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[硕士论文] 胡强
物理电子学 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:高强度聚焦超声(High-Intensity Focused Ultrasound,HIFU)技术是21世纪以来肿瘤治疗中最为有效且最具潜力的治疗方式之一,目前已被广泛应用于临床医疗领域。HIFU肿瘤治疗技术主要是利用HIFU的高温热效应机制来破坏肿瘤组织,使肿瘤组织高温消融,达到切除肿瘤的目的。为了更有效的切除肿瘤且不损伤人体正常组织,在治疗过程中对温度的实时监控尤为关键。本文利用普罗公司的高强度聚焦超声实验系统,获取了HIFU辐照前后离体猪肉组织的B超图像和对应的温度信息,并对实验数据进行相关预处理,对无损测温方法也做了进一步的研究。
  本研究主要内容包括:⑴对实验获取的离体猪肉组织B超图像进行预处理。主要包括对B超图像进行筛选、辐照前后B超图像相互对应、灰度变换以及图像大小的裁剪等,为后续的研究做好充足准备。⑵对辐照前后图像的增强及配准。利用空间域灰度级-彩色变换伪彩色增强算法对HIFU辐照前后的B超图像进行伪彩色增强,使B超图像的色彩信息更加明显。同时,介绍了基于SIFT(Scale Invariant Feature Transform)和SURF(Speed-Up Robust Feature)两种基本图像配准算法,引入了一种能够充分利用图像颜色信息和全局信息进行图像匹配的CSURF(Color Speed-Up Robust Feature)配准算法,并将其应用于HIFU辐照前后的B超图像配准,结果表明,利用CSURF算法对伪彩色增强后的HIFU辐照前后图像进行配准,能精确确定出辐照区域,为后续的无损测温提供重要的图像数据。⑶提出了一种基于频谱图像灰度共生矩阵的无损测温方法。利用高强度聚焦超声辐照新鲜离体猪肉组织,获取辐照前后的B超图像的减影图像。采用Hadamard变换对B超减影图像进行处理,获取频谱图像,将频谱图像的灰度共生矩阵惯性矩作为反应温度变化的信息参数。实验表明:不仅单组数据的Hadamard-GLCM惯性矩(HGMI)和温度能很好的线性拟合,而且多组数据的Hadamard-GLCM惯性矩与温度也成近似的线性关系,且斜率非常接近,拟合度更接近1。拟合误差小,对温度的分辨能力高,容错能力强。与传统的测温方法相比有着明显的优势,能为HIFU治疗过程中的无损测温提供有效的实时依据。
[硕士论文] 刘洋
园林植物与观赏园艺 东北林业大学 2017(学位年度)
摘要:对引种自湖北神农架地区的神农香菊(Dendranthema indicum var.aromaticum)的叶片进行紫外线UV-B辐射处理,对在不同UV-B辐射强度和辐射时间下的神农香菊进行观察,初步从叶片表皮毛的形态结构及密度、光合特性、叶绿素荧光特性及叶绿素含量、芳香分泌物及相关基因的表达等方面进行相关的研究,试验研究结果表明:
  (1)不同UV-B辐射强度和辐射时间对头状腺毛和T-形非腺毛的形态和密度产生重要影响,在高辐射强度的UV-B辐射下,头状腺毛和T-形非腺毛发生严重伤害甚至缺失的现象;头状腺毛密度和T-形非腺毛密度在一定时间范围和强度范围内随着辐射强度增高而变化,辐射分别超过3d和1d时,密度分别开始显著减少。
  (2)随着辐射时间延长和辐射强度升高各个光合参数发生变化,净光合速率总体呈现下降趋势;蒸腾速率与气孔导度变化趋势趋于一致,呈现先增大后减小,总体上减小的趋势,但胞间CO2浓度总体却呈现上升趋势,说明在UV-B辐射期间,神农香菊叶片的光合作用并非由气孔活动受到限制,UV-B辐射通过非气孔因素影响植物叶片光合作用;UV-B辐射会显著影响神农香菊叶片的叶绿素荧光参数。在辐射第7d,随着辐射强度的增大Fv/Fm、Fv/F0、φPSⅡ、PSⅡ最大光化学效率和光化学淬灭系数显著降低,光合原初反应受到抑制,光合电子传递过程受到阻碍,神农香菊叶片能通过自身的补偿机制将过多的光能以热能的形式散失,从而减轻UV-B辐射对植株叶片伤害,完成自我保护机制。随着辐射时间延长和辐射强度升高叶绿素a含量和叶绿素b含量总体呈现下降趋势,对类胡萝卜素含量变化规律不明显,叶绿素a的降解速率显著高于叶绿素b和类胡萝卜素,叶绿素a对UV-B辐射敏感程度要高于叶绿素b和类胡萝卜素。
  (3)从未经过UV-B处理的对照组中进行神农香菊的叶片表面物提取、分析,得到35种叶片表面分泌物,主要分为烯萜类、樟脑类和醇酮类;UV-B辐射对叶片芳香分泌物中烯萜类的1-石竹烯、去氢白菖烯、樟脑类桉树脑和左旋樟脑、醇酮类的崖柏酮相对含量影响较大,其含量表现出相关变化;以神农香菊CmEF1α为内参基因,采用qRT-PCR对萜类物质合成的基因HMGR、DXR、LIS、GPS、FDS、DXS的表达强度情况进行检测,萜类物质合成有关基因HMGR、DXR、LIS、GPS相对表达量在第2h达到最高,FDS和DXS的相对表达量在4h内随着时间的延长而一直上升。
[硕士论文] 杨晓炜
生物物理学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:本实验通过对高压静电场(HVEF)处理后的E.coli K12 W3110细胞膜、胞内酶活性、胞内蛋白质一级结构及二级结构的变化以及细胞可逆修复等方面的研究,揭示了高压静电场对E.coli的损伤机制。结果如下:
  (1)测定静电场处理后的菌体洗脱液核酸和蛋白含量,发现随着处理时间的增加,核酸和蛋白含量呈振荡变化,说明HVEF对E.coli细胞膜有损伤效应。用流式细胞术双染分析,发现同一电场,亚死细胞比例随着处理时间的增加而增加,剂量为5kV*6min和7kV*6min时,亚死细胞比例均达到最大,分别为(65.13±2.62)%和(45.87±0.45)%,之后该比例随着处理时间的增加而减小,即亚死细胞逐渐变为死细胞,表现为电场损伤的累积效应。
  (2)对电场处理后的E.coli胞内蛋白进行SDS-PAGE凝胶电泳和傅立叶变换红外光谱分析,发现不同剂量电场处理的胞内蛋白电泳条带与未处理菌体蛋白的泳带没有差别,即HVEF没有改变E.coli胞内蛋白质一级结构;1kV/cm的HVEF处理后菌体蛋白中β折叠向α螺旋转变,而3、5、7kV/cm的HVEF处理后的菌体蛋白α螺旋和β折叠向β转角和无规卷曲转变,即有序结构向无序结构转变。所以,1kV/cm的HVEF可能对胞内蛋白活性有激活作用,而3、5、7kV/cm的HVEF对E.coli胞内蛋白活性均有损伤效应,且损伤效应最强剂量为5kV/cm。用流式细胞术CFDA单染分析,剂量为5kV/cm*2min和7kV/cm*2min时,CFDA阳性细胞比例均为同一电场强度下最低,说明静电场会损伤E.coli细胞内酶活性。之后,酶活性均有不同程度的增加,可能静电场对E.coli细胞内酶活性有激活作用,最佳激活剂量为5kV/cm*4min和7kV/cm*6min。随着电场处理剂量增加,总的变化趋势为振荡下降型。即静电场对E.coli胞内酶活性的损伤呈振荡增加的趋势,表现为电场损伤的累加效应。
[硕士论文] 李军辉
高电压与绝缘技术 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:脉冲电场灭菌技术目前已经被广泛的研究,因为脉冲电场灭菌技术不仅有良好的灭菌效果,而且极大的保护了液体食品中的营养物质,维持了液体食品原有的风味,同时灭菌过程中所消耗的能量也很小。但是脉冲电场灭菌技术并没有被大规模的推广。脉冲电场灭菌过程中,施加在处理室上的电压较高,处于其中的液体食品会在该电压的作用下被击穿,对灭菌设备造成极大的损害,同时污染了液体食品。液体食品的击穿问题制约了脉冲电场灭菌技术的发展。研究液体食品在脉冲电场作用下的击穿特性,掌握液体食品的击穿机理,是突破这一瓶颈最优途径。本文搭建了实验研究的平台,并在此平台上完成了击穿实验和观察实验。
  本文首先研究了不同液体食品、电压作用时间、流速、压强、电场不均匀程度以及脱气对于击穿场强的影响特性,实验结果表明:击穿场强与液体食品的电导率基本无关,脱气后击穿场强有微弱的提高,随着液体食品流速的提高击穿场强稍有升高,随压强增加击穿场强提高幅度较大,同时在不同压强下,各液体食品的击穿场强大小规律发生变化,液体食品击穿场强随电压作用时间减少而明显提高,击穿场强随电场不均匀程度提高而显著降低。其次本文光学仪器,观察了针板电极处理室内自来水的气泡行为和自来水及啤酒的击穿过程,气泡行为观察实验结果表明:处理室在击穿前就已经有气泡存在,针尖附近的自来水在较高电场作用下会产生气团,并向板电极移动。自来水被击穿后针板电极之间有大气泡出现,在放电结束后大气泡会分解为气团。击穿过程观察实验结果表明:处理室内液体食品在出现贯穿两电极之间的放电(击穿)前,液体食品中有大量的微小的局部放电光斑,这些放电光斑应该是液体食品中原来存在的微气泡内出现了局部击穿现象,随着时间的推进和电压的升高,局部击穿的微气泡数量有明显增多的趋势,微气泡内局部击穿也有逐渐增强的趋势。正是这些微气泡的局部击穿和积累,最终造成了液体食品出现贯穿两电极之间的电弧性放电(击穿)。通过击穿实验和观察实验可得出:液体食品中气泡行为是使击穿场强发生变化的根本原因,各因素通过影响气泡行为,进而改变液体食品的击穿场强。电场不均匀程度对击穿场强影响作用最强,其次是电压作用时间和压强,流速和是否经脱气处理对击穿场强影响较小。因此,为解决脉冲电场灭菌技术中处理室击穿问题,要着重考虑电场不均匀程度、压强以及电压作用时间这三个方面的作用。
[硕士论文] 王浩然
高电压与绝缘技术 哈尔滨理工大学 2017(学位年度)
摘要:食品灭菌技术一直是各项食品处理技术之中的重点,传统的食品灭菌技术可分为热力灭菌技术与非热力灭菌技术两类,其中热力杀菌技术应用最为广泛。但是热力灭菌技术往往会造成食品中营养物质的损失,并且会影响食品原有的风味。高压脉冲电场灭菌技术凭借其灭菌效果好,速度快,能最大限度上保留食品的原有风味等特点得到了广泛的重视,成为最受追捧的非热力杀菌技术。国内外学者对这项杀菌技术进行了大量的研究,但是此种技术仍只能停留于实验阶段,并没有被广泛的应用于工业化生产中。因此研究一套适合工业化生产的高压脉冲灭菌装置,使这项技术尽快的应用到生产中是十分有意义的。高压电场灭菌设备主要面临如下几点问题,首先,目前的高压脉冲灭菌设备的电源大多价格昂贵,输出电压波形不佳很难满足工业化灭菌需求。其次,当前设计的灭菌处理室大多存在结构上的问题,处理室在内部电场分布或处理量上不能满足工业,商业化的需求。
  本研究主要内容包括:⑴阐述了高压脉冲灭菌技术在国内外的发展现状,对高压电场灭菌的机理进行了详细的阐述并对影响电场灭菌的关键因素进行了总结,并分析了限制高压脉冲灭菌技术工业化的主要原因。⑵通过Comsol软件对国内外主流电场灭菌处理室的内部电场进行了分析,并结合实验室多年的研究成果,设计了一种适合工业生产的实用化灭菌处理室,通过对其内部电场以及处理量的分析证明了新型处理室完全能够满足工业化应用需求。⑶对当今的高压脉冲电源进行分类分析,对传统的Marx型脉冲电源进行改进,设计一套使用IGBT作为高压开关的,适用于高压脉冲灭菌的高压脉冲电源。利用Orcad对新型电源的电路特点和各项参数进行了详细的仿真分析,根据分析结果完成了对电源中各元件的选择与制作,最后完成高压脉冲电源的脉冲形成回路搭建。⑷利用现代控制技术以及PLC技术,对整套设备进行整合,实现其自动化控制,使此设备能够满足工业化生产的需要。
[硕士论文] 张晓慧
生物学 山西师范大学 2017(学位年度)
摘要:自从臭氧层空洞不断扩大以来,达到地表的UV-B辐照不断加强,不单在两极地区,在别的地区也检测到太阳光辐照中的UV-B辐射强度的加强。这种伴随着太阳光辐射的UV-B照射对生物的发育、形态以及生理方面产生了多方面的影响,因此研究UV-B辐照对生物的影响是有较深远的科学意义和应用前景。
  Profilin(前纤维蛋白)是一种由3个α螺旋和7个β折叠构成的小分子量单体肌动蛋白结合蛋白,Profilin与多聚脯氨酸相互作用,在肌动蛋白的聚合上扮演着重要的作用。Profilin有多种异构体,它们在发育过程中表现出了组织和器官特异的表达模式。在拟南芥中有高度而分散的多基因家族编码了5种不同Profilin的异构体,其中Profilin-1(PRF1)在拟南芥各个发育过程的不同组织中均表现出了很高的表达。
  为了对拟南芥Profilin-1响应UV-B(2.0 KJ·m-2·d-1)辐射的机制进行研究,我们构建了带有GFP标签的融合表达基因,然后将融合基因转化到拟南芥中,最后成功获得了含有GFP:PRF1融合蛋白的转基因植株。在筛选转基因植株同时,用了两种瞬时表达的方法对GFP:PRF1进行了研究,一方面验证了融合蛋白的载体是否构建成功,另一方面间接的获得了PRF1在两种瞬时表达体系中的亚细胞定位,结果表明,导入拟南芥原生质体和烟草表皮细胞的GFP:PRF1基因经瞬时表达其携带有GFP标签的融合蛋白的荧光能被检测到,说明了融合蛋白载体构建成功,近一步也观测到PRF1在烟草表皮细胞中主要定位在细胞质和外周细胞器中,在拟南芥的原生质体中主要定位在细胞核和细胞质中,然而两种不同瞬时表达体系中PRF1蛋白的定位出现了不同,这可能与同源或异源表达的植物特性相关。待获得纯合的拟南芥转基因植株后,对其与野生型的表型进行对比,发现其根长、株高等都没有显著性差异,随后对GFP:PRF1融合蛋白在拟南芥不同组织中的表达情况进行观察,观察到PRF1在拟南芥植株各组织中均有表达,进一步说明了重组载体在拟南芥植株中可以表达,通过上一结果了解到PRF1在拟南1芥根尖中有分布,为了探究UV-B处理时PRF1与染色体之间的相关性,使用DAPI标记拟南芥的根尖,发现当用UV-B处理转基因拟南芥植株后,其根尖分生区细胞中的染色体发现了异常分裂的现象,同时也发现PRF1随着染色体的异常而分布。而这种现象是否与筛转基因植株过表达PRF1影响染色体的行为有关呢?同时对野生型与转基因植株的染色体用DAPI标记进行观测,发现两者的染色体没有异常现象,说明染色体这种异常分裂现象不是由PRF1过表达导致的,随后也发现PRF1与染色体的定位很相似,当细胞处于分裂间期时,PRF1主要在核中积累,当细胞开始进入分裂后期后,PRF1均匀的分布在细胞质中。
[硕士论文] 鲍平
电气工程 华中科技大学 2016(学位年度)
摘要:近来,等离子体医学在等离子体学和生物学领域受到了很多的关注。大多数等离子体医学处理对象是组织中的细胞(比如血液或者细胞培养基)。等离子体产生的气相活性物质能够传递到液体中并且有可能转换成不同类型的液相活性物质,从而作用于细胞或者组织,最终使得等离子体具有在不破坏细胞形态的情况下到达细胞内部并造成不可逆的损伤从而杀死细胞的能力。
  本文通过实验和仿真分析了等离子体在不影响细胞形态的情况下对细胞增殖的抑制以及灭活的能力,等离子体可以传递到液相并且在不破坏细胞形态的基础上造成细胞内蛋白质不可逆的损伤。以NO和OH为例,通过求解速率方程阐述了从气相传递到液相中物质浓度的演变过程。进一步采用等离子体和细胞在培养基中交互影响的数值模拟模型,研究通过液体中的质量守恒模型来研究溶解的活性物质(ROS(O2-,OH,H2O2,HO2,O3)和RNS(O2NO-,NO,NO2-,NO3-,O2NOH))的时空演化,对溶解的活性物质的反应机理和有效传递范围进行了分析。发现培养基中液体的PH值对于O2-,HO2,O2NO-和O2NOH的浓度有着非常重要的作用。酸性PH值环境下,物质HO2和O2NOH通过细胞膜的浓度升高,从而解释了酸性环境下等离子体治疗效率高的原因。我们进一步使用球对称的浓度场守恒方程研究了HO2,O2N O-和O2N OH等等离子体液相活性物质在细胞和亚细胞的浓度,发现等离子体的治疗可以提高细胞中O2NO-物质浓度的10倍,等离子体生成的HO2是超氧化物穿透细胞膜和破坏胞质延胡索酸酶B的唯一方法。该课题对等离子体“气相-液相-细胞”的全链条输送过程进行了深入研究,发现了等离子体形成的主要液相活性物质及其与细胞的作用机理,为后续研究工作的开展奠定了坚实的理论基础。
[博士论文] 乔海
超声医学 重庆医科大学 2016(学位年度)
摘要:遗传物质突变是生物进化的内生动力,是生物多样性的源泉。在早期地球表面,脂质膜囊泡包裹遗传物质形成的原始细胞,在强紫外光辐照下开始生命的进化。由于折射率差异,光在含脂质双分子膜的水相中传播时,会在膜界面发生反射。当紫外光辐照原始细胞这种球形脂质膜囊泡时,光在内凹的球面脂质膜的反射就可能在球内空间中形成光汇聚,以此增强细胞内核酸损伤而引发遗传物质的变异。本文提出原始细胞反射汇聚紫外光增强核酸损伤促进其进化的科学假说,采用可容纳大分子遗传物质的巨型单层囊泡(GUV)作为原始细胞模型,通过观察球形GUV内部平行光反射分布,检测分析GUV内荧光漂白的增强效应,以及GUV包裹的脱氧核糖核酸(DNA)光损伤差异,研究原始细胞球面膜反射汇聚紫外光增强DNA损伤现象,对理解早期细胞生命的出现与进化具有重要意义。
  目的:⑴验证球面脂质膜能否反射汇聚光并产生效应;⑵研究冻融GUV包裹DNA构建原始细胞模型的可行性,阐明GUV冻融包裹DNA的机制;⑶探索原始细胞球面膜反射汇聚紫外光能否增强DNA损伤。
  方法:①电形成法制备球形GUV作为原始细胞球面脂质膜研究模型,将激光以不同角度照射GUV,调试共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)观察平行激光在球形GUV内部反射后的分布特征;以包裹荧光染料Sulfo-Cy5的球形GUV为研究对象,使用633nm激光进行辐照,对比GUV内外Sulfo-Cy5在同等辐照条件下的荧光漂白程度,统计荧光漂白增强的内暗GUV比例,分析影响因素。②改进冻融(FT)方法,应用于大尺寸的 GUV包裹大分子质粒 DNA;使用 CLSM和冷冻-扫描电镜(Cryo-SEM)检测冻融过程中不同冷冻温度、加热温度对GUV包裹DNA、GUV形态的影响,差示扫描量热仪(DSC)检测冻融过程中的放热曲线变化;使用光镜、CLSM和Cryo-SEM观察DNA对GUV形态的保护作用,对比不同DNA浓度的保护效果。③使用不同剂量和波段的紫外光辐照质粒DNA,琼脂糖凝胶电泳观察紫外光辐照剂量与质粒DNA断链损伤程度的关系;以冻融包裹质粒DNA的GUV作为原始细胞模型,对比观察同等剂量紫外光辐照下纯DNA、GUV包裹DNA、大单层囊泡(LUV)包裹DNA的断链和环丁烷嘧啶二聚体(CPD)形成程度。
  结果:⑴平行激光以锐角、直角或钝角照射球形GUV,CLSM层扫均能观察到反射光由弱到强再到弱的光强变化,三种角度照射的最强反射光位置各不相同,锐角照射的最强光斑离球心最近,钝角照射的最强光斑位置处于GUV膜上,直角照射的最强光斑位置处于锐角和钝角之间。包裹荧光染料Sulfo-Cy5的球形GUV溶液以2:1以上倍数稀释后,内部荧光暗于溶液的GUV占比不足10%,激光辐照后,内暗GUV占比超过30%。内暗GUV占比与膜成分无关,与球形GUV直径正相关。⑵使用改进的方法冻融处理GUV和荧光标记质粒DNA混合溶液,超过90%的球形GUV内荧光都强于外部溶液,GUV内外荧光强度均随DNA浓度升高而增强。将混合溶液单纯加热至40℃、60℃、80℃和100℃均不会显著增强GUV内的荧光强度。冻融处理过程中,冷冻至0℃不会显著增强GUV内的荧光强度;冷冻至-20℃可使GUV内的荧光强度显著增强;冷冻至-40℃及以上,可使 GUV内的荧光强度进一步显著升高。DSC检测混合溶液冻融过程中的放热变化,可见放热峰在-20℃左右出现,-40℃左右结束。冷冻至-20℃样品仅检测到起始的放热陡增,冷冻至-40℃、-60℃和-80℃的样品都能检测到较完整的放热峰。冷冻至-20℃的样品,20℃解冻后所有球形 GUV内部均无荧光;100℃解冻后,部分球形GUV内有荧光。单纯GUV溶液冻融后,20℃解冻后全被破坏为碎片,100℃解冻后呈现为多层卷曲的实心球结构。添加DNA的GUV溶液冻融后,20℃解冻后很少有球形GUV,可见大量内部有荧光的变形 GUV,部分膜上可见裂口;100℃解冻后可见较多内部有荧光的球形GUV。单纯GUV冷冻后,GUV表面出现裂口;添加 DNA的 GUV溶液冷冻后,GUV变形,但膜连续。添加0.08mg/mL~0.32mg/mL的DNA,冻融后的球形GUV占比较高,其中0.16mg/mL组的大直径球形GUV更多。⑶将GUV挤出0.8μm聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)膜可制备直径小于1μm的LUV。质粒DNA随着短波紫外线(Ultraviolet C,UVC)辐照时间的延长,先是共价闭合环状DNA(Covalently closed circular DNA,cccDNA)条带逐渐减弱消失,伴随着松弛型开环 DNA(Open circular DNA,ocDNA)条带的增强;然后是线状DNA条带的增强,伴随着ocDNA条带的减弱;最后是所有条带都减弱、消失。一定剂量UVC辐照后,室温放置和冻融处理的纯质粒 DNA均表现为单纯的ocDNA条带,冻融的LUV包裹DNA和GUV包裹DNA除ocDNA条带外,还出现有线状DNA条带,而GUV包裹DNA的线状条带比LUV包裹DNA的线状条带亮。一定剂量中波紫外线(Ultraviolet B,UVB)辐照后,与未包裹DNA相比,LUV包裹DNA形成较多CPD,GUV包裹DNA形成CPD更多。
  结论:①实验观察和荧光漂泊效应证明球形GUV可反射汇聚平行光,在内部形成高能量区域,能量强度与GUV直径正相关。②冻融可能是脂质膜包裹 DNA形成原始细胞的机制之一,DNA的存在有助于维持冻融过程中原始细胞结构的稳定。③原始细胞球面膜可反射汇聚紫外光促进细胞内 DNA损伤,可能是细胞生命早期进化的因素之一。
[硕士论文] 邢艳芳
生物物理学 大连海事大学 2016(学位年度)
摘要:miRNAs是一种非编码RNA,能够通过调控基因表达而参与生长发育、运动能力和产卵行为等生物学过程。本课题组前期通过神舟八号搭载WT和抗肌肉萎缩蛋白基因(dys-1)缺陷型(cx18)两种dauer期线虫,采用生物信息学方法,结合全基因组表达谱的差异基因表达分析发现,cel-miR-52,56和124可能通过其靶基因而参与调控微重力下线虫的运动和行为变化。因此,本研究针对cel-miR-52,56和124,探讨了这三种miRNAs在模拟微重力环境下是否参与了野生型(WT)和dys-1缺陷型两类线虫的运动能力和产卵行为的变化。
  本研究首先观察并证实了dys-1缺陷型线虫具有头部过度弯曲的表型特征,与WT相比运动能力和产卵行为无明显变化。进一步利用qRT-PCR方法测定,发现miR-52和56的表达在dys-1突变体dauer期表达明显升高,而在成虫期并没有发生变化,说明miR-52,56可能在dys-1缺陷型的dauer期发挥其生物学作用。miR-124的表达在dauer期和成虫期都有显著性的变化,考虑miR-124的表达发生的变化可能与dys-1缺失有关,与线虫的发育时期无关。
  利用3D回旋器进行模拟微重力16.5天,测定了两类线虫F0(当代)和F1(子代)的成虫的运动能力,产卵数和这三种miRNAs及其靶基因的表达情况。结果显示,模拟微重力导致F0代WT和dys-1缺陷型线虫的运动能力均明显减弱,WT更明显,而F1代WT线虫的运动能力在微重力处理后仍出现减弱现象,但在缺陷型线虫中其运动能力已经没有任何明显的变化,提示dys-1突变使得线虫后代对微重力不敏感。模拟微重力引起线虫miR-52,56和miR-124发生表达变化,其中miR-52,56可能通过靶基因nep-11和C07H4.1分别在WT和dys-1缺陷型当代线虫中参与调控微重力下线虫运动能力的降低变化。C07H4.1基因的变化可能与微重力下WT和dys-1缺陷型F1代线虫运动能力的变化密切相关,推测其可能参与神经肌肉系统的功能调节等。WT和dys-1缺陷型线虫的产卵总数以及在各个不同发育时期的产卵数均无显著性变化。
  本研究明确了三种miRNAs(cel-miR-52,56,124)在WT和和dys-1缺陷型两类线虫的dauer期和成虫期的表达情况,通过分析他们在模拟微重力环境下的表达变化及其相关的靶基因表达差异,推测他们可能参与了dys-1缺陷型线虫在微重力下线虫运动行为变化的调控,这些为揭示dys-1基因参与微重力引起的肌肉萎缩发生的分子调控机制提供了重要的参考价值。
[硕士论文] 李奕霄
生物物理学 大连海事大学 2016(学位年度)
摘要:微重力会引起细胞形态的改变,周期的紊乱等,进而导致生物体各系统的紊乱和异常。本课题组的前期研究发现cep135为重力响应分子,并对其在模拟微重力处理24和48小时后的斑马鱼胚胎和成纤维细胞中的表达进行了定量分析。本论文将在此基础上进一步探讨cep135在斑马鱼胚胎发育过程中的表达模式及模拟微重力条件下的变化情况。原位杂交实验结果表明,cep135在斑马鱼胚胎发育的各阶段均有表达,且表达量呈现先增加后减少的趋势,在生长发育旺盛的体节期(24hpf)表达最强;模拟微重力处理可导致cep135在斑马鱼胚胎中的表达显著升高,且模拟微重力处理48小时对表达的影响最强。
  另外,为了探讨微重力条件下cep135对细胞周期调控的可能影响,我们初步研究了模拟微重力对斑马鱼成纤维细胞ZF4细胞周期的影响。结果表明模拟微重力处理24小时和48小时导致ZF4细胞发生G2/M期周期阻滞,其可能的分子机制为通过上调wee1的表达和下调cyclinB1和cdc2的表达进行。本论文的结果无疑将为进一步揭示cep135在微重力条件下的生物学作用提供帮助。
[硕士论文] 王顺
生物物理学 浙江大学 2014(学位年度)
摘要:随着各种电力设备、高压输变电线路的大力建设和日常生活中各种家用电器的普及,极低频电磁场对人的健康影响越来越受到关注。但目前流行病学研究没有给出极低频电磁场影响人健康的确切证据,故电磁场生物效应的机制研究尤其重要。电磁场生物效应作用机制存在两个重要的科学问题:
  (1)电磁场作为物理因素最初是如何与生物体作用的?即原初作用机制问题;
  (2)多少强度的电磁场会产生生物效应甚至于健康效应?即限值问题。
  因此,若深入探究电磁场生物效应的机制,研究工作必须做到动态、实时、准确高效地观察与分析,以及从系统论的角度,评价电磁场对生物体的影响。
  在本实验室先前的工作基础之上,本文探究大鼠海马神经细胞对不同强度50Hz极低频电磁场短时间刺激的鲁棒性。我们分析了电磁场作用下活性氧自由基(ROS),钙离子(Ca2+)和线粒体膜电位(MMP)三个生物学指标的动态变化。通过电磁场作用下这三个指标的动态变化的鲁棒性,研究电磁场对细胞的影响。本文主要包括以下两部分工作:
  第一部分是极低频电磁场暴露实时检测技术的开发。建立了两套以阈值分割为主要技术的分析方法:第一套用于从ROS和Ca2+荧光照片中提取荧光图线,反映细胞内的ROS和Ca2+浓度动态变化;第二套从MMP图像中,得到目标线粒体红绿色分量的荧光比值变化图线,用以反映线粒体膜电位的动态变化状况。通过该部分建立的方法,从图像中提取出了动态图线,反映细胞状态的变化。
  第二部分是极低频电磁场对生物效应影响的分析。根据生物鲁棒性理论,分析第一部分工作中提取出的图线。利用非线性系统状态图的分析方法,确定出每一个分析目标的生理指标变化状况。
  本文得出如下结论:
  (1)电磁场瞬时作用海马神经元会对细胞内ROS鲁棒性产生影响,这种影响存在较明显的剂量效应关系。
  (2)电磁场瞬时作用海马神经元影响细胞内Ca2+鲁棒性,这种影响可能存在阈值效应。
  (3)本研究未观察到电磁场瞬时作用下,海马神经元的线粒体膜电位鲁棒性的显著改变。
[硕士论文] 谭小飞
生物医学工程 中南大学 2014(学位年度)
摘要:粮食是人类赖以生存和发展的基本生活资料,在人民生活和国民经济发展中具有特殊的地位和作用。但在粮食的储藏过程中经常遭受虫、霉等有害生物的影响,造成了极大的损失,储粮害虫的绿色防治一直是国内外关注的重要研究课题之一。本文以磁场的非热生物学效应为理论研究基础,结合生物磁场理论,提出并设计研发了一种磁场靶向干扰灭虫装置。以虫卵为实验对象,进行一系列磁场靶向干扰实验,通过实验数据的采集,结合磁场生物学效应的机理进行综合分析,获得了储藏物害虫防治的理论与装置的研究成果。
  本文首先参考了大量前人的研究结果和资料,对磁场生物效应的机制有一定的了解,为自己的研究确定一个方向。在接下来的几个章节中分别介绍了磁场的搭建、干扰装置硬件和软件系统的设计、磁场干扰实验等内容。在磁场的搭建中,首先对单块永磁体、双磁体激发的空间磁场进行分析,推导出解析表达式;接着对永磁体的磁场进行了实际测量,证明了解析式的正确性;最后运用matlab软件对磁场的空间进行仿真,来指导构建均匀磁场。干扰装置的设计重点在于通过单片机控制直流电动机,带动培养平台在磁场中旋转,达到磁场干扰的目的。通过软硬件系统的设计,实现了电动机的键盘控制和转速实时显示,包括了启动、停止、正/反转、加/减速等功能。在磁场干扰实验中,以蚕卵为实验对象,设定以磁场强度、干扰频率、干扰时间为参量的靶向干扰系数,当干扰系数接近或等于靶标值时,能对蚕卵的孵化造成极大的影响,包括了蚕卵里胚子发育的“滞后”和蚕卵孵化率的降低等。实验的结果证明了干扰装置的有效性,同时也证明磁场干扰对蚕卵的孵化有杀伤作用。
[硕士论文] 张渊
外科学(神经外科) 第三军医大学 2014(学位年度)
摘要:前言:目前手机已经成为人们日常生活中不可缺少的基本工具,手机辐照是否会对人体造成影响,会造成何种影响,其影响机制如何,有何防护手段等问题也被人们时常提及却还未得到根本解决。目前也有较多关于手机辐照对机体影响的研究,但各个实验室之间实验结果差别较大,因此需要对手机射频电磁场的生物学效应做进一步研究。
  目的:本实验主要探索手机辐照对大鼠空间学习记忆能力、脑组织超微结构和对血脑屏障通透性等的影响,并对结果进行综合分析探讨指标的相互联系,增加实验的说服性。
  方法:采用工作频率为900MHz,功率密度为1mW/cm2的射频电磁场发生仪,来模拟市面上最常用的移动电话的使用环境。将48只成年雄性SD大鼠随机分为辐照组和假辐照组两个大组,每个大组又由实验14天及实验28天将动物随机分为两个小组,每个小组共12只大鼠。实验大鼠在柔性大鼠固定器下每天接受辐照或假辐照3小时。完成辐照或假辐照后,分别采用Morris水迷宫实验测量每组大鼠空间学习记忆能力变化、透射电镜观察大鼠脑组织超微结构改变,并使用脑组织血浆白蛋白渗出来评价血脑屏障通透性变化,以及应用HO-1免疫组化染色来反映大鼠脑组织氧化应激水平。
  结果:Morris水迷宫实验空间探索阶段,辐照28天组大鼠平台所在位置的穿越次数明显减少,通过目标象限时间的百分比和路程百分比也明显低于其他各组大鼠。透射电镜下见辐照组大鼠脑组织皮层和海马区出现明显的神经元损伤以及血管结构受损。脑组织白蛋白免疫组化染色和 HO-1免疫组化染色也发现辐照组大鼠脑组织出现大量阳性表达,其中尤以辐照28天组更为明显。
  结论:手机所产生的射频电磁场辐照可以造成大鼠空间学习记忆能力明显下降,脑组织超微结构破坏,引起脑内氧化应激水平的增高。以上改变可能与手机辐照造成的血脑屏障通透性增高有关。
[硕士论文] 陈小云
发育生物学 苏州大学 2014(学位年度)
摘要:目的:通过将鸡胚暴露于静磁场环境中孵化,研究静磁场对胚胎发育的影响及对磁场环境中孵出的雏鸡认知功能的损伤作用,并从NMDA受体亚基NR1和NR2、BDNF、JUN、SYN基因的表达入手探讨胚胎期静磁场暴露影响雏鸡认知功能的机制,解析静磁场产生生物效应的实质,从而为今后的静磁场应用提供理论依据和解决方案。
  方法:利用永磁铁建立5 mT和10 mT的静磁场环境,将鸡胚直接暴露其中,直到雏鸡孵出为止,同时设对照组,在正常条件下进行孵化。在雏鸡孵出后24-48 h,进行一次性被动回避学习检测;在孵出后的第9-15 d,进行绕行学习检测,检测胚胎期静磁场暴露对雏鸡认知行为的影响。同时,分别在胚胎期第8 d、15 d,以及雏鸡孵出后进行一次性被动回避实验之前和之后等时间点取脑组织,提取RNA,用RT-PCR或qRT-PCR来检测NMDA受体亚基NR1和亚基NR2基因在胚胎发育至8 d、15 d表达量的变化,BDNF、SYN基因在出生后24 h内表达量的变化,以及BDNF、SYN、JUN基因在进行一次性被动回避学习之前和之后表达量的变化。
  结果:⑴静磁场暴露后,5mT静磁场暴露组的雏鸡孵化后体重高于对照组,孵化时间短于对照组,p<0.05;10 mT静磁场暴露组与对照组相比没有显著性差异;5 mT和10 mT静磁场暴露组的孵化率和对照组相比都没有差异性;⑵5mT和10mT静磁场暴露组的一次性回避学习的回避率明显低于对照组,学会绕行学习所用时间明显长于对照组,p<0.05;⑶在胚胎期第8d和15 d,5mT和10mT静磁场暴露组的NMDA受体亚基NR1和NR2基因表达量较对照组均显著下降;⑷5mT和10 mT静磁场暴露组雏鸡在刚出生后24 h内BDNF和SYN基因表达量较对照组均显著下降;⑸在雏鸡进行一次性被动回避学习之前和之后BDNF、JUN和SYN基因都呈现了相同的规律性变化,即5mT和10mT静磁场暴露组在一次性被动回避学习之后各基因的表达量都明显低于对照组,p<0.05。
  结论:胚胎期鸡胚长时间暴露于5mT或10mT静磁场,会影响雏鸡的学习记忆和脑组织NMDA受体以及BDNF和SYN等基因的表达。NMDA受体以及BDNF、JUN和SYN等基因可能是磁场影响胚胎神经系统发育以及子代认知功能的重要靶点。
[硕士论文] 张进龙
农业工程 南京农业大学 2013(学位年度)
摘要:随着科学科技的发展,磁场和人类的关系越来越密切。为了更深入的了解磁场对生物体的影响和作用,探讨磁场与生物体之间的关系,磁场生物效应研究应运而生,成为一门新兴的边沿学科。国内外诸多科学工作者投入到磁场生物效应研究中,在医疗、农业等多个领域进行相关科学研究,并取得了一定的成绩。
  生活中,磁场主要有电磁场和地磁场两种,其中电磁场有恒定磁场(静磁场)、交变磁场、脉动磁场、脉冲磁场等几种形式。科学工作者对这几种形式的电磁场的生物效应都做了相应的研究。例如发现180mT静磁场对患有糖尿病大鼠的伤口愈合有一定的促进作用,提示静磁场具有治疗糖尿病伤口愈合的临床潜力;磁场处理可增强小麦种子的萌发能力,提高小麦幼苗的光合特性等。
  随着磁场在各个领域的应用与研究越来越多,就需要研制各种类型的磁场发生器来满足磁场生物效应研究的需求。例如用于磁场对细胞的生物效应研究的交流磁场发生器;用于较小环境下磁化处理的间隔式绕组旋转磁场产生装置等。
  本文设计了一种旋转磁场发生装置,用于研究旋转磁场对生物体的影响。主要用于研究旋转磁场对农作物种子和幼苗的影响。采用电生磁的原理,给对称三相绕组通以对称三相交流电产生旋转磁场。为满足后期研究需要,对三相交流电进行频率和幅值的控制,即可产生不同转速和不同强度的旋转磁场。
  装置分为信号源、功率放大、实验小室和电源四个部分。以C8051F005单片机为核心的信号源产生频率和幅值可调的正弦波信号,通过外部反向加法器的配合,实现三相正弦波信号的输出。三相正弦波信号经功率放大器放大后成为对称三相交流电。实验小室采用抽掉转子的三相异步电动机空腔和PVC薄膜纸制成。将对称三相交流电加载在实验小室上,便可得到旋转磁场。该装置交流电频率变化范围为20~2000Hz,实验小室供电电压峰峰值调节范围为0~64V,实验小室旋转磁场强度调节范围为0~37.5mT。后期将农作物种子或者幼苗置于实验小室中,便可用于不同转速和不同强度的旋转磁场对农作物种子或者幼苗的生物效应研究。
  经过长时间的运行测试,装置的软硬件配合良好。本文还在实验小室中选取了110个测试点,测出其几种组合下的磁场强度。同时对实验数据进行分析,得出实验小室中旋转磁场的强度变化规律,为后期实验提供数据参考依据。
[硕士论文] 高萍
生物学 上海交通大学 2013(学位年度)
摘要:研究背景:皮肤老化分为自然老化和光老化,后者是由于皮肤长期暴露于紫外线下而造成的慢性损伤。紫外线中的中波紫外线(UVB)可直接作用于 DNA使其形成嘧啶二聚体,对皮肤的损伤比长波紫外线(UVA)约大1000倍,更容易导致皮肤癌的发生。长期UVB辐射会影响多种细胞成分和组织结构,但最具有特征性的是真皮成分的变化,成纤维细胞是真皮层的主要细胞,对维持真皮层形态和功能具有重要作用。皮肤光老化涉及一系列复杂的分子反应,包括活性氧簇(ROS)过量生成、上调基质金属蛋白酶(MMP)加速胞外基质蛋白(ECM)降解、活化一系列信号转导通路等。因此寻找有效的紫外线防护品,阻止紫外线诱发的皮肤光老化是国内外研究的热点。本实验室前期研究表明,源自花椒的天然活性物质GX-50对于核转录因子-κ B(NF-κ B)途径有抑制作用,在组织和细胞水平可以有效保护皮肤,延缓皮肤衰老的发生。
  研究目的:本项实验旨在研究 UVB对皮肤成纤维细胞的损害,以及GX-50对UVB辐射损伤后皮肤成纤维细胞的保护作用及可能机制。
  研究方法:组织块法分离培养原代SD大鼠皮肤成纤维细胞,通过观察不同剂量UVB照射后的细胞形态学改变确定后续实验的UVB单次照射剂量;MTT法检测不同浓度 GX-50处理后的细胞活性,确定后续实验的加药浓度。采用衰老相关β-半乳糖苷酶(SA-β-Gal)细胞化学染色法确定皮肤细胞衰老程度;测定丙二醛(MDA)和ROS含量评估皮肤细胞氧化损伤的程度;酶联免疫吸附试验(ELISA)法检测细胞TGF-β1表达量的变化;Western blot法检测细胞弹性蛋白表达量的变化。
  实验结果:UVB辐射成纤维细胞后,细胞出现胞体增大、颗粒增多、部分凋亡等现象,选取不会引起细胞凋亡的最大剂量50mJ/cm2作为后续实验单次照射剂量;MTT结果显示10-6、10-5M的GX-50在孵育24h时显著增加成纤维细胞存活率,根据实验室前期经验选取了10-6M的 GX-50作为后续实验浓度。SA-β-Gal染色实验结果显示:经 UVB照射后成纤维细胞染色阳性率较对照组显著上升,说明已有部分细胞被诱导进入光损伤状态,而GX-50预处理后UVB辐射组的阳性率明显降低;MDA、ROS检测结果显示:UVB处理组与空白对照组相比,MDA含量有明显上升,GX-50预处理后的UVB处理组的MDA含量基本与对照组持平;ELISA结果显示:UVB辐射后TGF-β1分泌减少,与对照组之间差异有显著性,GX-50预处理后辐射组则明显上升,与单纯辐射组之间差异有显著性;Western blot实验结果显示,UVB可显著抑制弹性蛋白的表达,而加入GX-50处理后表达量则基本恢复。
  实验结论:GX-50对UVB引起的皮肤成纤维细胞损伤起到了保护作用,其机制可能一方面是 GX-50具有抗氧化的效果,另一方面是GX-50可活化被UVB抑制的TGF-β信号通路,增加弹性蛋白的表达量。但具体的作用机制还需做进一步的研究证实。
[硕士论文] 吴金梅
分析化学 山东大学 2013(学位年度)
摘要:纳米材料是指三维空间尺度至少有一维处于纳米尺度的材料,其独特的物理化学性质引起了人们的广泛关注,其中以生物医学应用为目标的探索性研究正在迅速发展成一个新的研究领域。金纳米颗粒是目前研究较多、应用较为广泛的纳米材料,通过在纳米材料表面引入功能化化学基团,纳米材料的水溶性和生物相容性得到改善,从而为其在生物医学领域的应用奠定了基础。作为生命物质的基础,蛋白质是一类极为重要的生物大分子。当纳米材料进入生理环境(如血液、组织液和细胞质)时,纳米材料不可避免地会与蛋白质发生相互作用。两者相互作用的结果不仅有可能影响蛋白质的结构和功能,还将直接影响纳米材料在体内生理环境下的动力学性质和生物活性。现有研究表明,它们之间的相互作用与纳米颗粒的形状、结构、尺寸、表面化学以及蛋白质的性质有关。但是,在研究过程中由于纳米颗粒表面所修饰基团的多样性,通常无法保证单一性质的变化。尽管人们关注某一特定性质的影响作用,但结果可能是表面多种性质效应产生影响的叠加。因此,建立各自单一表面性质连续变化的纳米材料库,深入探讨各种性质对纳米颗粒与蛋白质之间相互作用的影响,对纳米医学和纳米毒理学的发展至关重要。
   本文主要分为两部分研究内容:
   第一部分,是建立一个表面疏水性连续变化的金纳米系列。首先设计并合成了两种疏水性差异较大的配位体,通过调整两种配位体在金纳米颗粒表面的相对比例,利用硼氢化钠还原法合成出一个表面疏水性连续变化的金纳米系列;其次,利用TEM、DLS、Zeta电位对金纳米阵列进行分析表征;通过碘切法,利用HPLC-MS对金纳米表面连接的两种基团进行定量分析;同时,利用正辛醇-水分配系数(logP)值,对这个金纳米系列的疏水性进行了定量表征分析。
   综合分析第一部分实验结果得到以下结论:合成的七种金纳米粒子的粒径均在5-8nm之间,且表面Zeta电位保持在-10mV到-20mV之间。金纳米表面基团分子上载量的定量分析显示,随着金纳米粒子亲水性的增加,疏水性基团的量逐渐减少,亲水性基团的量逐渐增加。同时,两种基团的总量大致保持一致。根据测定的正辛醇-水分配系数logP值结果显示,七种金纳米颗粒从GNP12到GNP18,它们的疏水性呈梯度下降,亲水性逐渐增强。
   本文第二部分,是利用稳态荧光光谱研究了五个单一表面性质(包括表面电荷密度、亲疏水性、氢键、π-π共轭和空间立体化学)的金纳米系列与牛血清白蛋白(BSA)之间的相互作用,探讨纳米粒子与蛋白相互作用与纳米材料的表面性质存在的相关性。
   综合分析第二部分实验结果得到以下结论:五种单一表面化学性质连续变化的金纳米系列与BSA之间的相互作用均属于静态淬灭机制并且对BSA的结构构象不产生影响;金纳米表面电荷密度越大越有利于它与BSA的结合;亲水性的金纳米与BSA的结合更强;当金纳米表面具有一定量含π键的苯环时,有利于提高金纳米与BSA的结合能力,但过多的π键会抑制金纳米与BSA之间的结合;增加金纳米表面的氢键受体或供体的量,会提高其对BSA的结合能力;改变金纳米表面基团的立体化学性质对金纳米与BSA之间的相互作用没有明显影响。总体结果显示,影响金纳米与BSA相互作用的主要因素是表面电荷密度、表面疏水性以及表面π键的量,表面氢键受体(供体)或者表面立体化学的改变对它们之间的相互作用影响较小。
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