工作站(Advantage Window, GE Medical System)上进行测量,所有结果
取平均值。测量指标包括肝左、中、右静脉、肠系膜上静脉、脾静脉、门静脉主干、门静脉左支、
门静脉右前支、门静脉左前支、腹腔干动脉、肝固有动脉、左肾静脉及右肾静脉。所有测量均在轴
位图像上进行。肝静脉测量选择静脉根部靠近下腔静脉处；肠系膜上静脉、脾静脉测量选择门静脉
汇合之前约1cm处,但在各自分支静脉汇合之后；腹腔干动脉、肝固有动脉测量选择主干较清晰层面
。左、右肾静脉的测量点位于下腔静脉入口前1cm。将测量值分为肝纤维化S1组、S2组、S3组、S4
组和正常对照组(C)进行比较。
结果：
1.门静脉及肝动脉血流量分析结果
根据测量数据,
描绘餐前及餐后门静脉及肝动脉平均流速随时间变化曲线(Vmean-Time)、餐前及餐后门静脉血流量
随时间变化曲线(Flow-Time)、餐前及餐后门静脉面积随时间变化曲线(Area-Time)、肝动脉RI-
Time曲线及PI-Time曲线。
①5组间门静脉及肝动脉血流量的比较
空腹时门静脉血
流流量随肝脏纤维化程度增高呈递增趋势,S4组门静脉血流空腹值(Fp0)明显高于其他各组
(p<0.05),S3组空腹门静脉血流量有升高趋势,但尚无统计学意义；进餐后,各组门静脉血流均较餐
前提高,但门静脉血流流量的峰值(Fpp)随肝脏纤维化程度增加呈递减趋势,其中S3、S4组显著低于
其他三组(p<0.05),其峰值血流量较餐前血流量增长率(Rpi)分别为S1组87%、S2组74%、S3组57%、
S4组45%及正常对照组(C)90%,其中S3组、S4组较C组门静脉血流增加幅度显著降低(p<0.05)。ROC分
析,当Fp0>15.2ml／s时,肝脏纤维化程度达stage 3期以上的敏感度85%,特异度85%；当Fp0>16.2ml
／s时,特异度达98%,相应敏感度为42%。当Fpp<25.9ml／s时肝脏纤维化程度达stage 3期以上的敏
感度85%,特异度70%,当Fpp<22.8ml／s时,特异度达98%,相应敏感度为73%。
门静脉血流到达
峰值后开始下降,S3组的Rpd60值及S4组的Rpd45、Rpd60值明显低于其他各组(p<0.05)。门静脉血流
流量到达峰值的时间随肝纤维化程度增高有延长的趋势,其中S4组明显晚于其他4组(p=0.03)
空腹时,S2、S3、S4组肝动脉血流略高于S1组和对照组,但无统计学差异(p>0.05)；各组肝动脉平均
血流在餐后均呈递减趋势,在门静脉血流到达峰值时接近低值,五组间肝动脉血流流量在餐前、餐后
无显著差异(p>0.05),五组肝动脉血流补偿率(Rac)值彼此接近(p>0.05)。
S4组肝脏体积明
显小于对照组和其他肝纤维化组,根据肝脏体积计算入肝血流分布(Dlb)在S4组明显高于其他各组
(p<0.01)。
②5组间门静脉及肝动脉平均流速的比较
空腹状态下,C组门静脉平均流速
(8.0±2.1cm／s)略高于其他肝纤维化四组(S1：6.9±2.3 cm／s,S2：7.0±2.7 cm／s,S3：7.5±
2.7 cm／s,S4：7.6±2.4 cm／s),但无统计学差异(p>0.05)；5组试验者在进食标准餐后,门静脉平
均流速均较餐前提高,各组峰值流速较餐前平均流速增长率分别为S1组84%、S2组98%、S3组45%、S4
组24%及正常对照组(C)54%；到达峰值流速的平均峰值时间随肝纤维化程度增高有延长趋势,其中S4
组明显晚于其他四组(p<0.01)。
各组肝动脉平均流速在餐后均呈递减趋势,到达低值后又缓慢
上升,肝硬化S4组的平均流速值略高于正常对照组,但无明显统计学差异(p>0.05)。
③5组
间门静脉管径的比较
禁食状态下,组间门静脉管径差异明显,S4组门静脉主干管径较对照组明
显增大(p<0.01)；5组试验者在进食标准餐后,门静脉管径均较餐前增大(图5),其门静脉最大面积较
餐前增长率分别为S1组24%、S2组24%、S3组17%、S4组14%及正常对照组(C)29%,S4组较对照组有显
著性差异(p<0.05)。
④5组间肝动脉PI及RI的比较
5组试验者在进食标准餐前,S4组PI
及RI值均高于正常对照组(p<0.05)；5组试验者在进食标准餐后,肝动脉PI值和RI值均较餐前提高,
但增加幅度不同。餐后30分钟时PI增长幅度分别为S1组350%、S2组358%、S3组347%、S4组146%及正
常对照组(C)370%,其中S4组较C组有显著性差异(p<0.01)；RI增长幅度分别为S1组54%、S2组49%、
S3组20%、S4组18%及C组58%,其中S3组、S4组较C组有显著性差异(p<0.01)。2.肝内大血管形态学比
较结果
肝纤维化组肝右、中、左静脉平均管径分别为S 1(9.8mm、7.2mm、9.2 mm)、S2(9.2mm、
7.5mm、9 mm)、S3(8 mm、7mm、6 mm)、S4(4.9mm、4.5mm、5.0mm),正常对照组肝右、中、左静脉
平均管径分别为9.9mm、7.6mm、8.9 mm,其中S4组与正常对照组数据存在明显统计学差异
(p<<0.001),与肝硬化呈负相关(r=-0.7,-0.6,-0.6,p<0.001)。肝右静脉直径<5mm诊断为肝硬化的
敏感度为57%、特异度为99%。肝纤维化S4组门静脉主干、门静脉左支、门静脉右前支、门静脉右后
支平均管径分别为14mm、10.6mm、6.5 mm、6.2 mm,正常对照组门静脉主干、门静脉左支、门静脉
右前支、门静脉右后支平均管径分别为12 mm、10mm、8.4 mm、7.6 mm,二组比较除门静脉左支外,
均存在统计学差异(p<0.001),排除脐静脉侧支开放因素,门静脉左支管径在肝硬化组略小于正常对
照组,但二者没有统计学差异(p=0.2)；肝纤维化四组肝固有动脉管径平均值分别为S1(4.0±1.1mm)
、S2(4.1±1.3mm)、S3(4.2±1.5mm)、S4(4.1±1.5mm),正常对照组肝固有动脉管径平均值4.0±
1.1mm,各组之间没有明显统计学差异(p>0.05)。
结论及意义：
1.肝脏血管形态发生如下
改变：肝静脉管径变窄、门静脉主干增宽,而肝内门静脉分支管径变窄,均提示肝硬化。肝右静脉直
径小于5mm时,若不伴有副肝静脉的存在,高度提示肝硬化的病理改变。肝固有动脉管径受肝纤维化
影响不明显。
2.在入肝血流门静脉与肝动脉之间存在肝动脉缓冲机制,但肝动脉缓冲能力有限,
当肝脏纤维化进展到S3期以上时,肝动脉也不能代偿性满足肝脏的需要,从而产生肝功能异常；
3.在正常人群及肝纤维化病人中,门静脉的血流速度、血流量受食物影响显著,分别在30分钟前后到
达门静脉血流的峰值；在门静脉血流增加的同时,肝动脉血流有降低趋势,但进食对肝动脉血流的影
响不大；
4.肝纤维化程度达S3期及以上时,门静脉流速未出现明显变化,但门静脉管径增粗
,空腹门静脉血流呈增加趋势,体现了门静脉血管自身的调节机制；门静脉受食物影响达峰值流速和
峰值血流的时间延迟,餐前及餐后门静脉管径增粗幅度减低,提示门静脉血管本身的代偿机制受限,
门静脉入肝血流受阻,出现门静脉高压可能增大；
5.肝纤维化程度达S3期及以上时,空腹肝动
脉PI及RI值明显高于轻度纤维化病人及正常对照组,但在餐后,二值增大的幅度却明显减低,说明肝
纤维化病人肝动脉的缓冲能力比正常人减低；
6.肝纤维化S3期以上的病人肝脏消化功能受
到肝内病理改变的影响显著,经过硬化肝脏的无效血流增加,通过MR Q-Flow技术测量门静脉血流,当
空腹血流高于16.2ml／s,进餐后峰值血流低于22.8ml／s时,肝脏纤维化程度达S3期以上的特异度达
98%。
7.肝纤维化S3期以上的病人肝脏血管形态及血流动力学受到肝内病理改变影响显著,应用
MR可以对肝硬化进行早期判断,并对早期诊断门静脉高压具有显著优势。
学位年度:2010
作者:张杨
学位授予单位:山东大学
关键词:肝纤维化;;肝硬化;;磁共振;;磁共振血管成像;;血流定量分析;;血流动力学
摘要:
研究背景与目的：
肝硬化是一种复杂的病理生理变化,由于纤维化的持续发展,组
织塌陷,导致肝脏血流减少,严重影响肝脏的微循环系统,导致肝脏血流减低、肝脏功能损伤、门静Rare earth magnets
脉高压,加速肝脏再生进程。同时由于肝脏强大的代偿机制,往往直到肝硬变的晚期阶段才能够做出
明确诊断,而且对肝脏实际功能的评价缺乏相对准确定量的方法。影像学诊断方法在诊断肝硬化观
察肝脏整体变化特点上具有强大优势,例如,肝脏边缘呈波浪状、肝脏体积缩小、尾状叶增大、脾大
、肝裂增宽、肝实质不均质强化、胆囊窝增宽等。在工作中我们注意到肝硬化肝脏静脉管径明显变
细,且部分超声影像学研究也发现这样特点,但未对其进行量化研究。对比剂增强MR快速血管成像技
术能够相对准确客观的对血管的形态、管径作出评价。肝脏具有双重血供,即肝动脉和门静脉,肝内
纤维化导致肝脏血流动力学的改变,肝窦循环阻力增加,使来自于门静脉的血流减少,减少的门脉血
供由增加的肝动脉循环有所补偿,门静脉血流的减少与肝动脉血流的增加受到肝纤维化进程的影响,
且门静脉血流变化与肝脏的消化功能有一定的关系。本研究利用磁共振血管成像及血流定量技术,
对不同病理分期的纤维化肝脏及正常肝脏进行对比,探讨较大的血管能否因为肝脏的纤维化而发生
形态学上的变化,利用MR血流定量软件计算评价入肝血流：即门静脉及肝动脉血流分配关系,以期对
进展期肝纤维化患者肝脏功能进行评价。
材料与方法：
本研究分两部分进行。所有入选病
例行磁共振检查的时间与肝脏病理检查时间间隔不超过30天。第一部分2008年9月至2009年12月经
手术或肝穿刺活检病理证实的肝纤维化病人64例,其中男51例,女13例,年龄23-58岁,平均年龄38.5
±10.6岁。选择临床无肝脏疾病或肝脏损害史及近1月内无用药史的健康志愿者10例,其中男6例,女
4例,年龄22-37岁,平均年龄25.9±4.8岁。
将肝纤维化病人64例及健康志愿者10例根据病理及临
床结果分为肝纤维化S1组、S2组、S3组、S4组及正常对照组(C),分别进行进行动态门静脉及肝动脉
血流量分析,包括禁饮食6小时后空腹时及进餐(758KJ)后3分钟至1小时(间隔3分钟,重复扫描),测量
平面选择垂直门静脉主干距门静脉分叉1-2cm处及同平面肝动脉。测量形态学指标：门静脉主干的http://www.chinamagnets.biz/
宽度、脾脏的长度和厚度、胆囊壁厚度,计算肝脏体积；于餐前及餐后动态测量血流指标：空腹及
餐后每3分钟门静脉的平均血流速度Vp、空腹及餐后每3分钟肝动脉的平均血流速度Va、空腹及餐后
每3分钟门静脉的平均血流流量(Fp)、空腹及餐后每3分钟肝动脉的平均血流流量(Fa)、餐后门静脉
血流峰值(Fpp)、餐后门静脉峰值时间(Tpp)、餐后门静脉峰值时间对应的肝动脉血流量(Fap)、门
静脉血流增长率(Rpi)、餐后45分钟及60分钟门静脉血流下降率(Rpd45, Rpd60)、肝动脉补偿率Rac
、空腹状态下入肝血流分布Dlb、心动周期内肝动脉收缩期血流峰值速度Vas、心动周期内肝动脉舒
张末期血流速度Vad、Vas／Vad、肝动脉搏动指数PI、肝动脉阻力指数RI。
第二部分回顾性
分析了某肝脏移植中心2002年1月至2006年3月所有拟进行肝移植的肝硬化病人及2008年9月至2009
年12月经手术或肝穿刺活检病理证实的肝纤维化病人共127例,其中男91例,女36例,年龄21-72岁,平
均年龄57.9±8.7岁；同期拟作为肝脏供体的正常人85例,其中男43例,女42例,年龄21-58岁,平均年
龄38.9±10.4岁。
所有病例均采用动态增强扫描,常规检查序列包括三平面定位序列、轴
位FSE T2WI、轴位脂肪抑制LAVA/FAME序列。采用LAVE／FAME序列分别在注射造影剂之前、开始注
射造影剂后15秒、1分钟、3分钟、5分钟进行动态数据采集。所有3D对比增强MR图像由3名高年资放
射科医师分别独立在ADW4.1工作站(Advantage Window, GE Medical System)上进行测量,所有结果
取平均值。测量指标包括肝左、中、右静脉、肠系膜上静脉、脾静脉、门静脉主干、门静脉左支、
门静脉右前支、门静脉左前支、腹腔干动脉、肝固有动脉、左肾静脉及右肾静脉。所有测量均在轴
位图像上进行。肝静脉测量选择静脉根部靠近下腔静脉处；肠系膜上静脉、脾静脉测量选择门静脉
汇合之前约1cm处,但在各自分支静脉汇合之后；腹腔干动脉、肝固有动脉测量选择主干较清晰层面
。左、右肾静脉的测量点位于下腔静脉入口前1cm。将测量值分为肝纤维化S1组、S2组、S3组、S4
组和正常对照组(C)进行比较。
结果：
1.门静脉及肝动脉血流量分析结果
根据测量数据,
描绘餐前及餐后门静脉及肝动脉平均流速随时间变化曲线(Vmean-Time)、餐前及餐后门静脉血流量
随时间变化曲线(Flow-Time)、餐前及餐后门静脉面积随时间变化曲线(Area-Time)、肝动脉RI-
Time曲线及PI-Time曲线。
①5组间门静脉及肝动脉血流量的比较
空腹时门静脉血
流流量随肝脏纤维化程度增高呈递增趋势,S4组门静脉血流空腹值(Fp0)明显高于其他各组
(p<0.05),S3组空腹门静脉血流量有升高趋势,但尚无统计学意义；进餐后,各组门静脉血流均较餐
前提高,但门静脉血流流量的峰值(Fpp)随肝脏纤维化程度增加呈递减趋势,其中S3、S4组显著低于
其他三组(p<0.05),其峰值血流量较餐前血流量增长率(Rpi)分别为S1组87%、S2组74%、S3组57%、
S4组45%及正常对照组(C)90%,其中S3组、S4组较C组门静脉血流增加幅度显著降低(p<0.05)。ROC分
析,当Fp0>15.2ml／s时,肝脏纤维化程度达stage 3期以上的敏感度85%,特异度85%；当Fp0>16.2ml
／s时,特异度达98%,相应敏感度为42%。当Fpp<25.9ml／s时肝脏纤维化程度达stage 3期以上的敏
感度85%,特异度70%,当Fpp<22.8ml／s时,特异度达98%,相应敏感度为73%。
门静脉血流到达
峰值后开始下降,S3组的Rpd60值及S4组的Rpd45、Rpd60值明显低于其他各组(p<0.05)。门静脉血流
流量到达峰值的时间随肝纤维化程度增高有延长的趋势,其中S4组明显晚于其他4组(p=0.03)
空腹时,S2、S3、S4组肝动脉血流略高于S1组和对照组,但无统计学差异(p>0.05)；各组肝动脉平均
血流在餐后均呈递减趋势,在门静脉血流到达峰值时接近低值,五组间肝动脉血流流量在餐前、餐后
无显著差异(p>0.05),五组肝动脉血流补偿率(Rac)值彼此接近(p>0.05)。
S4组肝脏体积明
显小于对照组和其他肝纤维化组,根据肝脏体积计算入肝血流分布(Dlb)在S4组明显高于其他各组
(p<0.01)。
②5组间门静脉及肝动脉平均流速的比较
空腹状态下,C组门静脉平均流速
(8.0±2.1cm／s)略高于其他肝纤维化四组(S1：6.9±2.3 cm／s,S2：7.0±2.7 cm／s,S3：7.5±
2.7 cm／s,S4：7.6±2.4 cm／s),但无统计学差异(p>0.05)；5组试验者在进食标准餐后,门静脉平
均流速均较餐前提高,各组峰值流速较餐前平均流速增长率分别为S1组84%、S2组98%、S3组45%、S4
组24%及正常对照组(C)54%；到达峰值流速的平均峰值时间随肝纤维化程度增高有延长趋势,其中S4
组明显晚于其他四组(p<0.01)。
各组肝动脉平均流速在餐后均呈递减趋势,到达低值后又缓慢
上升,肝硬化S4组的平均流速值略高于正常对照组,但无明显统计学差异(p>0.05)。
③5组
间门静脉管径的比较
禁食状态下,组间门静脉管径差异明显,S4组门静脉主干管径较对照组明
显增大(p<0.01)；5组试验者在进食标准餐后,门静脉管径均较餐前增大(图5),其门静脉最大面积较
餐前增长率分别为S1组24%、S2组24%、S3组17%、S4组14%及正常对照组(C)29%,S4组较对照组有显
著性差异(p<0.05)。
④5组间肝动脉PI及RI的比较
5组试验者在进食标准餐前,S4组PI
及RI值均高于正常对照组(p<0.05)；5组试验者在进食标准餐后,肝动脉PI值和RI值均较餐前提高,
但增加幅度不同。餐后30分钟时PI增长幅度分别为S1组350%、S2组358%、S3组347%、S4组146%及正
常对照组(C)370%,其中S4组较C组有显著性差异(p<0.01)；RI增长幅度分别为S1组54%、S2组49%、
S3组20%、S4组18%及C组58%,其中S3组、S4组较C组有显著性差异(p<0.01)。2.肝内大血管形态学比
较结果
肝纤维化组肝右、中、左静脉平均管径分别为S 1(9.8mm、7.2mm、9.2 mm)、S2(9.2mm、
7.5mm、9 mm)、S3(8 mm、7mm、6 mm)、S4(4.9mm、4.5mm、5.0mm),正常对照组肝右、中、左静脉
平均管径分别为9.9mm、7.6mm、8.9 mm,其中S4组与正常对照组数据存在明显统计学差异
(p<<0.001),与肝硬化呈负相关(r=-0.7,-0.6,-0.6,p<0.001)。肝右静脉直径<5mm诊断为肝硬化的
敏感度为57%、特异度为99%。肝纤维化S4组门静脉主干、门静脉左支、门静脉右前支、门静脉右后
支平均管径分别为14mm、10.6mm、6.5 mm、6.2 mm,正常对照组门静脉主干、门静脉左支、门静脉
右前支、门静脉右后支平均管径分别为12 mm、10mm、8.4 mm、7.6 mm,二组比较除门静脉左支外,
均存在统计学差异(p<0.001),排除脐静脉侧支开放因素,门静脉左支管径在肝硬化组略小于正常对
照组,但二者没有统计学差异(p=0.2)；肝纤维化四组肝固有动脉管径平均值分别为S1(4.0±1.1mm)
、S2(4.1±1.3mm)、S3(4.2±1.5mm)、S4(4.1±1.5mm),正常对照组肝固有动脉管径平均值4.0±
1.1mm,各组之间没有明显统计学差异(p>0.05)。
结论及意义：
1.肝脏血管形态发生如下
改变：肝静脉管径变窄、门静脉主干增宽,而肝内门静脉分支管径变窄,均提示肝硬化。肝右静脉直
径小于5mm时,若不伴有副肝静脉的存在,高度提示肝硬化的病理改变。肝固有动脉管径受肝纤维化
影响不明显。
2.在入肝血流门静脉与肝动脉之间存在肝动脉缓冲机制,但肝动脉缓冲能力有限,
当肝脏纤维化进展到S3期以上时,肝动脉也不能代偿性满足肝脏的需要,从而产生肝功能异常；
3.在正常人群及肝纤维化病人中,门静脉的血流速度、血流量受食物影响显著,分别在30分钟前后到
达门静脉血流的峰值；在门静脉血流增加的同时,肝动脉血流有降低趋势,但进食对肝动脉血流的影
响不大；
4.肝纤维化程度达S3期及以上时,门静脉流速未出现明显变化,但门静脉管径增粗
,空腹门静脉血流呈增加趋势,体现了门静脉血管自身的调节机制；门静脉受食物影响达峰值流速和
峰值血流的时间延迟,餐前及餐后门静脉管径增粗幅度减低,提示门静脉血管本身的代偿机制受限,
门静脉入肝血流受阻,出现门静脉高压可能增大；
5.肝纤维化程度达S3期及以上时,空腹肝动
脉PI及RI值明显高于轻度纤维化病人及正常对照组,但在餐后,二值增大的幅度却明显减低,说明肝
纤维化病人肝动脉的缓冲能力比正常人减低；
6.肝纤维化S3期以上的病人肝脏消化功能受
到肝内病理改变的影响显著,经过硬化肝脏的无效血流增加,通过MR Q-Flow技术测量门静脉血流,当
空腹血流高于16.2ml／s,进餐后峰值血流低于22.8ml／s时,肝脏纤维化程度达S3期以上的特异度达
98%。
7.肝纤维化S3期以上的病人肝脏血管形态及血流动力学受到肝内病理改变影响显著,应用
MR可以对肝硬化进行早期判断,并对早期诊断门静脉高压具有显著优势。
学位年度:2010
2011年8月14日星期日
碰撞条件下多凹腔型感应耦合等离子体组合性质和反常趋肤效应的实验研究
题名:碰撞条件下多凹腔型感应耦合等离子体组合性质和反常趋肤效应的实验研究
作者:陈志鹏
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:碰撞;;凹腔型感应耦合等离子体;;组合;;非线性增强效应;;多步电离;;反常趋肤效应;;悬浮极;;单探针;;连续光谱
摘要:本文研制了一种由多个碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体组合而形成的高密度,大面积均匀等离子体源。碰撞条件下的凹腔型感应耦合等离子体具有等离子体密度高的特性,但同时碰撞也限制了等离子体的扩散,破坏了其密度的均匀性。另一方面,碰撞条件下多个凹腔型射频感应耦合等离子体之间是独立的Rare earth magnets,而且多个凹腔型射频感应耦合等离子体之间会产生线性和非线性增强效应。因此我们将多个尺寸小巧的凹腔型射频感应耦合等离子体进行组合,来弥补碰撞条件下的密度不均匀性的缺点,研制出了的等离子体密度高达1018～1019m-3,面积为直径14cm,并可进一步扩展的等离子体源。
本文研究了不同放电参数下,多个碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体之间的非线性增强效应,并给出理论模型。非线性增强效应是指多个放电线圈同时放电产生的等离子体密度大于各个放电线圈单独放电产生的等离子体密度之线性和。实验表明,多个放电线圈之间的非线性增强效应与等离子体密度和放电线圈的个数密切相关,与放电线圈的位型也有关系,而对中性粒子的密度不敏感,同时电子温度在多个线圈同时放电时基本保持不变。在双凹腔型射频感应耦合等离子体组合实验中,非线性增强效应随单个放电线圈在中心处产生的等离子体密度呈非单调变化,当密度达到某一恰当值时,密度比率可以高达2;而在四凹腔型射频感应耦合等离子体组合实验中,非线性增强效应在本文实验参数范围内随单个放电线圈在中心处产生的等离子体密度呈单调变化,在密度最小时密度比率可以高达4。考虑多步电离而建立起来的包含线性损失的非线性多步电离模型能够很好的模拟实验中出现的非线性增强效应。这表明在碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体中存在多步电离的非线性效应,这种效应使得多个放电线圈同时放电时出现非线性叠加增强现象。
本文首次发现了碰撞条件下射频感应耦合等离子体中电磁波传输的反常趋肤效应。而反常趋肤效应和随机加热一直被认为是近似无碰撞射频等离子体中特有的现象。在本文的这部分工作中,首先详细介绍二维浸入式磁探针测量电磁场的技术问题,接着采用浸入式二维磁探针测量放电线圈周围的电磁场和传导电流分布。实验结果表明反常趋肤效应不仅仅在近无碰撞等离子体中存在,还同样存在于碰撞等离子体中。并且由于碰撞自由程和经典趋肤深度远远小于等离子体尺寸,第二电流层出现在等离子体主体区,而不是近似无碰撞环境下等离子体实验中的真空室壁附近。根据本文的实验环境,建立了一个用于描述碰撞等离子体中的反常趋肤效应的粘滞流体模型,其计算结果与实验结果符合的一致。
本文在对碰撞条件下多凹腔型射频感应耦合等离子体组合性质的进行研究的同时,还提出了两种针对碰撞条件下等离子体的诊断方法。其中一种是针对本文实验环境而引入的“带悬浮极的单探针”。在这部分中,首先介绍了静电单探针在诊断等离子体方面的应用和计算电子能量概率分布函数的方法,重点通过探针测量回路模型,分析了多种因素对探针曲线和电子能量概率分布函数测量的干扰。提出在碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体中单探针诊断主要遇到的问题是真空室壁处的等离子体鞘层电阻不可http://www.chinamagnets.biz/忽略,并以此改良了普通单探针结构,加入悬浮极组成“带悬浮极的单探针”以克服该问题,实验和模型结果都表明其效果显著。
除了静电探针诊断外,本文还利用电子和中性粒子弹性碰撞而发射出的连续光谱对等离子体进行了诊断。通过对连续谱辐射模型的简化,使得连续谱诊断方法变得易于操作并且可以独立测量碰撞条件下的电子温度和等离子体密度。实验中运用该方法对中等气压下射频感应耦合等离子体在不同放电参数(放电气压、放电功率)下的电子温度及密度进行了诊断,并将所得的结果与第二章中静电双探针测量的结果进行了比较。结果表明连续谱能够对中等气压下射频感应耦合等离子体中的电子温度进行很好的诊断,其结果与双探针测量结果基本一致。
特别值得提出的是,本文还以能量传递为主线,逐步地总结和讨论了凹腔型感应耦合等离子体中的电磁波与等离子体之间的能量耦合、等离子体的产生和消耗、等离子体的扩散和输运等过程,形成一套完整的感应耦合等离子体基础理论,并在此基础上介绍了几个常用的理论模型。由于这部分内容较为繁琐,故以附录形式给出。
本论文工作部分得到国家自然科学基金资助(Nos.10675121,10705028 and10605025),国家重点基础研究发展计划(No.2008CB717800)和国际热核聚变实验堆(ITER)计划专项(No.20096B107000)。
学位年度:2010
作者:陈志鹏
学位授予单位:中国科学技术大学
关键词:碰撞;;凹腔型感应耦合等离子体;;组合;;非线性增强效应;;多步电离;;反常趋肤效应;;悬浮极;;单探针;;连续光谱
摘要:本文研制了一种由多个碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体组合而形成的高密度,大面积均匀等离子体源。碰撞条件下的凹腔型感应耦合等离子体具有等离子体密度高的特性,但同时碰撞也限制了等离子体的扩散,破坏了其密度的均匀性。另一方面,碰撞条件下多个凹腔型射频感应耦合等离子体之间是独立的Rare earth magnets,而且多个凹腔型射频感应耦合等离子体之间会产生线性和非线性增强效应。因此我们将多个尺寸小巧的凹腔型射频感应耦合等离子体进行组合,来弥补碰撞条件下的密度不均匀性的缺点,研制出了的等离子体密度高达1018～1019m-3,面积为直径14cm,并可进一步扩展的等离子体源。
本文研究了不同放电参数下,多个碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体之间的非线性增强效应,并给出理论模型。非线性增强效应是指多个放电线圈同时放电产生的等离子体密度大于各个放电线圈单独放电产生的等离子体密度之线性和。实验表明,多个放电线圈之间的非线性增强效应与等离子体密度和放电线圈的个数密切相关,与放电线圈的位型也有关系,而对中性粒子的密度不敏感,同时电子温度在多个线圈同时放电时基本保持不变。在双凹腔型射频感应耦合等离子体组合实验中,非线性增强效应随单个放电线圈在中心处产生的等离子体密度呈非单调变化,当密度达到某一恰当值时,密度比率可以高达2;而在四凹腔型射频感应耦合等离子体组合实验中,非线性增强效应在本文实验参数范围内随单个放电线圈在中心处产生的等离子体密度呈单调变化,在密度最小时密度比率可以高达4。考虑多步电离而建立起来的包含线性损失的非线性多步电离模型能够很好的模拟实验中出现的非线性增强效应。这表明在碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体中存在多步电离的非线性效应,这种效应使得多个放电线圈同时放电时出现非线性叠加增强现象。
本文首次发现了碰撞条件下射频感应耦合等离子体中电磁波传输的反常趋肤效应。而反常趋肤效应和随机加热一直被认为是近似无碰撞射频等离子体中特有的现象。在本文的这部分工作中,首先详细介绍二维浸入式磁探针测量电磁场的技术问题,接着采用浸入式二维磁探针测量放电线圈周围的电磁场和传导电流分布。实验结果表明反常趋肤效应不仅仅在近无碰撞等离子体中存在,还同样存在于碰撞等离子体中。并且由于碰撞自由程和经典趋肤深度远远小于等离子体尺寸,第二电流层出现在等离子体主体区,而不是近似无碰撞环境下等离子体实验中的真空室壁附近。根据本文的实验环境,建立了一个用于描述碰撞等离子体中的反常趋肤效应的粘滞流体模型,其计算结果与实验结果符合的一致。
本文在对碰撞条件下多凹腔型射频感应耦合等离子体组合性质的进行研究的同时,还提出了两种针对碰撞条件下等离子体的诊断方法。其中一种是针对本文实验环境而引入的“带悬浮极的单探针”。在这部分中,首先介绍了静电单探针在诊断等离子体方面的应用和计算电子能量概率分布函数的方法,重点通过探针测量回路模型,分析了多种因素对探针曲线和电子能量概率分布函数测量的干扰。提出在碰撞条件下凹腔型射频感应耦合等离子体中单探针诊断主要遇到的问题是真空室壁处的等离子体鞘层电阻不可http://www.chinamagnets.biz/忽略,并以此改良了普通单探针结构,加入悬浮极组成“带悬浮极的单探针”以克服该问题,实验和模型结果都表明其效果显著。
除了静电探针诊断外,本文还利用电子和中性粒子弹性碰撞而发射出的连续光谱对等离子体进行了诊断。通过对连续谱辐射模型的简化,使得连续谱诊断方法变得易于操作并且可以独立测量碰撞条件下的电子温度和等离子体密度。实验中运用该方法对中等气压下射频感应耦合等离子体在不同放电参数(放电气压、放电功率)下的电子温度及密度进行了诊断,并将所得的结果与第二章中静电双探针测量的结果进行了比较。结果表明连续谱能够对中等气压下射频感应耦合等离子体中的电子温度进行很好的诊断,其结果与双探针测量结果基本一致。
特别值得提出的是,本文还以能量传递为主线,逐步地总结和讨论了凹腔型感应耦合等离子体中的电磁波与等离子体之间的能量耦合、等离子体的产生和消耗、等离子体的扩散和输运等过程,形成一套完整的感应耦合等离子体基础理论,并在此基础上介绍了几个常用的理论模型。由于这部分内容较为繁琐,故以附录形式给出。
本论文工作部分得到国家自然科学基金资助(Nos.10675121,10705028 and10605025),国家重点基础研究发展计划(No.2008CB717800)和国际热核聚变实验堆(ITER)计划专项(No.20096B107000)。
学位年度:2010
锂氢同位素化合物性质的理论研究及其薄膜的制备
题名:锂氢同位素化合物性质的理论研究及其薄膜的制备
作者:雷洁红
学位授予单位:中国工程物理研究院
关键词:锂氢同位素化合物;;物理性质;;动力学过程;;软x射线多层膜;;脉冲激光沉积方法;;磁控溅射沉积方法;;金属保护膜;;水解
摘要:
惯性约束聚变反应中,点火条件要求热核燃料必须达到高温、高密度的等离子体状态,密度p与压缩后的半径R乘积必须满足条件ρR>0.3g/cm2。ICF靶丸要求燃料初始密度高,单壳层靶的球壳材料很难承受如此高的压力,因此,一般采用燃Rare earth magnets料处于冷冻状态的冷冻靶。冷冻靶中常用氘氚(DT)冰和氘氚(DT)气体作为聚变燃料。在不同的靶丸中,DT冰层的厚度不同,一般为80-100μm,密度约为0.25g/cm3,表面粗糙度(Rq)<1μm。氘(D)、氚(T)燃料发生反应持续一定的时间,消耗的氚需要进行补充。目前用的DT冰或DT气体聚变燃料无法自增值氚,氚的补充主要依靠外界来源。如果增加DT冰层的厚度来增加燃料容量,又会增加DT冰层的表面粗糙度从而影响点火。作为一种聚变燃料,氘氚化锂(LiDxT1-x)中同位素6Li,7Li与中子反应,生成的氚可以再回收利用,也能有效地利用中子,起到慢化中子的作用。而且它的氘氚(DT)密度高,DT比可调,当x=0.25或0.5时,DT密度与DT冰几乎相同,此性质可能用于不增加激光惯性约束聚变(ICF)点火靶丸容积和充气压力的情况下增加燃料储量和燃烧持续时间,如果靶丸设计适当(聚变中子充分慢化)还可能利用6Li,7Li造氘,上述设想可能在一定程度上能够突破冷冻靶氘氚燃料填充上限,解决目前靶丸燃料自持的问题。
另一方面,惯性约束聚变中等离子体发射的光主要集中在0.1-1.5KeV的软x光能区。在ICF研究中,研究激光等离子体有着十分重要的意义,它直接关系到靶丸能否获得均匀辐照、对称压缩而实现内爆。而软x射线多层膜元件是研究激光等离子体发射软x光谱理想的分光元件。目前,在软x射线的中长波段(10nm<λ<20nm),已经研制出了具有高反射率的多层膜,而在软x射线短波段(0<λ<10nm)和长波段(20nm<λ<30nm),高反射率多层膜膜的研究仍处在探索阶段。锂氢同位素化合物对软x射线波段几乎透明,是软x射线多层膜的理想间隔层材料。故锂氢同位素化合物有望作为ICF中的聚变燃料和软x射线多层膜反射镜间隔层材料加以运用,对此进行研究具有相当大的科学意义和应用价值。
尽管锂氢同位素化合物在ICF和软x射线多层膜中有巨大的潜在应用背景,但是要将其优良的性质充分发挥利用,还有许多问题尚需解决,如锂氢同位素化合物的结构、密度、水解及其薄膜制备过程中面临的表面粗糙度等一系列问题。本论文针对以上问题,对锂氢同位素化合物的晶体结构、密度、热力学性质、光学性质、与水的反应动力学过程和锂氢同位素化合物薄膜的制备技术进行了初步研究。计算结果与已有的实验和理论结果吻合较好,获得了一些国内外未见报道的理论和实验结果。这些结果不仅对理解锂氢同位素化合物的性质有益,而且为其在ICF中的应用奠定了理论和实验基础。本论文的主要研究内容如下：
(1)运用Materials studio 4.0软件中的CASTEP模块,采用掺杂的方式构建不同x值的锂氢同位素化合物的晶体结构,运用平面波赝势结合广义梯度近似的密度泛函理论方法来优化不同x值的LiHxD1-x, LiHxT1-x和LiDxT1-x晶体结构,计算得到了LiH(LiD、LiT)的晶格常数和密度值,首次获得了LiHxD1-x, LiHxT1-x和LiDxT1-x晶格常数和密度值。研究发现LiD0.5T0.5和LiD0.25T0.75中DT密度几乎与DT冰相当,从理论的角度支持了氘氚化锂可用于不增加点火靶容积和充气压力的情况下提高聚变燃料容量,延长燃烧时间的设想,对发展新型的聚变燃料有重要的指导意义。
(2)采用Gaussian03程序中的B3LYP密度泛函的方法确定LiH(D、T)分子在不同温度下的热力学函数值,结合准简谐Debye模型研究LiH(D、T)分子的振动内能、熵随温度的变化及其生成热力学函数。研究发现锂吸氢(氘、氚)的过程均为放热、熵减小的过程,同温下,氢、氘、氚的平衡离解压的关系为：P(H2)<P(D2)<P(T2)。说明在相同压力下,氢置换氘、氚,及氘置换氚在热力学上是有利的,为采用同位素置换制备锂氢同位素化合物薄膜提供了理论指导。
(3)采用Gaussian 03软件模拟研究LiH(LiD、LiT)与水的反应动力学过程,首次得到了LiD, LiT与水反应的活化能、反应热及不同温度下的反应速率。研究发现LiT与H20的反应能垒最低,反应速率最大,反应几率最大。同一反应,随温度的减小,反http://www.chinamagnets.biz/应速率常数减小,反应几率减小。说明室温条件下,LiH(LiD、LiT)不稳定,低温条件能减小其与水的反应速率,达到较稳定的状态。这一结论对防止其水解有重要的指导意义。
(4)运用多层膜设计软件系统地计算软x射线波段(0<λ<30nm),不同中心波长处,不同材料对的软x射线多层膜反射率,得到各中心波长处,具有高反射率的材料配对、周期厚度、周期数和材料配比等结构参数。首次计算了含有U和LiH(LiD、LiT)核材料的软x射线多层膜在不同中心波长处的反射率,在软x射线长波段(20nnm<λ<30nm)获得了具有高反射率的膜系。分析了影响软x射线多层膜性能的因素,为实验制备软x射线多层膜提供了理论指导。
锂氢同位素化合物薄膜,在微动力资源、托卡马克、惯性约束和软x射线多层膜等领域得到了密切的关注。但是由于6Li和氚同属战略物资,价格昂贵,而氚又属于放射性的有毒物质,在实验制备中不适于大规模应用。天然Li和6Li, H,D和T的化学性质相同,物理性质相似,本论文用氢化锂(LiH)替代研究,获得有用的研究结果。运用磁控溅射和脉冲气相沉积方法制备金属钼吸收层和氢化锂薄膜,并对其结构和性质进行了研究,主要内容如下：
(1)探索金属钼吸收层的制备技术。运用脉冲激光沉积方法在不同基片温度和激光能量密度条件下制备金属钼薄膜,得到了均方根粗糙度小于5nm,膜层均匀的薄膜。基本掌握了制备钼吸收层的工艺条件。
(2)探索氢化锂薄膜的防分解技术。首次运用聚乙烯膜解决氢化锂薄膜的边缘渗透问题。采用磁控溅射沉积方法在硅基片上制备金属铝薄膜,探讨厚度对薄膜的结构和表面形貌的影响,基本掌握制备金属铝薄膜的工艺条件。研究结果表明,铝膜呈多晶态,沿(111)晶面择优生长,晶粒尺寸在8.21-8.97nm范围内,随着铝膜厚度的增加,薄膜的平均晶粒尺寸逐渐变大,晶面间距逐渐变小,应力减小。膜厚为55nm时,铝膜较均匀致密。在此基础上,制备一系列的不同厚度铝保护膜的氢化锂薄膜,通过x射线衍射和红外光谱的测试,分析铝膜厚度对氢化锂薄膜的防分解作用,初步确定能起防护作用的铝膜厚度为55nm,为氢化锂薄膜的防分解工作提供了一些实验依据。
(3)采用脉冲激光沉积方法,在不同靶基距和反应气压的条件下,制备了表面粗糙度小于50nm的氢化锂薄膜,基本达到了ICF中燃料层对表面质量的要求,掌握了制备氢化锂薄膜的工艺条件。研究了靶基距和反应气压对氢化锂薄膜沉http://www.chinamagnets.biz/积速率和表面质量的影响。结果表明,在一定的氢压范围内(0.1p≤P≤15p),薄膜的表面粗糙度随着氢压的增加而增大。
这些研究结果有助于我们了解锂氢同位素化合物的性质,为实验上制备氢化锂薄膜和软x射线多层膜提供了理论指导和实验依据。
学位年度:2010
作者:雷洁红
学位授予单位:中国工程物理研究院
关键词:锂氢同位素化合物;;物理性质;;动力学过程;;软x射线多层膜;;脉冲激光沉积方法;;磁控溅射沉积方法;;金属保护膜;;水解
摘要:
惯性约束聚变反应中,点火条件要求热核燃料必须达到高温、高密度的等离子体状态,密度p与压缩后的半径R乘积必须满足条件ρR>0.3g/cm2。ICF靶丸要求燃料初始密度高,单壳层靶的球壳材料很难承受如此高的压力,因此,一般采用燃Rare earth magnets料处于冷冻状态的冷冻靶。冷冻靶中常用氘氚(DT)冰和氘氚(DT)气体作为聚变燃料。在不同的靶丸中,DT冰层的厚度不同,一般为80-100μm,密度约为0.25g/cm3,表面粗糙度(Rq)<1μm。氘(D)、氚(T)燃料发生反应持续一定的时间,消耗的氚需要进行补充。目前用的DT冰或DT气体聚变燃料无法自增值氚,氚的补充主要依靠外界来源。如果增加DT冰层的厚度来增加燃料容量,又会增加DT冰层的表面粗糙度从而影响点火。作为一种聚变燃料,氘氚化锂(LiDxT1-x)中同位素6Li,7Li与中子反应,生成的氚可以再回收利用,也能有效地利用中子,起到慢化中子的作用。而且它的氘氚(DT)密度高,DT比可调,当x=0.25或0.5时,DT密度与DT冰几乎相同,此性质可能用于不增加激光惯性约束聚变(ICF)点火靶丸容积和充气压力的情况下增加燃料储量和燃烧持续时间,如果靶丸设计适当(聚变中子充分慢化)还可能利用6Li,7Li造氘,上述设想可能在一定程度上能够突破冷冻靶氘氚燃料填充上限,解决目前靶丸燃料自持的问题。
另一方面,惯性约束聚变中等离子体发射的光主要集中在0.1-1.5KeV的软x光能区。在ICF研究中,研究激光等离子体有着十分重要的意义,它直接关系到靶丸能否获得均匀辐照、对称压缩而实现内爆。而软x射线多层膜元件是研究激光等离子体发射软x光谱理想的分光元件。目前,在软x射线的中长波段(10nm<λ<20nm),已经研制出了具有高反射率的多层膜,而在软x射线短波段(0<λ<10nm)和长波段(20nm<λ<30nm),高反射率多层膜膜的研究仍处在探索阶段。锂氢同位素化合物对软x射线波段几乎透明,是软x射线多层膜的理想间隔层材料。故锂氢同位素化合物有望作为ICF中的聚变燃料和软x射线多层膜反射镜间隔层材料加以运用,对此进行研究具有相当大的科学意义和应用价值。
尽管锂氢同位素化合物在ICF和软x射线多层膜中有巨大的潜在应用背景,但是要将其优良的性质充分发挥利用,还有许多问题尚需解决,如锂氢同位素化合物的结构、密度、水解及其薄膜制备过程中面临的表面粗糙度等一系列问题。本论文针对以上问题,对锂氢同位素化合物的晶体结构、密度、热力学性质、光学性质、与水的反应动力学过程和锂氢同位素化合物薄膜的制备技术进行了初步研究。计算结果与已有的实验和理论结果吻合较好,获得了一些国内外未见报道的理论和实验结果。这些结果不仅对理解锂氢同位素化合物的性质有益,而且为其在ICF中的应用奠定了理论和实验基础。本论文的主要研究内容如下：
(1)运用Materials studio 4.0软件中的CASTEP模块,采用掺杂的方式构建不同x值的锂氢同位素化合物的晶体结构,运用平面波赝势结合广义梯度近似的密度泛函理论方法来优化不同x值的LiHxD1-x, LiHxT1-x和LiDxT1-x晶体结构,计算得到了LiH(LiD、LiT)的晶格常数和密度值,首次获得了LiHxD1-x, LiHxT1-x和LiDxT1-x晶格常数和密度值。研究发现LiD0.5T0.5和LiD0.25T0.75中DT密度几乎与DT冰相当,从理论的角度支持了氘氚化锂可用于不增加点火靶容积和充气压力的情况下提高聚变燃料容量,延长燃烧时间的设想,对发展新型的聚变燃料有重要的指导意义。
(2)采用Gaussian03程序中的B3LYP密度泛函的方法确定LiH(D、T)分子在不同温度下的热力学函数值,结合准简谐Debye模型研究LiH(D、T)分子的振动内能、熵随温度的变化及其生成热力学函数。研究发现锂吸氢(氘、氚)的过程均为放热、熵减小的过程,同温下,氢、氘、氚的平衡离解压的关系为：P(H2)<P(D2)<P(T2)。说明在相同压力下,氢置换氘、氚,及氘置换氚在热力学上是有利的,为采用同位素置换制备锂氢同位素化合物薄膜提供了理论指导。
(3)采用Gaussian 03软件模拟研究LiH(LiD、LiT)与水的反应动力学过程,首次得到了LiD, LiT与水反应的活化能、反应热及不同温度下的反应速率。研究发现LiT与H20的反应能垒最低,反应速率最大,反应几率最大。同一反应,随温度的减小,反http://www.chinamagnets.biz/应速率常数减小,反应几率减小。说明室温条件下,LiH(LiD、LiT)不稳定,低温条件能减小其与水的反应速率,达到较稳定的状态。这一结论对防止其水解有重要的指导意义。
(4)运用多层膜设计软件系统地计算软x射线波段(0<λ<30nm),不同中心波长处,不同材料对的软x射线多层膜反射率,得到各中心波长处,具有高反射率的材料配对、周期厚度、周期数和材料配比等结构参数。首次计算了含有U和LiH(LiD、LiT)核材料的软x射线多层膜在不同中心波长处的反射率,在软x射线长波段(20nnm<λ<30nm)获得了具有高反射率的膜系。分析了影响软x射线多层膜性能的因素,为实验制备软x射线多层膜提供了理论指导。
锂氢同位素化合物薄膜,在微动力资源、托卡马克、惯性约束和软x射线多层膜等领域得到了密切的关注。但是由于6Li和氚同属战略物资,价格昂贵,而氚又属于放射性的有毒物质,在实验制备中不适于大规模应用。天然Li和6Li, H,D和T的化学性质相同,物理性质相似,本论文用氢化锂(LiH)替代研究,获得有用的研究结果。运用磁控溅射和脉冲气相沉积方法制备金属钼吸收层和氢化锂薄膜,并对其结构和性质进行了研究,主要内容如下：
(1)探索金属钼吸收层的制备技术。运用脉冲激光沉积方法在不同基片温度和激光能量密度条件下制备金属钼薄膜,得到了均方根粗糙度小于5nm,膜层均匀的薄膜。基本掌握了制备钼吸收层的工艺条件。
(2)探索氢化锂薄膜的防分解技术。首次运用聚乙烯膜解决氢化锂薄膜的边缘渗透问题。采用磁控溅射沉积方法在硅基片上制备金属铝薄膜,探讨厚度对薄膜的结构和表面形貌的影响,基本掌握制备金属铝薄膜的工艺条件。研究结果表明,铝膜呈多晶态,沿(111)晶面择优生长,晶粒尺寸在8.21-8.97nm范围内,随着铝膜厚度的增加,薄膜的平均晶粒尺寸逐渐变大,晶面间距逐渐变小,应力减小。膜厚为55nm时,铝膜较均匀致密。在此基础上,制备一系列的不同厚度铝保护膜的氢化锂薄膜,通过x射线衍射和红外光谱的测试,分析铝膜厚度对氢化锂薄膜的防分解作用,初步确定能起防护作用的铝膜厚度为55nm,为氢化锂薄膜的防分解工作提供了一些实验依据。
(3)采用脉冲激光沉积方法,在不同靶基距和反应气压的条件下,制备了表面粗糙度小于50nm的氢化锂薄膜,基本达到了ICF中燃料层对表面质量的要求,掌握了制备氢化锂薄膜的工艺条件。研究了靶基距和反应气压对氢化锂薄膜沉http://www.chinamagnets.biz/积速率和表面质量的影响。结果表明,在一定的氢压范围内(0.1p≤P≤15p),薄膜的表面粗糙度随着氢压的增加而增大。
这些研究结果有助于我们了解锂氢同位素化合物的性质,为实验上制备氢化锂薄膜和软x射线多层膜提供了理论指导和实验依据。
学位年度:2010
电磁超材料非线性特性理论研究
题名:电磁超材料非线性特性理论研究
作者:武立华
学位授予单位:哈尔滨工程大学
关键词:电磁超材料;;非线性光学;;有效介电常数;;有效磁导率;;非线性表面波
摘要:
电磁超材料(Metamaterials)是近几年提出的一种新型人工材料,其特征是其结构单元的尺寸远小于与其作用的电磁波的波长。非线性电磁超材料是电磁超材料的重要组成部分。若要实现电磁超材料材料特性的可控性,就必须对电Rare earth magnets 磁超材料的非线性特性进行系统研究。本论文主要研究了嵌入在非线性介质中的由金属线和裂环谐振器构成的电磁超材料的非线性特性。创新工作如下:
计算了二维电磁超材料的有效介电常数对外场强度的非线性响应。推导了三维电磁超材料在有互感情况下有效磁导率的表达式,通过计算有效磁导率对外场强度的变化关系说明该结构非线性磁响应在有互感和无互感情况下的重大差异。在同时考虑介电常数的非线性特性情况下讨论了这种结构的属性在右手材料、电单负材料与磁单负材料之间转换,同时给出控制该结构属性的方法。
基于非线性电磁理论,推导了无耗非线性电磁超材料中的双光子吸收和受激拉曼散射过程的耦合波方程及Manley-Rowe关系。数值计算了双光子吸收过程和受激拉曼散射过程两束光的能量变化过程及其空间分布,以此为基础,讨论在电磁超材料中产生这两个三阶非线性效应的条件。
研究了在各向异性材料与电磁超材料界面上的非线性TE极化波。推导了非线性TE表面波传播常数的色散关系,计算了能流密度随入射波频率和强http://www.chinamagnets.biz/度的变化关系,讨论了前向波和后向波的存在条件,根据能流密度变化特点提出该界面在实际中的潜在应用。
学位年度:2010
作者:武立华
学位授予单位:哈尔滨工程大学
关键词:电磁超材料;;非线性光学;;有效介电常数;;有效磁导率;;非线性表面波
摘要:
电磁超材料(Metamaterials)是近几年提出的一种新型人工材料,其特征是其结构单元的尺寸远小于与其作用的电磁波的波长。非线性电磁超材料是电磁超材料的重要组成部分。若要实现电磁超材料材料特性的可控性,就必须对电Rare earth magnets 磁超材料的非线性特性进行系统研究。本论文主要研究了嵌入在非线性介质中的由金属线和裂环谐振器构成的电磁超材料的非线性特性。创新工作如下:
计算了二维电磁超材料的有效介电常数对外场强度的非线性响应。推导了三维电磁超材料在有互感情况下有效磁导率的表达式,通过计算有效磁导率对外场强度的变化关系说明该结构非线性磁响应在有互感和无互感情况下的重大差异。在同时考虑介电常数的非线性特性情况下讨论了这种结构的属性在右手材料、电单负材料与磁单负材料之间转换,同时给出控制该结构属性的方法。
基于非线性电磁理论,推导了无耗非线性电磁超材料中的双光子吸收和受激拉曼散射过程的耦合波方程及Manley-Rowe关系。数值计算了双光子吸收过程和受激拉曼散射过程两束光的能量变化过程及其空间分布,以此为基础,讨论在电磁超材料中产生这两个三阶非线性效应的条件。
研究了在各向异性材料与电磁超材料界面上的非线性TE极化波。推导了非线性TE表面波传播常数的色散关系,计算了能流密度随入射波频率和强http://www.chinamagnets.biz/度的变化关系,讨论了前向波和后向波的存在条件,根据能流密度变化特点提出该界面在实际中的潜在应用。
学位年度:2010
医用316L不锈钢表面TaC及TaN基涂层的制备与评价
题名:医用316L不锈钢表面TaC及TaN基涂层的制备与评价
作者:丁明惠
学位授予单位:哈尔滨工程大学
关键词:惰性涂层;;316L不锈钢;;微观结构;;力学性能;;腐蚀;血液相容性
摘要:
采用射频磁控溅射技术在316L不锈钢表面制备了Ta_xC_(1-x)、TaC_xN_(1-x)和Ta(Ti)N三种惰性涂层。采用X射线衍射分析、透射电子显微观察、扫描电子显微镜观察、原子力显微镜观察、X射线光电子谱分析、纳米硬度、划痕实验、摩擦实验、电化学实验、血小板粘附实验研究了这三种惰性涂层的微观结构、相Rare earth magnets 组成、力学性能、抗腐蚀性以及血液相容性,重点考察了磁控溅射工艺参数对其性能的影响规律。
SEM扫描结果显示三种惰性涂层都具有致密的结构,涂层中无大的孔洞存在。XRD结果表明溅射工艺参数对三种惰性涂层的微观结构都有影响。靶材上C与Ta的面积比和基体温度对Ta_xC_(1-x)涂层的相结构有明显的影响。靶材上C与Ta的面积比为1:3.8时,Ta_xC_(1-x)涂层的相组成为C3Ta4和Ta2C。C与Ta的面积比为1:5时,沉积温度低于150℃时Ta_xC_(1-x)涂层为非晶态结构,基体温度为300℃时Ta_xC_(1-x)涂层由15 ~ 25纳米的TaC纳米球晶组成。氮氩流量比和基体温度的不同都会导致TaC_xN_(1-x)涂层微观结构的变化,氮氩流量比为2:18时,基体温度低于200℃时TaC_xN_(1-x)涂层为非晶态结构,基体温度为200℃时TaC_xN_(1-x)涂层由6 ~ 9纳米的Ta2CN纳米晶组成。无Ti掺杂的Ta(Ti)N涂层为面心立方结构的晶体。随着涂层中Ti原子浓度的增加,Ta(Ti)N涂层的衍射图中没有出现TiN的衍射峰。发生变化的是TaN衍射峰向高角度方向偏移,这说明一部分Ti原子取代了Ta原子形成了TaN(Ti)固溶体。由于TaN和TiN都具有面心立方结构这种固溶体很容易形成。
纳米压痕的测试结果表明较高的温度下制备的Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层有更高的硬度。氮氩流量比对TaC_xN_(1-x)涂层的硬度也会产生影响,当氮氩流量比为2:18时,TaC_xN_(1-x)涂层的硬度高达32 GPa。Ti原子取代Ta原子形成了Ta(Ti)N固溶体,固溶强化效应使Ta(Ti)N涂层的硬度高于TaN涂层的硬度。摩擦实验结果显示,Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层都有低的摩擦系数,耐磨性好于316L不锈钢基体。划痕实验结果表明基体温度的提高有利于Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层与基体结合力的提高。
电化学测试结果表明,在PBS模拟体液中Ta_xC_(1-x)、TaC_xN_(1-x)和Ta(Ti)N三种惰性涂层比316L不锈钢基体有更好的耐腐蚀性能。血液http://www.chinamagnets.biz/相容性实验结果表明,三种惰性涂层的血液相容性均优于316L不锈钢基体的血液相容性。Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层的血液相容性主要受其表面粗糙度的影响。Ta(Ti)N涂层中Ti原子浓度的不同对其血液相容性没有明显的影响。
学位年度:2010
作者:丁明惠
学位授予单位:哈尔滨工程大学
关键词:惰性涂层;;316L不锈钢;;微观结构;;力学性能;;腐蚀;血液相容性
摘要:
采用射频磁控溅射技术在316L不锈钢表面制备了Ta_xC_(1-x)、TaC_xN_(1-x)和Ta(Ti)N三种惰性涂层。采用X射线衍射分析、透射电子显微观察、扫描电子显微镜观察、原子力显微镜观察、X射线光电子谱分析、纳米硬度、划痕实验、摩擦实验、电化学实验、血小板粘附实验研究了这三种惰性涂层的微观结构、相Rare earth magnets 组成、力学性能、抗腐蚀性以及血液相容性,重点考察了磁控溅射工艺参数对其性能的影响规律。
SEM扫描结果显示三种惰性涂层都具有致密的结构,涂层中无大的孔洞存在。XRD结果表明溅射工艺参数对三种惰性涂层的微观结构都有影响。靶材上C与Ta的面积比和基体温度对Ta_xC_(1-x)涂层的相结构有明显的影响。靶材上C与Ta的面积比为1:3.8时,Ta_xC_(1-x)涂层的相组成为C3Ta4和Ta2C。C与Ta的面积比为1:5时,沉积温度低于150℃时Ta_xC_(1-x)涂层为非晶态结构,基体温度为300℃时Ta_xC_(1-x)涂层由15 ~ 25纳米的TaC纳米球晶组成。氮氩流量比和基体温度的不同都会导致TaC_xN_(1-x)涂层微观结构的变化,氮氩流量比为2:18时,基体温度低于200℃时TaC_xN_(1-x)涂层为非晶态结构,基体温度为200℃时TaC_xN_(1-x)涂层由6 ~ 9纳米的Ta2CN纳米晶组成。无Ti掺杂的Ta(Ti)N涂层为面心立方结构的晶体。随着涂层中Ti原子浓度的增加,Ta(Ti)N涂层的衍射图中没有出现TiN的衍射峰。发生变化的是TaN衍射峰向高角度方向偏移,这说明一部分Ti原子取代了Ta原子形成了TaN(Ti)固溶体。由于TaN和TiN都具有面心立方结构这种固溶体很容易形成。
纳米压痕的测试结果表明较高的温度下制备的Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层有更高的硬度。氮氩流量比对TaC_xN_(1-x)涂层的硬度也会产生影响,当氮氩流量比为2:18时,TaC_xN_(1-x)涂层的硬度高达32 GPa。Ti原子取代Ta原子形成了Ta(Ti)N固溶体,固溶强化效应使Ta(Ti)N涂层的硬度高于TaN涂层的硬度。摩擦实验结果显示,Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层都有低的摩擦系数,耐磨性好于316L不锈钢基体。划痕实验结果表明基体温度的提高有利于Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层与基体结合力的提高。
电化学测试结果表明,在PBS模拟体液中Ta_xC_(1-x)、TaC_xN_(1-x)和Ta(Ti)N三种惰性涂层比316L不锈钢基体有更好的耐腐蚀性能。血液http://www.chinamagnets.biz/相容性实验结果表明,三种惰性涂层的血液相容性均优于316L不锈钢基体的血液相容性。Ta_xC_(1-x)和TaC_xN_(1-x)涂层的血液相容性主要受其表面粗糙度的影响。Ta(Ti)N涂层中Ti原子浓度的不同对其血液相容性没有明显的影响。
学位年度:2010
基于优化血液相容性的生物医用金属材料表面设计与改性
题名:基于优化血液相容性的生物医用金属材料表面设计与改性
作者:刘强
学位授予单位:江苏大学
关键词:生物医用金属材料;;表面改性;;微磁场;;TiO_2薄膜;;血液相溶性
摘要:
在生物医学材料的研究与开发中,根据材料在生物体内的使用部位不同,对其生物相容性有不同的要求,与血液接触的材料,主要考Rare earth magnets虑其血液相容性。
作为血管支架常用材料316L不锈钢、NiTi合金,虽然它们比一般金属材料耐腐蚀,且有较好的血液相容性,但长期浸没在血液中,人们还是发现了它们在血液中存在离子渗出、表面血栓等问题,如何提高医用316L不锈钢、NiTi合金的血液相容性已成为人们研究的重要课题。本文根据材料发生凝血反应,形成血栓的机理,提出一种新的材料表面设计思路来提高材料的血液相容性：即血液形成血栓时起关键作用的Ca2+、纤维蛋白原、血小板及红细胞等生物粒子在磁场中都表现出抗磁性,受到磁力的排斥作用。为此,可通过在材料表面产生微磁场,来抑制或减弱它们在材料表面的沉积,从而从根本上解决形成血栓的问题。
本文以在316L不锈钢、NiTi合金表面涂覆含SrFe12O19磁粉的TiO2薄膜,磁化后在表面构建微磁场,以此研究它们的血液相容性。具体方法是：①用溶胶—凝胶法制备纳米SrFe12O19磁性粉末；②用溶胶—凝胶法在316L不锈钢、NiTi合金基片上制备含SrFe12O19磁性粉末的均匀致密的TiO2薄膜；③将上述试样中SrFe12O19磁粉磁化,研究不同磁粉含量对微磁场影响进而研究不同磁粉含量的薄膜对血液相容性的影响。
运用x射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)分析了SrFe12O19磁性粉末的结构、尺寸及形貌；用HH-15型振动样品磁强计测试了SrFe12O19粉末的磁学性能；运用XRD、扫描电镜(SEM)分析了薄膜的成分、结构、形貌；通过划痕实验表征了膜基结合强弱；用CT3特斯拉计测量了试样表面磁场强度；采用SJ-201型粗糙度仪测量薄膜表面的粗糙度；通过腐蚀、动态凝血时间、溶血率以及血小板粘附等实验初步评价薄膜的血液相容性。
用溶胶—凝胶法成功制得较纯的SrFe12O19磁性粉末,该磁性粉末颗粒形貌为六角形和球形,尺寸均匀,粒径在20-50nnm之间。磁滞回线的分析和测试表明,经过在850℃下保温1h再升温到950℃热处理的SrFe12O19超微粉末的饱和磁化强度为99.95 emu/g,矫顽力Hc为2275.45 Oe,剩余磁化强度30.39 emu/g,具有较好的磁学性能。
以钛酸正丁酯为主要原料,无水乙醇为溶剂,盐酸和乙酰丙酮为添加剂,通过控制合适的工艺,用sol-gel法在316L不锈钢和NiTi合金表面制备http://www.chinamagnets.biz/含磁粉的TiO2薄膜。采用缓慢的速度升温(1～2℃/min)加热至500℃热处理1h,形成均匀、致密、颗粒细小的锐钛矿型TiO2薄膜,薄膜完整且界面结合良好。划痕法测得添加SrFe12O19磁粉后薄膜与不锈钢及NiTi合金基片之间的结合力分别为27牛和30牛,与TiO2薄膜和基片的结合力相近,说明加入SrFe12O19磁粉对膜基结合力没有不良的影响。
腐蚀试验表明,在316L不锈钢和NiTi合金表面涂覆含SrFe12O19磁粉的TiO2薄膜后,能够有效提高金属材料耐体液腐蚀的能力,阻止有毒镍离子等的析出；动态凝血时间测试表明,添加SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜的凝血时间延长,有较好的抗凝血性；溶血率实验表明,涂覆添加SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜的溶血率较低,对血红细胞的破坏程度减轻；血小板粘附实验表明,添加SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜表面粘附的血小板数量要小于基片表面,且血小板无明显的伪足生长。实验综合表明,在316L不锈钢和NiTi合金表面涂覆含SrFe12O19磁粉的TiO2薄膜表现出良好的血液相容性。并且薄膜中磁粉含量越高,磁性能越强,抗凝血性能越好。在实验分析基础上,探讨了生物医用材料表面微磁场提高材料血液相容性的机理。
学位年度:2010
作者:刘强
学位授予单位:江苏大学
关键词:生物医用金属材料;;表面改性;;微磁场;;TiO_2薄膜;;血液相溶性
摘要:
在生物医学材料的研究与开发中,根据材料在生物体内的使用部位不同,对其生物相容性有不同的要求,与血液接触的材料,主要考Rare earth magnets虑其血液相容性。
作为血管支架常用材料316L不锈钢、NiTi合金,虽然它们比一般金属材料耐腐蚀,且有较好的血液相容性,但长期浸没在血液中,人们还是发现了它们在血液中存在离子渗出、表面血栓等问题,如何提高医用316L不锈钢、NiTi合金的血液相容性已成为人们研究的重要课题。本文根据材料发生凝血反应,形成血栓的机理,提出一种新的材料表面设计思路来提高材料的血液相容性：即血液形成血栓时起关键作用的Ca2+、纤维蛋白原、血小板及红细胞等生物粒子在磁场中都表现出抗磁性,受到磁力的排斥作用。为此,可通过在材料表面产生微磁场,来抑制或减弱它们在材料表面的沉积,从而从根本上解决形成血栓的问题。
本文以在316L不锈钢、NiTi合金表面涂覆含SrFe12O19磁粉的TiO2薄膜,磁化后在表面构建微磁场,以此研究它们的血液相容性。具体方法是：①用溶胶—凝胶法制备纳米SrFe12O19磁性粉末；②用溶胶—凝胶法在316L不锈钢、NiTi合金基片上制备含SrFe12O19磁性粉末的均匀致密的TiO2薄膜；③将上述试样中SrFe12O19磁粉磁化,研究不同磁粉含量对微磁场影响进而研究不同磁粉含量的薄膜对血液相容性的影响。
运用x射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)分析了SrFe12O19磁性粉末的结构、尺寸及形貌；用HH-15型振动样品磁强计测试了SrFe12O19粉末的磁学性能；运用XRD、扫描电镜(SEM)分析了薄膜的成分、结构、形貌；通过划痕实验表征了膜基结合强弱；用CT3特斯拉计测量了试样表面磁场强度；采用SJ-201型粗糙度仪测量薄膜表面的粗糙度；通过腐蚀、动态凝血时间、溶血率以及血小板粘附等实验初步评价薄膜的血液相容性。
用溶胶—凝胶法成功制得较纯的SrFe12O19磁性粉末,该磁性粉末颗粒形貌为六角形和球形,尺寸均匀,粒径在20-50nnm之间。磁滞回线的分析和测试表明,经过在850℃下保温1h再升温到950℃热处理的SrFe12O19超微粉末的饱和磁化强度为99.95 emu/g,矫顽力Hc为2275.45 Oe,剩余磁化强度30.39 emu/g,具有较好的磁学性能。
以钛酸正丁酯为主要原料,无水乙醇为溶剂,盐酸和乙酰丙酮为添加剂,通过控制合适的工艺,用sol-gel法在316L不锈钢和NiTi合金表面制备http://www.chinamagnets.biz/含磁粉的TiO2薄膜。采用缓慢的速度升温(1～2℃/min)加热至500℃热处理1h,形成均匀、致密、颗粒细小的锐钛矿型TiO2薄膜,薄膜完整且界面结合良好。划痕法测得添加SrFe12O19磁粉后薄膜与不锈钢及NiTi合金基片之间的结合力分别为27牛和30牛,与TiO2薄膜和基片的结合力相近,说明加入SrFe12O19磁粉对膜基结合力没有不良的影响。
腐蚀试验表明,在316L不锈钢和NiTi合金表面涂覆含SrFe12O19磁粉的TiO2薄膜后,能够有效提高金属材料耐体液腐蚀的能力,阻止有毒镍离子等的析出；动态凝血时间测试表明,添加SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜的凝血时间延长,有较好的抗凝血性；溶血率实验表明,涂覆添加SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜的溶血率较低,对血红细胞的破坏程度减轻；血小板粘附实验表明,添加SrFe12O19磁性粉末的TiO2薄膜表面粘附的血小板数量要小于基片表面,且血小板无明显的伪足生长。实验综合表明,在316L不锈钢和NiTi合金表面涂覆含SrFe12O19磁粉的TiO2薄膜表现出良好的血液相容性。并且薄膜中磁粉含量越高,磁性能越强,抗凝血性能越好。在实验分析基础上,探讨了生物医用材料表面微磁场提高材料血液相容性的机理。
学位年度:2010
基于AFM和硫系相变材料的超高密度数据存储机理研究
题名:基于AFM和硫系相变材料的超高密度数据存储机理研究
作者:付永忠
学位授予单位:江苏大学
关键词:超高密度数据存储;;扫描探针显微术;;硫系材料;;相变薄膜;;微纳机电系统
摘要:
当前,互联网、多媒体视频、高速计算机等技术的迅猛发展,使人们对更快速度、更大容量数据存储器的需求越来越迫切,然而传统的磁存储、光存储和半导体存储由于受到超顺磁效应、衍射现象和最小光刻单元的限制,存储密度很难进一步提高。基于扫描探针显微技术(SPM)的数据存储技术由于能够实现纳米尺度的信息存储,因此有望成为新一代的超高密度存储技术。基于此,本论文将光学存储中常用的硫系Rare earth magnets相变薄膜材料GeSb2Te4引入到SPM存储技术中,提出了基于热、电耦合效应的新型高密度数据存储方法,并对其存储机理及其它有关问题进行了详细研究。
在分析硫系材料相变原理,以及作为存储介质的存储机理基础上,结合原子力显微镜(AFM)技术,提出了基于相变存储介质的探针存储系统模型,并对数据的写入、擦除、读取机理进行了阐述;自行搭建了一种新颖的基于扫描探针显微镜的相变存储实验装置,用来进行存储实验验证。
发展了存储介质多层薄膜的制备方法,并通过实验对比和形貌分析,探索出薄膜制备的工艺路线和工艺参数。借助X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、等离子发射光谱仪(ICP)等设备对GeSb2Te4薄膜的成分、状态及内部结构进行了详细分析,发现沉积态薄膜是非晶态,而随着退火温度的提高,会发生两次固体相转变,通过XRD表征可知第一次转变形成的是fcc结构,第二次形成的是hex结构,由此提出了GeSb2Te4材料的fcc结构和hex结构模型。利用经典形核理论对JMAK理论进行了优化,突破了其应用局限性,用相关公式预测了GeSb2Te4薄膜的形核时间和晶粒尺寸,以确定此种材料是否满足作为存储介质的要求;同时用优化的模型计算结果与实验结果相比较,具有较好的一致性。
利用差示扫描量热(DSC)方法分析GeSb2Te4薄膜在不同退火温度,不同加热速度条件下的结构和热物性参数,并得到不同加热速度下的结晶温度和玻璃转化温度。利用四点探针测电阻方法测量了GeSb2Te4薄膜不同退火温度下的电阻率,发现沉积态薄膜的电阻率远远大于fcc结构和hex结构;另外,对薄膜的I-V特性和导电激活能也进行了比较全面的研究。应用TriboIndenter纳米力学测试系统考察了GeSb2Te4薄膜的硬度、弹性模量、粘附力和摩擦力等力学性能,并对溅射参数、薄膜厚度、相对湿度和表面粗糙度等对力学性能的影响进行了详细的分析;发现薄膜表面质量越好,硬度和弹性模量越高;相对湿度越高,探针针尖与薄膜表面的粘附力和摩擦力越大。采用ASC2000应力测试仪测量了薄膜的内应力,并研究了溅射功率和退火温度对薄膜表面残余应力的影响。
基于相变探针存储系统原理,建立了用于有限元仿真的存储器结构模型以及热电耦合数学模型。在此基础上,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics模拟了施加不同宽度、幅值脉冲电压情况下的信息写入过程和擦除过程,通过分析电压对相变存储介质温度场的影响,找出合适的电压参数;并利用相变探针实验装置进行了实验http://www.chinamagnets.biz/验证。另外,对探针和导电层的电导率、热导率以及探针针尖直径对相变薄膜温度场的影响也进行了全面的分析,为后续工作中进一步优化存储系统结构提供了有力的支持。
本论文研究成果可以应用于超高密度信息存储的设计,对于建立新型信息存储技术的理论体系具有重要意义。
学位年度:2010
作者:付永忠
学位授予单位:江苏大学
关键词:超高密度数据存储;;扫描探针显微术;;硫系材料;;相变薄膜;;微纳机电系统
摘要:
当前,互联网、多媒体视频、高速计算机等技术的迅猛发展,使人们对更快速度、更大容量数据存储器的需求越来越迫切,然而传统的磁存储、光存储和半导体存储由于受到超顺磁效应、衍射现象和最小光刻单元的限制,存储密度很难进一步提高。基于扫描探针显微技术(SPM)的数据存储技术由于能够实现纳米尺度的信息存储,因此有望成为新一代的超高密度存储技术。基于此,本论文将光学存储中常用的硫系Rare earth magnets相变薄膜材料GeSb2Te4引入到SPM存储技术中,提出了基于热、电耦合效应的新型高密度数据存储方法,并对其存储机理及其它有关问题进行了详细研究。
在分析硫系材料相变原理,以及作为存储介质的存储机理基础上,结合原子力显微镜(AFM)技术,提出了基于相变存储介质的探针存储系统模型,并对数据的写入、擦除、读取机理进行了阐述;自行搭建了一种新颖的基于扫描探针显微镜的相变存储实验装置,用来进行存储实验验证。
发展了存储介质多层薄膜的制备方法,并通过实验对比和形貌分析,探索出薄膜制备的工艺路线和工艺参数。借助X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、等离子发射光谱仪(ICP)等设备对GeSb2Te4薄膜的成分、状态及内部结构进行了详细分析,发现沉积态薄膜是非晶态,而随着退火温度的提高,会发生两次固体相转变,通过XRD表征可知第一次转变形成的是fcc结构,第二次形成的是hex结构,由此提出了GeSb2Te4材料的fcc结构和hex结构模型。利用经典形核理论对JMAK理论进行了优化,突破了其应用局限性,用相关公式预测了GeSb2Te4薄膜的形核时间和晶粒尺寸,以确定此种材料是否满足作为存储介质的要求;同时用优化的模型计算结果与实验结果相比较,具有较好的一致性。
利用差示扫描量热(DSC)方法分析GeSb2Te4薄膜在不同退火温度,不同加热速度条件下的结构和热物性参数,并得到不同加热速度下的结晶温度和玻璃转化温度。利用四点探针测电阻方法测量了GeSb2Te4薄膜不同退火温度下的电阻率,发现沉积态薄膜的电阻率远远大于fcc结构和hex结构;另外,对薄膜的I-V特性和导电激活能也进行了比较全面的研究。应用TriboIndenter纳米力学测试系统考察了GeSb2Te4薄膜的硬度、弹性模量、粘附力和摩擦力等力学性能,并对溅射参数、薄膜厚度、相对湿度和表面粗糙度等对力学性能的影响进行了详细的分析;发现薄膜表面质量越好,硬度和弹性模量越高;相对湿度越高,探针针尖与薄膜表面的粘附力和摩擦力越大。采用ASC2000应力测试仪测量了薄膜的内应力,并研究了溅射功率和退火温度对薄膜表面残余应力的影响。
基于相变探针存储系统原理,建立了用于有限元仿真的存储器结构模型以及热电耦合数学模型。在此基础上,利用多物理场耦合软件COMSOL Multiphysics模拟了施加不同宽度、幅值脉冲电压情况下的信息写入过程和擦除过程,通过分析电压对相变存储介质温度场的影响,找出合适的电压参数;并利用相变探针实验装置进行了实验http://www.chinamagnets.biz/验证。另外,对探针和导电层的电导率、热导率以及探针针尖直径对相变薄膜温度场的影响也进行了全面的分析,为后续工作中进一步优化存储系统结构提供了有力的支持。
本论文研究成果可以应用于超高密度信息存储的设计,对于建立新型信息存储技术的理论体系具有重要意义。
学位年度:2010
功能Fe_3O_4荧光纳米材料和金属离子荧光探针的设计、合成、表征及其细胞成像
题名:功能Fe_3O_4荧光纳米材料和金属离子荧光探针的设计、合成、表征及其细胞成像
作者:席聘贤
学位授予单位:兰州大学
关键词:荧光探针;;金属配合物荧光探针;;Fe_3O_4纳米颗粒;;磁性荧光纳米颗粒;;细胞荧光成像;;核磁共振成像;;金属离子探针;;单晶结构;;激光共聚焦显微镜;;荧光光谱;;电镜;;动态光散射
摘要:
近年来,随着生命科学的不断发展,人们对细胞内的活性物种、细胞信号传导及细胞凋亡等方面的研究越来越深入。荧光成像分析是目前广泛应用于活细胞分析的一种高灵敏的可视化分析技术。目前用于活细胞成像分析的荧光探针多为有机荧光染料分子,它们为活细胞分析提供了有效的探测手段。在实际应用中,Rare earth magnets这些有机荧光染料分子存在着荧光寿命较短、容易淬灭及不稳定的缺点。所以,实现长时间的实时动态连续测定,提高可视化分析的选择性和精度是目前迫切需要解决的问题。金属配合物荧光探针具有荧光寿命长、发射峰窄和Stokes位移大等发光性质,引起了人们的重视与关注。但是由于作为荧光探针的金属配合物溶解性一般都比较差,功能化比较单一,并且略有毒性等缺点,极大的限制了它在细胞中的应用。为了解决上述问题,本论文设计合成了以具有独特磁学和化学性质的磁性纳米四氧化三铁作为载体和以罗丹明为分子骨架的两类新型荧光传感器,获得了在细胞中长时间稳定荧光成像及核磁共振成像的新型荧光探针。
本论文主要包括以下四个方面：
1、综述了各种荧光探针的研究现状及作为荧光探针载体的纳米颗粒的制备和应用。
2、当钌配合物直接和Fe3O4纳米颗粒结合时,Fe3O4会淬灭它的荧光。为了阻止消除Fe3O4对荧光物质的影响,我们采用不同分子量的水溶性高分子来包覆Fe3O4纳米颗粒,研究了高分子链的长度对淬灭程度的影响,发现当高分子的分子量为1900时是最佳的长度。所合成的基于磁性Fe3O4载体的过渡金属钌配合物的纳米颗粒,有很好的水溶性,钌配合物的溶解度从10.6μg/ml提高到.23.6μg/ml,溶解度几乎增加了1倍;根据溶解度计算出了每个Fe3O4纳米颗粒上大约结合36个钌配合物分子。与传统的荧光探针对比,所合成的这种磁性纳米荧光稳定性高好,不容易淬灭,磁性较强,磁饱和强度达到39.8 emu/g。并且能够顺利穿透细胞膜,进入细胞内,且能在细胞内保持长时间高强度的荧光,从而为活细胞荧光成像分析和研究细胞的微结构提供了有效的研究方法和手段。在实验过程中还发现基于磁性Fe3O4载体的过渡金属钌配合物的纳米颗粒与H2O2作用时,荧光显著增强且发生紫移,这不仅能够作为H2O2检测的荧光探针,而且是一种潜在的抗氧化剂。这对开发和寻找新型抗氧化剂提供了一个新的思路,特别在利用新型磁性荧光纳米颗粒捕捉过氧化氢及氧化自由基方面的研究具有着重要的指导意义。
3、在上述思路的指引下,又合成了基于磁性Fe3O4载体的稀土金属铕配合物的纳米颗粒,并开发出“一步法”制备高分子包覆的Fe3O4磁性纳米颗粒的实验方法,包覆效率高、官能团引入位置准确、纳米颗粒在水相中分散程度高。这对于Fe3O4纳米颗粒的改性有着非常重要的意义。与传统的荧光探针对比,所合成的这种磁性纳米荧光颗粒稳定性高,不容易淬灭,磁性较强,磁饱和强度达到42.1 emu/g。所合成的磁性纳米颗粒有很好的水溶性,纳米的尺寸使它能够顺利穿透细胞膜,对细胞进行很好的荧光成像,且能在细胞内保持长时间高强度的荧光,3D的激光共聚焦显微镜实验观察进一步证实了这个结果。从而为活细胞荧光成像分析和研究细胞的微结构提供了有效的研究方法和手段。并且这种纳米材料核磁成像的横向驰豫时间(T2)达到了150 s-1mM-1,证明所得的纳米材料具有良好的核磁成像能力。上述结果表明,所合成的磁性荧光纳米颗粒是一种很好的多功能化成像试剂。
4、利用荧光分子开关原理,设计和合成了几个结构迥异的基于罗丹明骨架的荧光探针1,2和3。分析测试结果表明,1和3分别能高选择http://www.chinamagnets.biz/的识别汞离子,而2能够选择性的识别铜离子。并且通过计算和质谱的方法得到了1与Hg2+,2与Cu2+的结合比分别为2和1。荧光探针1和2分别对Hg2+和Cu2+的检测限都能达到1-2 ppb级,实现了对这两种金属离子的裸眼检测,这将在实际的生产和生活中产生很广泛的应用;同时,激光共聚焦显微镜对细胞的检测证实了荧光探针1能很好的标记成像HeLa细胞里的Hg2+,荧光探针2能很好的标记成像SPC-A-1细胞里的Cu2+离子。
学位年度:2010
作者:席聘贤
学位授予单位:兰州大学
关键词:荧光探针;;金属配合物荧光探针;;Fe_3O_4纳米颗粒;;磁性荧光纳米颗粒;;细胞荧光成像;;核磁共振成像;;金属离子探针;;单晶结构;;激光共聚焦显微镜;;荧光光谱;;电镜;;动态光散射
摘要:
近年来,随着生命科学的不断发展,人们对细胞内的活性物种、细胞信号传导及细胞凋亡等方面的研究越来越深入。荧光成像分析是目前广泛应用于活细胞分析的一种高灵敏的可视化分析技术。目前用于活细胞成像分析的荧光探针多为有机荧光染料分子,它们为活细胞分析提供了有效的探测手段。在实际应用中,Rare earth magnets这些有机荧光染料分子存在着荧光寿命较短、容易淬灭及不稳定的缺点。所以,实现长时间的实时动态连续测定,提高可视化分析的选择性和精度是目前迫切需要解决的问题。金属配合物荧光探针具有荧光寿命长、发射峰窄和Stokes位移大等发光性质,引起了人们的重视与关注。但是由于作为荧光探针的金属配合物溶解性一般都比较差,功能化比较单一,并且略有毒性等缺点,极大的限制了它在细胞中的应用。为了解决上述问题,本论文设计合成了以具有独特磁学和化学性质的磁性纳米四氧化三铁作为载体和以罗丹明为分子骨架的两类新型荧光传感器,获得了在细胞中长时间稳定荧光成像及核磁共振成像的新型荧光探针。
本论文主要包括以下四个方面：
1、综述了各种荧光探针的研究现状及作为荧光探针载体的纳米颗粒的制备和应用。
2、当钌配合物直接和Fe3O4纳米颗粒结合时,Fe3O4会淬灭它的荧光。为了阻止消除Fe3O4对荧光物质的影响,我们采用不同分子量的水溶性高分子来包覆Fe3O4纳米颗粒,研究了高分子链的长度对淬灭程度的影响,发现当高分子的分子量为1900时是最佳的长度。所合成的基于磁性Fe3O4载体的过渡金属钌配合物的纳米颗粒,有很好的水溶性,钌配合物的溶解度从10.6μg/ml提高到.23.6μg/ml,溶解度几乎增加了1倍;根据溶解度计算出了每个Fe3O4纳米颗粒上大约结合36个钌配合物分子。与传统的荧光探针对比,所合成的这种磁性纳米荧光稳定性高好,不容易淬灭,磁性较强,磁饱和强度达到39.8 emu/g。并且能够顺利穿透细胞膜,进入细胞内,且能在细胞内保持长时间高强度的荧光,从而为活细胞荧光成像分析和研究细胞的微结构提供了有效的研究方法和手段。在实验过程中还发现基于磁性Fe3O4载体的过渡金属钌配合物的纳米颗粒与H2O2作用时,荧光显著增强且发生紫移,这不仅能够作为H2O2检测的荧光探针,而且是一种潜在的抗氧化剂。这对开发和寻找新型抗氧化剂提供了一个新的思路,特别在利用新型磁性荧光纳米颗粒捕捉过氧化氢及氧化自由基方面的研究具有着重要的指导意义。
3、在上述思路的指引下,又合成了基于磁性Fe3O4载体的稀土金属铕配合物的纳米颗粒,并开发出“一步法”制备高分子包覆的Fe3O4磁性纳米颗粒的实验方法,包覆效率高、官能团引入位置准确、纳米颗粒在水相中分散程度高。这对于Fe3O4纳米颗粒的改性有着非常重要的意义。与传统的荧光探针对比,所合成的这种磁性纳米荧光颗粒稳定性高,不容易淬灭,磁性较强,磁饱和强度达到42.1 emu/g。所合成的磁性纳米颗粒有很好的水溶性,纳米的尺寸使它能够顺利穿透细胞膜,对细胞进行很好的荧光成像,且能在细胞内保持长时间高强度的荧光,3D的激光共聚焦显微镜实验观察进一步证实了这个结果。从而为活细胞荧光成像分析和研究细胞的微结构提供了有效的研究方法和手段。并且这种纳米材料核磁成像的横向驰豫时间(T2)达到了150 s-1mM-1,证明所得的纳米材料具有良好的核磁成像能力。上述结果表明,所合成的磁性荧光纳米颗粒是一种很好的多功能化成像试剂。
4、利用荧光分子开关原理,设计和合成了几个结构迥异的基于罗丹明骨架的荧光探针1,2和3。分析测试结果表明,1和3分别能高选择http://www.chinamagnets.biz/的识别汞离子,而2能够选择性的识别铜离子。并且通过计算和质谱的方法得到了1与Hg2+,2与Cu2+的结合比分别为2和1。荧光探针1和2分别对Hg2+和Cu2+的检测限都能达到1-2 ppb级,实现了对这两种金属离子的裸眼检测,这将在实际的生产和生活中产生很广泛的应用;同时,激光共聚焦显微镜对细胞的检测证实了荧光探针1能很好的标记成像HeLa细胞里的Hg2+,荧光探针2能很好的标记成像SPC-A-1细胞里的Cu2+离子。
学位年度:2010
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