DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 中医学对白癜风认识历程 汉代马王堆出土的医方《五十二病方》，约成书于战国时期，其中有关于“白处”、“白毋奏”病名的记载，系指包括白癜风在内的色素脱失性皮肤病 [ 5 ]。 晋代的《肘后备急方》中最早出现“白癜风”、“白癞”、“龙舐”、“白驳”的病名记载，医方中对白癜风的病名、病情和治疗均有论述，其中指出：“白癜风，一名白癞，或谓龙舐，此大难治。” [ 5 ]。 隋朝的《诸病源候论》一书是我国现存最早的病因病机学专著，其中有专门论述白癜风病因病机以及病情的描述“白癜者，面及颈项身体肉色变白，与肉色不同，亦不痒痛，谓之白癜”。医方中首倡“风邪搏于皮肤，气血不和所生”的病因病机理论，对于白癜风的认识较之前更为深刻，对后世白癜风的临床治疗有极大影响 [ 6 ]。 唐宋时期至明代之间，中医学对白癜风的病理机制认识并没有标志性的发展。陈实功的《外科正宗》一书中提到白斑可因气滞血瘀而产生，认为“紫白癜风乃是一体而分二种也。紫因血滞、白因气滞，总因热体风湿所受，凝滞毛孔，气血不行所致。此皆从外来而成者……”。期间还有部分医家将汗斑、疠疡风等皮肤病与白癜风相混淆。 清代《医林改错》一书中提出白癜风为“血瘀皮里”的观点，是白癜风病因病机研究的另一个里程碑式发展，医方中首创的“通奇活血汤”至今用于治疗白癜风仍然有效。 近现代的《中医外科学》一书中在总结近代学者的临床经验基础上，根据白癜风病程长且俱有家族史，白斑内毛发变白等现象，首倡“肝肾不足，皮毛腠理失养而发白斑”的观点 [ 6 ]。现代中医学在研究白癜风常见证型证候的病位及所占百分比发现肝、肾、脾分别占46.88%、34.38%、18.74%，证候虚实中虚证占45.28%、实证占54.72% [ 7 ]。临床上，发现白癜风从肝论治往往能够收到满意的疗效 [ 8 ]。
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user: 4. 小结 白癜风作为一种色素脱失性疾病，虽然不会直接危害患者的生命，但是由于它容易出现扩散，严重时会发病在皮肤的任何部位，对患者的生活造成很多负面影响。鉴于目前白癜风病理机制尚不明确，因此要完全治愈白癜风还存在诸多困难。中医药作为中华民族的宝贵财富，在治疗白癜风上积累了丰富的经验。在临床上中药制剂治疗白癜风的不良反应较低，且治愈率高，传统医学的治疗理念也正逐渐被越来越多的人所重视，这为研究中医药治疗白癜风的发展提供了广阔的空间。本文介绍了中医药在治疗白癜风方面的应用，虽不完善，旨在抛砖引玉，希望能为科研工作者在研究治疗白癜风的药物及方法上提供一定的思路，以期能早日解决白癜风这一顽固性皮肤疾病，解除白癜风患者心理和生理上的痛苦。
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user: 摘 要 群体感应是细菌之间的信号交流，可以通过监控自身群体密度来调控细菌许多重要生物学功能。目前人们主要通过实验和数学建模两种方法来研究群体感应机制，细菌的群体感应信号通路虽然非常复杂，但我们可以通过对关键蛋白的信号网络进行建模，定量研究细菌群体感应核心信号通路的动力学调控机理。本文总结介绍了野生细菌中和人工合成细菌中的群体感应信号网络系统模型，其中野生细菌群体中的群体感应系统包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阳性菌和阴性菌共有的群体感应系统三类，我们分别详细讨论了几种具有代表性的细菌中群体感应系统的各种信号网络动力学建模方法及其动力学调控研究进展，也对未来进一步的建模研究进行了展望。 关键词 :群体感应，信号分子，信号网络，基因调控，细菌，动力学建模 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 2. 人工合成细菌的群体感应研究 细菌群体感应最早是在海洋细菌中发现的，所以研究海洋细菌中的群体感应系统机制对研究细菌群体感应系统具有非常重要的作用。但是直接研究海洋细菌中的群体感应机制操作起来并不方便，于是人们人工合成了海洋细菌中的群体感应系统并将其植入大肠杆菌(Escherichia coli)细胞内，因为大肠杆菌细胞自身并不含海洋细菌中的群体感应系统，且大肠杆菌的培养简单、便捷，人们通过人工合成细菌中的群体感应系统来更便捷、深入地研究海洋细菌中的群体感应系统。 2.1. 合成生物学的概念 1980年，德国科学家芭芭拉.荷本(Barbara Hobom)第一次开始用合成生物学这个学术名词来表述基因重组技术 [ 42 ] 。在工程学思想的指导下，合成生物学旨在利用测序技术、生物工程技术、化学合成技术、计算机建模及模拟技术等，从头设计并构建新的生物组件、设备和系统，或对现有的、天然的生物系统进行重新设计和改造，达到利用工程化的生物系统或生物模块来处理信息、制造材料、提供食物、操作化合物、生产能源、保持和增强人类健康及改善环境等目的 [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] 。传统的生物学是通过解剖生命体以研究其内在的构造，而合成生物学的研究方法完全是相反的，它是从最基本的要素开始逐步构建生物体的零部件直至人工生命系统 [ 45 ] 。 从内容上来说，虽然合成生物学与转基因生物技术存在一定的重叠，但合成生物学要比转基因生物技术更加复杂与宽泛。转基因生物技术是把一个物种的基因延续、改变并转移到另一物种体内 [ 46 ] [ 47 ] ，而合成生物学的目标是通过自然与合成遗传物质的某些具体组分的组合来设计、研制和制造功能生物体，而其最终目标是完全独立、可自我繁殖、可表现稳定功能的生物部件、体系以及人造细胞和生物个体 [ 16 ] 。 目前，合成生物学的研究主要集中在三方面：1) 生物元件标准化及生物模块的设计与构建；2) 最小基因组研究；3) 基因组的设计、合成与组装。 合成生物学尚处于初级发展阶段，还面临一些挑战：1) 还未了解清楚合成生物学必需的分子器件，如基因启动子、报告基因、阻遏蛋白等的功能和特性，使其利用存在瓶颈；2) 合成生物学研究的技术发展还不够成熟，研究进展缓慢。 合成生物学的发展引发的主要问题体现在：合成生物学是否挑战了传统上的生命观念，合成生物学能否得到伦理上的辩护，现有的评估和监管制度能否解决合成生物学释放到环境中的产物所引发的生物安全和生物防护问题等等。 2.2. 人工合成细菌的群体感应系统实验研究介绍 You等 [ 48 ] 在2004年发表在Nature期刊上的文章重新构建了两个完全不同的基因片段，并把它们植入大肠杆菌细胞内，通过实验及模型证明了这两个片段可以互相耦合，并通过细胞交流的方式调控群体密度。 2006年，Li等 [ 49 ] 人工合成了大肠杆菌中AI-2群体信号分子的合成网络，通过哈氏弧菌中群体感应信号分子的模块来研究大肠杆菌中的AI-2群体信号分子的合成路径。得出了以下结论：1) 当细胞生长在葡萄糖存在的环境中，mRNA的转录和蛋白水平上AI-2的合成、Pfs和LuxS都不能显著提升AI-2的浓度；2) 在葡萄糖的存在下，这种合成途径伴随着代谢通量的增加，只是部分地解释了这种差异。他们预测，高通量的替代途径或其他生物步骤存在于AI-2的合成中。这些结果也得到了实验数据的验证。 2010年，Marguet等 [ 19 ] 构建了一个基因回路，它会引起细菌种群密度随时间的变化。基因回路含有两个模块，第一个模块赋予细胞杀死自身的作用，第二个模块是密度传感。他们的实验表明在含有合成自杀回路的大肠杆菌群体中产生的振荡不需要群体感应基因(luxR和luxI)，也不需要已知的P LuxI 启动子中的调控元件。相反，振荡很可能是由于密度依赖质粒扩增建立的群体水平负反馈。 2013年，Saeidi等 [ 50 ] 人工合成了铜绿假单胞菌中的群体感应体系，并将其植入到大肠杆菌体内，通过测群体荧光强度来测量群体密度，他们的实验数据验证了他们建立的模型的正确性。 2013年，Daniel等 [ 51 ] 合成的模拟基因回路利用反馈来实现对数线性传感、比率和幂的计算。他们的回路可以被用来实现高阶函数，可以用复杂的生化模型和简单的数学函数描述。 2014年，Wang等 [ 52 ] 人工构建了LuxI/LuxR群体感应系统，并将其植入到大肠杆菌体内，通过调控细胞群体密度来研究LuxI/LuxR群体感应系统，对一系列标准化细胞浓度控制元件的工作性能进行了考察。实验结果表明，含有RBS0.07群体感应通路的工程菌能够对细胞浓度进行自我调整，相对于未含有该通路的菌株，该通路延长了菌体生长的稳定期。通过对含有不同效率RBS细胞浓度控制元件的菌株稳定期活菌数进行测定发现：RBS效率越高其稳定期活菌数越低。 2015年，Chen等 [ 22 ] 描述了一种由两类不同的细胞组成的合成微生物集团：“活化剂”菌株和“阻遏物”菌株。这些菌株产生两个正交的细胞信号分子，在两个菌株的合成回路内调节基因表达。这两种菌株只有在一起培养时才会产生明显的种群水平振荡。两种应变回路的某些网络拓扑结构比其他回路更好地保持鲁棒性。通过多个合作菌株的基因工程来规划种群水平动态的能力，为多种细胞类型中人工合成组织和器官的设计指明了方向。 2016年，Huang等 [ 53 ] 构建了一个信号网络来调控细菌的存活。工程菌在医学和环境方面有很大的应用潜力。实现工程菌的应用需要工程行为的可控性和工程系统的可伸缩性。在此，他们提出了一种平台技术，即微生物群，其采用空间布局来控制工程菌的生长动态。他们构建了几种合成基因回路来调控在大肠杆菌中的集体生存：只有在足够高的种群中，工程菌才能存活。他们将工程菌群封装成空心水凝胶微胶囊，作为微生物群的基本单元，从而实现种群的空间布局。当这些细菌被可渗透膜包裹时，能感应到膜内的环境并作出相应的反应。由于其较高的密度，渗透膜包裹的细胞将存活下来。然而，那些从渗透膜中逃脱的细菌，由于密度的降低，将会被杀死。他们证明了这个设计概念是模块化的，易于推广。他们的工作为混合生物材料系统的工程集成和可编程控制奠定了基础。 合成生物学的出现为人们研究细菌群体感应的机制提供了更便捷、直观的方法，人们可以更准确、深入地研究细菌群体感应。
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user: 4. 总结与展望 本文介绍了革兰氏阴性菌中的群体感应系统、革兰氏阳性菌中的群体感应系统和革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌共有的群体感应系统以及合成生物学及人工合成群体感应实验的研究，总结了野生群体感应建模和合成群体感应建模，野生群体感应建模又从革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性和革兰氏阳性菌共有的群体感应建模三种类型来分析群体感应系统。人们在建立群体感应模型来研究群体感应系统时，从单一的只考虑群体感应系统中的几个重要组分建模到构建一个信号网络来建模；从不考虑信号分子进出细胞外到考虑信号分子在细胞间的流动；从不考虑噪音到研究空间扩散、边界效应在群体感应中的影响来研究群体感应系统。随着人们对群体感应系统研究的深入，构建的群体感应网络考虑了各个方面的因素，更加接近于真实细胞中的群体感应系统从而更加准确地对群体感应系统进行研究。这些理论研究加深了我们对群体感应机制的了解，为进一步研究群体感应机制及其在生产生活中的应用提供了理论依据。 当然，目前人们在研究群体感应建模时在仍存在以下一些问题和不足之处： 1) 构建的信号通路可能还不够完善，群体感应机制中更加细分的许多过程还不明确，群体感应系统中涉及到的重要蛋白组分在细胞中也可能参与到其他生命活动中。随着人们对群体感应系统研究的深入，如果能将更多的生命活动的信号网络和群体感应系统的信号网络联系在一起，逐渐完善细胞生命活动的信号网络，那么人们对群体感应系统的研究乃至细胞整个生命活动的研究都会更加深入和细致，便于人们对生物体生命活动进行进一步地了解。 2) 现在人们构建的群体感应模型中虽然有些是从基因层面开始构建的，但是具体的诱导剂作用到基因上的启动子，启动子启动基因的转录翻译这些过程人们都还不是很明确，在构建模型时一般都只省略概括为一到两个方程，这样的模型并没有将生物体真实的生命活动完全还原出来，对细菌群体感应系统及生物体的真实生命活动过程的研究都是不足的，在今后的研究中，构建数学模型时，这些过程都要更加详细地表示出来，更加真实地还原生命活动。 3) 目前人们在研究群体感应系统时构建的数学模型对细胞的死亡过程考虑的还不是很全面，对于细胞生长后期，培养体系中营养物质缺乏时，细胞由于代谢副产物的积累，具体是哪些副产物导致细胞死亡的机制不是特别明晰，因此在建立数学模型时不能很好地遵循真实生命活动来建模，今后人们在研究群体感应系统建模时要更加明确细胞生长后期细胞自身的死亡机制，更接近于真实生命活动来建立数学模型。 4) 现在人们在研究细菌群体感应系统建模时建立的数学模型一般都是简单的常微分方程，而且忽略了许多生命过程中的噪声及空间扩散、边界效应的影响，这样建立的数学模型可能并不能真实地反应生命活动，因此在今后建立数学模型时，要将每个生命活动的机制都研究清楚，有些不能忽略的噪声、信号分子之间的相互作用、空间扩散、边界效应等都要考虑在内，在更接近真实情况下准确地建立数学模型。遇到具有非常低浓度(或数量)的物种的遗传调控网络和缓慢的反应速率，由于固有的随机事件，随机波动可能存在，这种情况下可以建立随机模型。 用数学模型去解释实验上难以阐明的问题，用实验数据去验证数学模型提出的预测，实验与理论紧密结合，才能更好的研究群体感应机制及生物体其他生命活动，以便人们更好的利用群体感应机制，造福人类社会。
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user: 摘 要 本文以活性炭纤维(ACFs)为基底，采用溶胶–凝胶法–水热法合成了尺寸均一、高度定向、均匀生长的ZnO纳米棒阵列。通过SEM、XRD、N 2 物理吸附提出了ZnO纳米棒的生长机理，醋酸锌浓度对ZnO纳米棒的形貌起到调控作用，ZnO薄膜为纳米棒的定向生长提供了晶核，促进了其沿着活性炭纤维c轴方向择优生长。通过光催化性能测试表明醋酸锌浓度显著影响了ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料的光催化性能，当醋酸锌浓度为0.15 mol∙L −1 时，120 min内对亚甲基蓝的去除率高达90%，经五次再生循环后，其光催化效率仍能保持在82%。 关键词 :氧化锌，纳米棒阵列，活性炭纤维，生长机理，光催化 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 纳米ZnO具有化学稳定性高、氧化能力强、绿色环保和价格低廉等优点 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ，在光催化降解有机废水方面表现出潜在的应用前景 [ 5 ] 。ZnO纳米棒阵列具有明显的表面效应、量子尺寸效应和高度有序的取向结构 [ 6 ] ，能够促进光生载流子的定向传输，提高光生电子–空穴的界面分离效率，使其具有较高的光催化转化效率 [ 7 ] 。 继Vayssieres在硅片上成功制备出有序生长的ZnO纳米棒和纳米线 [ 8 ] ，研究者开始尝试在掺氟氧化锡玻璃 [ 9 ] 、氮化镓 [ 10 ] 、金属薄板 [ 11 ] 上合成ZnO纳米棒，但是目前ZnO纳米棒的生长多局限于刚性载体上。与传统的刚性基底相比，活性炭纤维具有柔韧性好 [ 12 ] 、比表面积大、吸附速率快、解吸容易 [ 13 ] [ 14 ] 等优点，可实现多种形貌ZnO纳米材料的负载。活性炭纤维作为吸附中心可为ZnO纳米棒提供高浓度反应环境，提高催化剂反应速率和矿化效率；ZnO纳米棒作为催化中心能够使活性炭纤维得以原位再生，增加其平衡吸附量。王中林等成功地在活性炭纤维上合成出纳米棒阵列并在光催化降解方面得到很好的应用 [ 15 ] 。 本文以活性炭纤维为基底，采用溶胶–凝胶法–水热法制备了ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料；利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、全自动比表面积和孔隙度分析仪等手段对催化剂的表面形貌、晶体结构及孔结构特征进行了表征；以亚甲基蓝为模型污染物，考察了催化剂的光催化降解效率和循环利用性。
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user: 2. 实验部分 2.1. 仪器与试剂 扫描电子显微镜(FEI Quanta 200，荷兰FEI)；X射线衍射仪(RigakuD/MAX 2200，日本理学)；全自动比表面积和孔隙度分析仪(Micromeritics ASAP 2020，美国Micromeritics)，紫外–可见分光光度计(TU 1950，北京普析)。 活性炭纤维，秦皇岛紫川；盐酸，醋酸锌，乙二醇甲醚，乙醇胺，硝酸锌，六次甲基四胺，所有化学试剂均为分析纯。 2.2. 实验方法 2.2.1. 活性炭纤维预处理 将活性炭纤维毡(3.0 × 3.0 cm 2 )置于(1 + 9)盐酸中浸泡30 min，以除去活性炭纤维表面吸附的杂质，取出后用去离子水洗涤至中性，然后超声清洗20 min，烘干备用。 2.2.2. ZnO薄膜制备 将一定量醋酸锌溶解于50 mL乙二醇甲醚中，再加入等摩尔的稳定剂乙醇胺，在60℃水浴条件下，剧烈搅拌30 min，形成溶胶。采用浸渍提拉法将其均匀涂覆在活性炭纤维上，然后经80℃干燥、500℃焙烧，得到ZnO薄膜/活性炭纤维复合材料。 2.2.3. ZnO纳米棒阵列制备 将一定量硝酸锌溶解于等摩尔六次甲基四胺溶液中，转移至聚四氟乙烯内衬的反应釜，保持60%的填充度。再将涂覆ZnO薄膜的活性炭纤维垂直浸渍于反应釜中，于95℃水热反应4 h，取出后用无水乙醇和去离子水反复洗涤。然后置于80℃烘干，制得ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料。 2.2.4. ZnO纳米棒阵列表征 利用SEM观察ZnO纳米棒阵列的表面形貌，将复合光催化剂超声处理后用导电胶粘在样品台上，镀金，制成样品。利用XRD表征材料的晶体结构，测定条件为CuK α 射线，管电压40 kV，管电流30 mA，扫描范围10˚~80˚。利用全自动比表面积和孔隙度分析仪分析材料的孔结构特征，测定条件为77 K下N 2 吸附，吸附测试前，样品预先在150℃真空条件下脱气4 h。 2.2.5. 光催化性能测试 光催化活性测试在石英/玻璃夹套式反应器中进行，内置8 W低压汞灯(主波长365 nm)为紫外光源，反应器外层以铝箔包覆。在光催化反应前避光磁力搅拌2 h，以使5 mg∙L −1 亚甲基蓝溶液在复合材料表面达到吸附–脱附平衡。开启紫外光源，每隔15 min取样，以紫外-可见分光光度计检测亚甲基蓝浓度变化。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. SEM分析 图1为活性炭纤维、ZnO溶胶薄膜/活性炭纤维和ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料的SEM图。由图1(b)可知，0.15 mol∙L −1 醋酸锌浓度下制备的ZnO薄膜上纳米粒子为单分散微球，且在活性炭纤维表面分布均匀、粒径均一，尺寸集中在250 nm~350 nm范围内。锌的可溶性有机盐二水合醋酸锌在溶剂乙二醇甲醚和螯合剂乙醇胺的作用下发生水解聚合反应，得到透明均质溶胶。在醋酸锌浓度适中(0.15 mol∙L −1 )的情况下，成核过程平稳进行，能够得到分散良好的微球晶粒。 水热反应后ZnO由最初的纳米颗粒生长为棒状结构，其生长方向高度一致，沿着活性炭纤维的径向均匀、有序生长[图1(c)和图1(h)]。ZnO纳米棒尺寸均一，其棒径约为250 nm，棒长在2 µm~3 µm之间，长径比约为10:1。较高的长径比意味着ZnO纳米棒具有更高的电子迁移率，为电子的传输提供了导电通道 [ 16 ] ，从而降低光生电子-空穴的复合率，使得催化剂的光催化性能显著提高。由不同醋酸锌浓度下ZnO纳米棒阵列的SEM图[图1(d)~(f)]可知，随着Zn(CH 3 COO) 2 浓度的增加，ZnO纳米棒阵列的分布由稀疏逐渐过渡到密集状态，这与ZnO溶胶微粒的分布状态相一致。由此可以推断，在ZnO纳米棒阵列的生长发育过程中，ZnO薄膜为纳米棒的生长提供了晶核。 图1. 活性炭纤维(a)、ZnO薄膜/活性炭纤维(b)、ZnO纳米棒/活性炭纤维(g)及不同Zn(CH 3 COO) 2 浓度下制备的ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维(c， d， e， f， h) SEM图，(c，h) 0.15 mol∙L −1 ，(d) 0.10 mol∙L −1 ，(e) 0.20 mol∙L −1 ，(f) 0.25 mol∙L −1 以活性炭纤维为基底的ZnO纳米棒阵列生长机理如图2所示。水热过程中，ZnO体相中的生长基元经过界面进入晶格，通过晶格重排作用形成ZnO纳米棒 [ 17 ] 。与预先覆膜的ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维相比，仅由水热一步合成的ZnO纳米棒实验重复性差，生长出的纳米棒分布杂乱无章，多为堆叠生长，其棒径分布范围较宽，在0.7 µm~1 μm之间[图1(g)]。推测其原因可能是活性炭纤维与ZnO之间晶格不匹配，无法为纳米棒提供成核中心，产生的生长基元则通过均相成核作用附着在活性炭纤维表面，形成堆叠生长的纳米棒。因此，活性炭纤维的预涂覆是使得ZnO纳米棒阵列沿着活性炭纤维外延生长的必要手段。而未经覆膜处理生成的ZnO纳米棒与活性炭纤维表面结合不牢固，极易脱落，限制了ZnO纳米棒/活性炭纤维复合光催化剂的应用。 3.2. XRD分析 活性炭纤维、ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料的XRD谱图如图3所示。由图3可知，除活性炭纤维的特征衍射峰外，ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料在31.7˚、34.4˚和36.2˚位置上还出现了明显的衍射峰，可以归属为ZnO六方纤锌矿结构的(100)、(002)、(101)晶面(标准JCPDS卡片36-1451)。从图3还可以看出，样品的衍射峰强度随Zn(CH 3 COO) 2 浓度的增加而增强，峰形更加尖锐，晶型发育更加完整，说明醋酸锌浓度的提高对样品的结晶度有促进作用。此外，由(0001)-Zn和 ( 000 1 ¯ ) -O面组成的极 图2. 活性炭纤维上ZnO纳米棒阵列的生长机理示意图 图3. 活性炭纤维及不同Zn(CH 3 COO) 2 浓度下制备的ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维的XRD图。(a) ACFs，(b) 0.10 mol∙L −1 ，(c) 0.15 mol∙L −1 ，(d) 0.20 mol∙L −1 ，(e) 0.25 mol∙L −1 性(002)端面作为ZnO纳米棒生长发育的反应活性面，促进了其沿着c轴择优生长的倾向，呈现规整有序的取向结构 [ 18 ] 。 3.3. N 2 物理吸附分析 表1所示为活性炭纤维、ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料的孔结构参数。由表1可知，随着Zn(CH 3 COO) 2 浓度由0.10 mol∙L −1 增加至0.25 mol∙L −1 ，样品的比表面积由685.0 m 2 ∙g −1 下降至303.0 m 2 ∙g −1 ，总孔容由0.48 cm 3 ∙g −1 下降至0.17 cm 3 ∙g −1 。结合ZnO纳米棒在活性炭纤维上的生长机理可知，纳米棒的生长发育会堵塞活性炭纤维表面的微孔结构，使得活性炭纤维的吸附能力有所下降。但是，ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合光催化剂的催化性能不仅受其材料自身吸附能力的影响，光催化活性位点也起到至关重要的作用。 3.4. 光催化反应性能 图4为活性炭纤维、ZnO溶胶薄膜/活性炭纤维、ZnO纳米棒/活性炭纤维和ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料对亚甲基蓝的光催化降解测试结果。由图4可知，在紫外光作用下，活性炭纤维对亚甲基蓝不具有光催化降解能力。ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维的光催化活性较ZnO薄膜/活性炭纤维和ZnO纳米棒/活性炭纤维有明显提高。且随着Zn(CH 3 COO) 2 浓度的增加，ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合光催化剂对亚甲基蓝的降解效率呈现先增大后减小的趋势。当Zn(CH 3 COO) 2 浓度为0.15 mol∙L −1 时，样品的 Table 1 Textural parameters of ACFs and ZnO nanorod arrays/ACF Sample C Zn(CH3COO)2 (mol∙L − 1 ) S BET (m 2 ∙g −1 ) V total (cm 3 ∙g −1 ) a — 939.7 0.48 b 0.10 685.0 0.39 c 0.15 504.6 0.27 d 0.20 392.5 0.20 e 0.25 303.0 0.17 表1. 活性炭纤维和ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维的孔结构参数 图4. 活性炭纤维(a)、ZnO薄膜/活性炭纤维(f)、ZnO纳米棒/活性炭纤维(g)和不同Zn(CH 3 COO) 2 浓度下制备的ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维(b，c，d，e)对亚甲基蓝的光催化降解效率。(b) 0.10 mol∙L −1 ，(c) 0.15 mol∙L −1 ，(d) 0.20 mol∙L −1 ，(e) 0.25 mol∙L −1 光催化反应性能最佳，在最初30 min内即表现出较高的催化活性，120 min内对亚甲基蓝的去除率可高达90%。但是当Zn(CH 3 COO) 2 浓度进一步增加时，复合光催化剂对亚甲基蓝的降解率有所下降，这可能是由于密集的ZnO纳米棒一方面很大程度上堵塞了活性炭纤维表面微孔，致使其表面富集的污染物浓度显著降低；另一方面较大程度上阻碍了其对紫外光的吸收，影响了光催化剂的催化效率。 此外，本实验还对0.15 mol∙L −1 Zn(CH 3 COO) 2 浓度下制备的ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合材料进行了光催化循环测试(图5)。从图5可以看出，新鲜光催化剂对亚甲基蓝的降解率为90%，经过五次连续再生循环后，其光催化性能没有明显降低，第五次再生循环后仍能表现出较高的光催化降解能力，其对亚甲基蓝的去除率为82%，说明该催化剂具有很好的光催化循环再生能力。
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user: 4. 结论 本文以活性炭纤维为基底，采用溶胶–凝胶法–水热法合成了ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维复合光催化剂，利用SEM、XRD、N 2 物理吸附等手段对ZnO纳米棒的生长机理进行了研究，并以亚甲基蓝为模型污染物，考察了复合光催化剂的催化活性和再生能力。研究结果表明，随着醋酸锌浓度的提高，ZnO纳米棒分布由稀疏过渡到密集状态，晶型发育更加完整，但比表面积和总孔容有所降低。ZnO薄膜为纳米 图5. ZnO纳米棒阵列/活性炭纤维的光催化循环测试 棒的生长提供了晶核，促进了其沿着c轴择优取向的程度，是ZnO纳米棒阵列沿着活性炭纤维外延生长的必要条件。当醋酸锌浓度为0.15 mol∙L −1 时，120 min内复合光催化剂对亚甲基蓝的去除率高达90%，且经过五次再生循环后，其光催化效率仍能保持在82%。该复合光催化剂具有较高的催化活性和良好的再生能力，在光催化降解有机染料方面具有潜在的应用前景。
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user: 摘 要 铁及其合金是非常有潜力的血管支架材料，但就如何制备出具有良好细胞相容性和血液相容性的表面而言仍然充满挑战。本文通过磁过滤阴极真空弧源法在硅片表面沉积了纳米晶铁膜，用X射线衍射分析了纳米晶铁膜的物相结构，采用人脐静脉内皮细胞评价了薄膜的细胞相容性，血小板粘附实验评价了纳米晶铁膜的血液相容性。结果表明纳米晶铁膜表面提高了人脐静脉内皮细胞的粘附和增殖，同时，作为一种血液接触材料，纳米晶铁膜有抑制血小板粘附和激活的趋势。这些数据都表明纳米晶铁膜在改善血管植入器械的生物相容性上有巨大潜力。 关键词 :磁过滤阴极真空弧源，纳米晶铁膜，生物可降解，细胞相容性，血液相容性 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 随着人们生活水平的提高，饮食结构的改变，生活压力不断增大，动脉粥样硬化以及其他一些冠状动脉疾病的发病率逐年攀升，心血管疾病已经成为危害人类健康的头号杀手。冠心病的治疗方法主要有药物治疗、心脏搭桥手术以及微创介入治疗三种。1987年，Sigwart等人成功地实施了第一例冠状动脉支架植入手术 [ 1 ] ，血管支架植入术有效地使病变血管的狭窄部位得到扩张，减少了病变血管急性与慢性的弹性回缩，使再狭窄发生率降低到20%至30%，成为了冠心病治疗的有效手段。目前常用的血管支架有金属裸支架和药物洗脱支架，但它们都因永久存在的特性可能在术后发生再狭窄和晚期血栓的问题。可降解血管支架因其在完成血管支撑使命后能逐渐降解的特性被公认为是更具希望的新一代血管支架，可降解血管支架材料包括可降解高分子、纯镁及镁合金、纯铁及锌合金。有研究表明，可降解高分子支架的外形过大，还存在植入后不贴壁、植入早期回弹、局部炎症大等问题 [ 2 ] ；镁基支架的耐蚀性较差，植入三个月后就完全降解，在有氯离子存在的环境中腐蚀得更快 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] ，这大大限制了镁合金血管支架的应用；纯锌的强度很低，关于如何提高锌基支架的力学相容性还需做更多的工作。而纯铁的生物相容性较好 [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] ，耐蚀性也优于镁合金，同时纯铁在强度、塑性、可加工性等方面都更为优异 [ 9 ] 。有研究者指出铁离子能通过影响与生长相关的基因表达水平来抑制血管平滑肌细胞的增生，从而降低了再狭窄率 [ 8 ] 。为了进一步提高纯铁表面的生物相容性，使纯铁支架表面具有更好的抗凝血性能和较好的内皮生长行为，需要对纯铁进行表面改性。常用的改善血管支架表面生物相容性的薄膜有钛氧膜Ti-O [ 10 ] [ 11 ] ，钛氮膜Ti-N [ 12 ] ，钽氮膜Ta-N [ 13 ] 以及类金刚石薄膜DLC [ 14 ] 等，这些薄膜都由于本身的不可降解性，不适合应用于可降解纯铁的表面。同时，也有研究表明采用纳米化处理，可以在较大程度上改善材料的表面性能 [ 15 ] 。因此，本文通过磁过滤阴极弧源法在硅片表面沉积了一种纳米晶铁膜，并用X射线衍射(X-ray diffraction， XRD)分析了纳米晶铁膜薄膜的物相结构，在样品表面培养了人脐静脉内皮细胞，评价了薄膜的细胞相容性，开展了血小板粘附实验，体外评价了纳米晶铁膜的血液相容性。
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user: 2. 实验内容与方法 2.1. 纳米晶铁膜制备 纳米晶铁膜通过磁过滤阴极真空电弧技术被沉积在抛光硅晶片上，制得的纳米晶铁膜铁含量为99.99%。实验所用设备为FDJ800高真空磁过滤直流金属弧源沉积系统。在薄膜沉积之前，使用功率为300 W的无线电频率，基底被Ar + 溅射清洗20分钟，以除去表面的污染物和氧化物。由于纯铁的磁性，在沉积过程中电弧很难稳定。本实验中，纳米晶铁膜沉积过程中，无线电频率(RF)功率为300 W，而基底脉冲偏差为−150 V，Ar气体以20个sccm的速率引入到腔体中，沉积时间为20分钟。表1列出了沉积参数的更多细节。 2.2. 纳米晶铁膜结构表征 通过X射线衍射仪(XRD，Philips X’Pert，荷兰)对纳米晶铁膜的相和晶体结构进行表征。测试条件为：CuKα (λ = 0.15406 nm)，激发功率为45 kV × 35 mA，掠射角为0.5˚，扫描步幅为0.0330˚。使用台阶仪(AMBIOS XP-2，美国)对纳米晶铁膜的厚度进行了测定。该纳米晶铁膜的表面形态由场发射扫描电子显微镜(FESEM，jsm-7001f，日本)测定。 2.3. 体外细胞相容性试验—内皮细胞粘附与增殖试验 根据Jaffe [ 16 ] 等人的方法，将人脐静脉血管内皮细胞(HUVECs)从新生儿的脐带中分离出来，用酶消化。人脐静脉细胞被分离后，用M199培养基(Gibco， USA)对内皮细胞进行培养，并补充以15%的胎牛血清(Fetal bovine serum， FBS)和20 g/ml内皮细胞生长增补剂(ECGS)。细胞在37℃，含有5%二氧化碳的湿润空气中进行培养。为了研究内皮细胞在不同样品表面的增殖行为，人脐静脉内皮细胞被分别接种到不锈钢、硅片、纯铁及纳米晶铁膜表面，每个样品上接种内皮细胞的数目为10 4 个。在预定的时间点(4 h、1天、3天)之后，将样品取出，并用PBS溶液洗去没有附着的细胞，之后用2.5%的戊二醛将样品固定1 h。在这之后，取50 μl罗丹明–鬼笔环肽置于样品表面避光20分钟对内皮细胞进行染色，然后用PBS溶液清洗样品。待样品干燥后，使用荧光显微镜(Zeiss，德国)对这些细胞进行了观察、拍照和计数。为了评估细胞粘附和增殖的情况，每组平行样荧光照片至少取12张，使用IPWin60C软件对其进行计数统计，计算出附着在样本上的HUVECs的数量和细胞覆盖率。从6个随机区域的中选取的至少400个细胞计算了样品表面单个细胞铺展面积以及细胞短/长轴比。 2.4. 体外血液相容性试验—血小板粘附与增殖试验 用于统计计数的样本数量不少于5个，并且每次试验的次数超过3次。实验所用的人体全血从成都血液中心合法获得。该分析是在献血后8小时内进行的。 对血液相容性的评估在细节上作了详细的说明。在纳米晶铁膜表面进行了血液相容性测试，并使用316L不锈钢(SS)、硅片(Si)、纯铁(Fe)作为对照。对样品进行了静态血小板培养，来评价样品的凝血活性，并检验了血液与材料在体外的相互作用。 将重量百分比为3.8%的柠檬酸加入新鲜血液中，以l500转/分钟离心内15分钟后，吸取上层血浆层–富 Table 1 Experimental parameters of the deposition of nanocrystal iron fil Base vacuum (Pa) RF power (W) Bias voltage (V) Ar flow (sccm) Deposition time (min) 1e−3 300 −150 20 20 表1. 沉积纳米晶铁膜的实验参数 血小板血浆(PRP)。随后，取60 μl PRP添加到放置在24孔板中的样品表面，然后在37℃下孵化2 h，之后用PBS溶液仔细冲洗样品，以去除粘附不牢固的血小板。用2.5%的戊二醛溶液固定样品12 h，然后用PBS溶液清洗样品，重复三次。依次用体积比为50%，75%，90%和100%的乙醇/水溶液对样品进行逐级脱水，每组15 min。待样品自然干燥后，对样品喷金，然后用扫描电子显微镜(JSM-7001FJEOL场发射扫描电镜)进行形貌观察。本文中使用的科研用血符合伦理要求与实验规范。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 纳米晶铁膜结构表征结果分析 采用磁过滤阴极弧源法制备了纳米晶铁膜。磁过滤阴极真空弧源法的主要优点是利用一个弯曲的磁场来引导阴极真空电弧产生等离子体，从而将薄膜沉积在不可见的底物上。同时，大多数不需要的大颗粒和中性原子都可以通过电磁过滤器过滤 [ 17 ] 。较低的沉积速率利于制备具有良好致密性、平整度和均匀性的高质量薄膜。 图1(a)是纳米晶铁膜和纯铁的XRD衍射图，从纳米晶铁膜和纯铁中都检测到了α-Fe(110)峰，可见两者的最强峰峰位很接近，主峰被标准化2θ = 44.6˚，但纳米晶铁膜的衍射峰明显宽化。根据Scherrer公式 [ 18 ] ，计算出的平均晶体大小为5.7 ± 2 nm。图1(b)和图1(c)分别是纳米晶铁膜表面的SEM图像和硅片表面的SEM图像，可以看到纳米晶铁膜的表面是十分光滑的，其表面没有观察到金属熔滴，这说明薄膜的沉积质量是较高的。沉积20 min后薄膜的厚度为130 ± 10 nm。 3.2. 内皮细胞粘附与增殖结果分析 作为一种应用于血管支架或植入物的涂层，内皮细胞的快速再生是植入成功的关键。本文研究了纳米晶铁膜对内皮细胞生长行为的影响，粘附到不同材料表面的内皮细胞被进行了比较。图2是培养4小时，1天和3天后样品表面内皮细胞的免疫荧光图像，可以看到与对照组相比，纳米晶铁膜上粘附的内皮细胞在任何一个时间点都是最多的。图3是培养4小时，1天和3天后样品表面内皮细胞的数量、细胞覆盖率、单个细胞铺展面积以及内皮细胞短轴与长轴的比值。与对照样形成鲜明对比的是，纳米晶铁膜表面粘附的HUVECs具有很好的铺展和骨架发展。其表面细胞粘附数量和细胞覆盖率较对照样显著提高(图3(a)，图3(b))。单个细胞铺展面积较316L SS提高了(图3(c))。其细胞短/长轴比值也显著降低(图3(d))，说明纳米晶铁膜上内皮细胞的活性是较强的。以上HUVECs培养结果说明纳米金铁膜对内皮细胞粘附和增殖是有利且安全的。 图1. (a) 沉积在硅片上的纳米晶铁膜与纯铁的X射线衍射图谱；(b) 纳米晶铁膜的表面SEM图像；(c) 硅片表面的SEM图像 图2. 培养4小时，1天和3天后样品表面内皮细胞的免疫荧光图 图3. 培养4小时，1天和3天后样品表面内皮细胞的数量，细胞覆盖率，单个细胞铺展面积以及细胞短/长轴比 图4. 在PRP中培养2小时后样品表面附着的血小板的形态 纳米晶铁膜显著地刺激了HUVECs的粘附、生存和增殖。它揭示了纯铁纳米晶体膜作为一种可生物降解的涂层，为早期提高内皮化提供了一个相对稳定的界面，并避免了由于纯铁的快速表面腐蚀而对HUVEC的生长产生负面影响。有研究表明，较低浓度的铁离子可对ECs的代谢活动产生良好的影响，相反，当铁离子浓度超过50 g/ml时会对细胞产生毒性 [ 19 ] 。 3.3. 血小板粘附实验结果分析 图4是样品在PRP中培养2小时后不同样品血小板的粘附形貌。在血液相容性试验中，作为对照样品不锈钢和硅表面有大量的附着血小板，大多数血小板被粘附、聚集和激活到完全扩散状态的程度，同时基底材料硅表面的血小板也呈现出树枝状激活态。由于快速的表面腐蚀，纯铁上的血小板的形态被破坏。与对照样相比，纳米晶铁膜表面上附着了少量，独立且没有铺展的血小板。这是由于纳米晶铁膜表面粗糙度较低，有助于降低纤维蛋白原的吸收。
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user: 4. 结论 纳米晶铁膜是一种由磁过滤阴极真空电弧技术制备的可生物降解的金属膜。它展现出了良好的生物相容性与较高的内皮细胞活性和低凝血性。该研究为生物活性金属界面的发展提供了一种有前途的方法。
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user: 摘 要 心肺耦合关系研究是国内外众多学者的研究热点，在多个疾病的临床检测和治疗中发挥重要作用。用联合熵单一的分析心电信号或者呼吸信号，研究结果的准确性和稳定性会受到序列非稳性的严重影响。本文在原有联合熵的研究基础上，通过对20位志愿者在基础状态和音乐状态下的心电图信号和呼吸信号进行耦合分析，得到心血管循环系统和呼吸系统之间的耦合作用状态，能呈现出音乐对人体心肺耦合关系的调制作用。此外，本文应用经验模态分解法将心电图信号进行分解后，再进一步运用联合熵与呼吸信号进行耦合计算，发现心肺耦合关系研究中的联合熵在不同的心电图分量下对应相同的趋势，并且实验结果表明，在经验模态分解下的联合熵能够得到显著的耦合作用和区分效果，能更敏锐、精准地捕捉信号中的动态信息的变化，从而有效的反映出音乐对人体心肺耦合关系的调制作用，可为以后进一步的耦合关系的研究和临床医学的应用提供一份更有价值的参考。 关键词 :心肺耦合，心电图和呼吸信号，联合熵，经验模态分解 Copyright © 2018 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 人体器官是一个相互关联、相互作用的生理系统，一个器官的故障可能引发级联故障 [ 1 ] (对应的临床意义：“多器官功能衰竭”)，所以研究不同器官之间的耦合关系具有重要意义。心脏和肺是人体两大器官，已有文献提及心肺系统之间存在耦合、同步关系 [ 2 ] 。但是，这种耦合关系如何应用来考察心理疾病患者情绪的变化以及应用来对情绪病的药物治疗效果监测等问题还未见提及。因此，运用新的数据采集技术和分析方法，进一步探究心肺耦合关系，对于更深理解人体器官之间的协同工作及辅助临床具有重要的意义。 ECG (electrocardiogram)即心电图，是心脏兴奋的发生、传导及恢复过程的重要客观指标。它可以反映心脏兴奋的电活动过程，可以分析、鉴别各种心律失常，也能够体现心肌受损的程度和发展过程以及心房、心室的功能结构状况 [ 3 ] 。ECG在科学研究方面有相当广泛的应用，对心脏基本功能及病理的研究具有重要的参考价值 [ 4 ] ，而且对指导心脏手术及指导药物上也有相当的参考价值。呼吸是人体新陈代谢和功能活动重要的生理功能之一，对人体呼吸功能、状况的检测可以发现或预防呼吸道、肺部以及心血管等部位 [ 5 ] 的病变。而且可以了解病情和发展趋势，从而可以及时进行对症治疗。呼吸状况的基本信息在医学麻醉过程、重症监护、新生儿监护中都起着重要的作用，甚至在分析血液流速模式的研究中也有着重要作用。心血管循环系统和呼吸系统之间的内在相互作用及协调机制叫做心肺耦合(也可以叫心肺交互作用)，相对于单一的分析心电信号或者呼吸信号来说明机体的平衡与健康状况，将心电信号与呼吸信号放在一起进行分析，得到心血管循环系统和呼吸系统之间的耦合作用状态，更具有准确性和稳定性 [ 6 ] 。探究动力学系统中的耦合关系一直都是国内外众多学者的研究热点，尤其近年来，心肺耦合的研究在发现疾病和检测治疗效果中产生了重要影响 [ 7 ] ，例如在睡眠检测 [ 8 ] 、抑郁症的治疗及心肺复苏等方面。 2005年，哈佛大学医学院的研究学者R.J. Thomas与交叉医学研究团队的众学者一起研究并公开了心肺耦合分析方法(Cardiopulmonary Coupling， CPC)，这是一种将呼吸信号和ECG信号联合考虑的算法 [ 9 ] 。通过能量不同的高频、低频和极低频部分，反映出睡眠程度和呼吸节奏紊乱程度。目前，该方法在评估睡眠质量和判断睡眠呼吸紊乱的领域中被广泛的应用 [ 10 ] 。虽然CPC技术的优势很明显，但它也存在着一定局限性。如低频刺激对高低频耦联部分的能量影响较大；CPC技术不能准确的判读入睡时间；而且，CPC分析方法也不能用来研究心律失常的患者的睡眠状态。除了用CPC进行心肺耦合研究，还有很多研究方法也被公开，国内外主要应用的心肺耦合技术分析有非性耦合方法和线性耦合分析方法，线性分析方法即因果关系。现阶段，对心肺耦合分析的方法大多数是用频谱分析或者非线性动力学等理论的方法研究处理呼吸、心率、血压等常见的生理参数，以此获得的心肺系统之间的生理机制的参数评估结果，来判断两个系统之间相互作用的关联程度 [ 11 ] 。还有的研究人员将心、肺感受器之间反馈调控的发生过程进行模拟和仿真，获得对心率变异性产生的作用 [ 12 ] 。研究心肺耦合分析的方法，不但可以检测机体在不同的生理和心理状态下心肺系统间的协调关系，还可以由心肺耦合状态获得自主神经功能状态的评价。 联合熵将动力学统计理论和替代数据的概念相结合，成为信息统计学中的一个统计量。原始时间时间序列和其替代时间序列之间计算所得的联合熵，可以使序列的动力学复杂性得到一个量化的结果。联合熵方法能有效的从短时混沌信号中提取出动力学信息，由此而反映出序列的动力学复杂信的强弱 [ 13 ] 。经验模态分解法(Empirical Mode Decomposition， EMD)是一种新型的自适应信号时频处理方法，由于它分解信号是依据数据自身的时间尺度特征来进行的，因此EMD方法在理论上可以应用于任何类型信号的分解，尤其是在分析处理非平稳非线性数据上，具有特别突出的优势 [ 14 ] 。所以，EMD方法被提出后就很快地大量地被应用于不同的工程领域，例如在图像、大气、生物信号、机械故障、地震记录分析以及土木工程结构的模态参数识别方面。 本文利用检验模态分解法将ECG信号，分解成为有限个包含了原信号的不同时间尺度的局部特征分量。而且这些分量没有复杂的叠加波，只包含了一种震动模式。在这样的分解下，再进行联合熵的计算 [ 15 ] ，得到耦合的结果大大提高了结果的有效性。
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user: 2. 联合熵和经验模态分解 2.1. 联合熵 1) 将时间序列转换成符号序列 符号动力学在分析时间序列复杂性方面有着显著的作用 [ 16 ] 。现设一个心跳时间序列为X，其中 X = { x 0 ， x 1 ， x 2 ， ⋯ ， x i ， ⋯ x N } ， x i 表示第 i 个心跳间期。把ECG序列X转换成符号序列 S = { s 1 ， s 2 ， s 3 ， ⋯ s i ， ⋯ s N } ， s i ∈ A ( A = 0 ， 1 ， 2 ， 3 )。具体的转换方法如下方程(1)所示。 s i ( x i ) = { 0 : u   < x i ≤ ( 1 + a ) u 1 : ( 1 + a ) u   < x i < ∞ 2 : ( 1 − a ) u < x i ≤ u 3 : 0 < x i ≤ ( 1 − a ) u (1) 这里 i = 1 ， 2 ， 3 ， ⋯ ， u 代表心跳间期的平均值， a 是一个特殊参数，我们取 a = 0.05 。且当 a 取0.04到0.07时都可得到相似的结果。但当 a 的取值小于0.04或大于0.07，则不能得到较为合理的统计特性。这主要是因为 a 的值取的过大或过小，在把原始时间序列转化成符号序列时，会导致细节信息的丢失，不能很好的捕捉到信号中的动态信息。 2) 产生替代序列并转换成符号序列 先取原始时间序列X的替代时间序列Y。根据Schreiber等人提出的打乱相位法，将原始时间序列X进行傅立叶变换得到其功率谱 [ 17 ] 。将此功率谱中各频率成分的相位随机的改变，然后进行逆傅立叶变换，这样得到的数据序列就是原始时间序列的替代数据Y。然后再依据方程式(1)把替代时间序列Y也转化成符号序列，得到了替代序列的符号序列。 3) 计算联合熵 对于原始时间序列X和其替代时间序列Y之间的联合熵 H ( X ， Y ) 可表示为： H ( X ， Y ) = − ∑ i = 1 m ∑ j = 1 n p i j log 2 p i j (2) 这里 m ， n 代表的是“三位字”的总状态个数( m = n = 64 )， p i j 代表X序列在第i个状态且Y序列在第 j 个状态( i ， j ∈ [ 1 ， 64 ] )的几率。 联合熵还可看成是一个序列的熵与另一个序列的条件熵的和，即可表示为： H ( X ， Y ) = H ( Y ) + H ( X / Y ) (3) 其中， H ( Y ) 表示替代时间序列Y的熵函数，且 H ( Y ) = − ∑ j = 1 n p j log 2 p j ，其中 p j 是变量Y在状态 j 出现的概率。 H ( X / Y ) 表示在Y给定情况下X的条件熵，条件熵是一个序列在另一个序列给定条件下的“不肯定度”。 2.2. 经验模态分解 EMD方法是将一个非线性、非平稳的时间序列进行分解，使最终结果成为有限个本征模函数(Intrinsic Mode Function，IMF)和一个残余量的形式，其表达形式如下(4)式所示 [ 18 ] ： s ( t ) = ∑ I M F ( t ) + r ( t ) (4) EMD方法的分解过程总结如下4个步骤： 1) 设原始的时间序列为s(t)，找出其局部极大值和局部极小值。在相邻的极值间用三次样条插值函数拟合形成原始数据s(t)的上包络线U(t)和下包络线L(t)。 2) 将上包络线和下包络线的均值记作m(t)，其中m(t) = [U(t) + L(t)]/2。将平均包络从原始信号中去除得到一个新的数据序列，表示为h(t) = x(t) − m(t)。 3) 这个新的数据序列，如果还存在负的局部极大值和正的局部极小值，说明这个新的数据序列还不是一个本征模函数，需要重复上述分解过程直到满足上述要求，得到IMF(t) = h(t)。 4) 从原始时间序列中去除这个得到的IMF量，得到剩余量r(t) = x(t) − h(t)。此时需要判断该剩余量的幅度是否小于某个预设值；该残余量已是否是单调函数，不再需要继续进行分解。但是第一次分解得到的残余量一般情况下不会达到上述两个标准，所以仍然需要继续分解。即令x(t) = r(t)，然后重复上述步骤(1)~(4)，直到达到设定的残余量满足条件为止。 2.3. 经验模态分解下的联合熵 联合熵是将原始函数X和由原始函数变换而来的一个替代序列Y联合计算而得到的一个熵值的结果 [ 19 ] ，本文中将利用联合熵的思想，但使用的是两组独立的序列来进行联合熵的计算。即用ECG信号和呼吸信号作为两个序列进行联合熵值计算，从而达到耦合的效果，描述这两组不同信号之间的关联性。 经验模态分解下的联合熵，是将ECG信号分别进行EMD分解 [ 20 ] ，分别得到其IMF和余量，然后再由ECG信号的IMF和呼吸信号之间进行联合熵的计算，得到耦合的结果 [ 21 ] 。
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user: 4. 结论 心肺耦合关系研究是一项基于体表心电图、呼吸紊乱程度和描述人体状态的技术，它将ECG信号和呼吸信号有机的结合起来，用两者的耦合强度来量化评价人体在不同生理状态下的心理平稳情况，克服了两者单独应用的缺陷。本研究表明，基于经验模态分解下的心肺耦合分析技术具备用于人体心理状态诊断的临床价值。无论是与传统的单一信号输入的联合熵还是与心脏、呼吸两种信号并用的联合熵比较，基于经验模态分解下的联合熵的耦合结果具有较高的一致性，使其在进行睡眠监测、抑郁症治疗、重症监护等方面具有明显的优势 [ 30 ] 。并且可再与其他生理信号进行组合分析，使各种信号分析结论的优势达到互补，进一步提高诊断的准确性。 呼吸运动就相当于心血管中的泵，其作用能使心血管发生反射。血压变化是随着呼吸运动改变回心血量的变化而发生变化的；压感反射是通过调节心血管中枢的交感神经及副交感神经的紧张性，再回馈反应到心脏的输出量、心率等方面，产生了一个回路 [ 31 ] 。与呼吸运动关联的血压反射调节涉及多个机制，其中心肺压力感受器接收到来自胸腔容积与胸膜压力的变化产生的刺激，此时心血管的中枢神经的被抑制了紧张性，保证了血压与血容量的稳定变化，这样获得了持续性的稳定。在心血管反射系统中，在交感神经对外周循环阻力、心脏的收缩力和血容量进行调节的同时，副交感神经也对心率进行调节，以此确保了在交感神经和副交感神经的综合作用下维持住泵的状态 [ 32 ] 。位于心脏的心肺感受器会被一些机械的牵张力和化学物质所刺激而发生激动，引起血容量的增加和血压的升高，并且这时心脏迷走神经的紧张性随着心肺感受器的紧张性增加而降低，心交感神经的紧张性则随之降低，由此一系列的活动致使心率变慢，血压降低。这个过程中，心肺系统的感受器与颈动脉窦和主动脉弓压力感受器之间也发生了激动，并且产生的兴奋为心血管的中枢神经提供了抑制作用，由此心率和动脉血压便可以维持正常状态。 机体生理、心理状态与自主神经系统活性有非常密切的联系 [ 33 ] ，其中自主神经系统活性可以由心电信号和呼吸信号间接描述，从而反映出机体所处的生理、心理状态。音乐是一种声波形式的信息，它规律性的频率变化可以作用于大脑皮层，对丘脑下部及边缘系统产生影响。通过改变大脑皮层的兴奋程度来对激素、新成代谢等进行调节，达到调控应激能力的作用，从而改变机体的生理或生理状态。本文在原有的联合熵的研究基础上，将联合熵使用在心肺的耦合分析上，并且利用EMD将ECG的原始序列进行分解后得到IMF分量，再进一步与呼吸信号进行联合熵的耦合分析。实验发现，在进行心肺耦合的联合熵研究时，人在不同的两种状态下的心肺耦合的强度不同，表明音乐对人体心肺系统耦合关系的调制作用，而且当ECG的IMF1分量与呼吸信号耦合时的联合熵值是最大的，差异效果最为明显，因此在今后的研究分析中，可以继续将这种方法用在原始数据的处理上。 联合熵的一般使用是一组数据的分析，是将原始函数和由原始函数变换而来的一个替代序列进行联合计算而得到的一个熵值的结果。而本文是利用联合熵和心肺耦合的思想，将ECG信号和呼吸信号同时代入进行联合计算，得到联合熵而得以探究人体心肺的耦合。为了使实验结果显著，本文还采用了经验模态分解法，将ECG信号的原始序列先进行经验模态分解得到其IMF分量，再用其IMF分量与呼吸信号进行耦合，这样处理后得到的结果更为明显，能更好的捕捉信号中的动态信息，也为临床医学中疾病的检测和治疗提供了更有力的辅助指标。并且，本文所采用的数据时来自于同一组健康志愿者的两种不同状态，即基础状态和听古典音乐的状态。因此，可进一步将本文所述方法应用在治疗和观测心理疾病患者的方面，便可以由EDM下的联合熵值的心肺信号耦合结果的变化得出患者情绪的变化。或者应用于情绪病的药物治疗效果的监测 [ 34 ] ，将患者的用药前与用药后的状态进行对比，便可得出药物是否有作用或者作用的有效程度。此外，也可以应用于睡眠的检测、心肺复苏、新生儿监护等多个临床医学方面。 由此得到启发，我们可以通过对大量样本的分析，进一步研究不同年龄阶段或者两种性别下的人在不同生理、心理状态下的心肺耦合关系和规律 [ 35 ] 。利用熵方法来量化分析信号之间的耦合强度，甚至可以分析信号之间的耦合方向，可以深入了解心肺系统的协同作用的生理机理，也可以探讨衰老、疾病对心肺耦合关系 [ 36 ] 的影响，还可以由心肺耦合研究不同治疗方法对不同性别的人群的有效性。
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user: 摘 要 本文探索碳纤维PA6热塑性复合材料新工艺，提出碳纤维融熔浸渍新方法，开发了碳纤维PA6热塑性复合材料应用新领域。实现回收利用，降低成本。 关键词 :碳纤维，PA6，回收利用 Copyright © 2018 by author and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 碳纤维复合材料发展如火如荼，来势凶猛。在航天航空及国防工业等领域大都应用热固性复合材料，在高铁及新能源汽车方面大都应用热塑性复合材料。热固性复合材料成本高，成型周期长，最大问题是难以回收利用，污染环境后果严重。热塑性复合材料成本低，成型周期短，最大的好处是可以回收利用，环境友好。碳纤维热塑性复合材料研发引起行业高度关注。安徽旭升新材料有限公司，投资3.5亿元，与大专院校联合攻关，专注研发碳纤维PA6热塑性复合材料，经过多年的研发，现在已经产业化。