2022年, 第16卷, 第9期 刊出日期:2022-09-29
    

  • 全选
    主编寄语
  • 谭久彬, Kenneth Thomas VictorGrattan
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  • 新闻热点
  • Mitch Leslie
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  • Sarah C. P. Williams
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  • Sean O'Neill
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  • 观点述评
  • Roger A. Falconer
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  • Views & Comments
    Shinji Kubo
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  • 工程成就
  • 钮新强
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  • 研究论文
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    王杨云逗, 林剑, 张启明, 陈希, 栾海涛, 顾敏
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    荧光显纳技术提供了克服光学显微镜中衍射极限分辨率障碍的成像技术,从而开辟了生物医学成像研究领域(尤其在神经科学领域)。本文回顾了最重要的荧光显纳技术,包括描述了该技术在阐明蛋白质结构和流动性、神经活动过程中涉及突触参数的实时测定、三维成像和纳米级神经活动跟踪等方面的应用。最后,讨论了荧光显纳镜的前景,特别关注该技术在神经科学中与相关技术(如机器学习)的结合。

  • Review
    祝连庆, 孙广开, 包为民, 尤政, 孟凡勇, 董明利
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    基于光纤传感网络的飞行器结构变形监测一直是航空航天领域的研究热点。经过近30年来的研究发展,国内外研究人员在相关理论和方法、技术与系统和试验测试方面已经取得了较大进展,推动了光纤传感技术从实验室研究向工程应用的演进。但是,目前在实际应用中仍然存在若干问题,限制了该技术的应用发展,亟待探讨解决方法。为此,梳理了飞行器结构变形监测的研究发展历程,分析了光纤传感监测的主要技术类型、技术优缺点、机载适用性、变形重构算法和典型应用案例,指出了当前需要研究解决的关键问题和工程应用的主要演进范式,并结合新材料、标准化和智能化等内容探讨了未来发展方向。

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    方向, 谢洁, 楚士颖, 江游, 安育廷, 李畅, 龚晓云, 翟睿, 黄泽建, 邱春玲, 戴新华
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    确高效测量小分子疾病标志物对临床诊断具有重要意义。本研究自主研制了四极杆-线形离子阱(quadrupole-linear ion trap, Q-LIT)串联质谱仪。四极杆筛选目标母离子,线形离子阱同时注入、捕获和碎裂,有效降低空间电荷效应,富集目标子离子,提升灵敏度。采用电喷雾离子源(electrospray ionization, ESI),选择反应监测和正离子扫描模式。质量范围为m/z 195~2022。当m/z 达2000,且扫描速度为1218 amu·s−1时,单位分辨率和准确度均优于m/z 0.28。碰撞诱导解离(collision-induced dissociation, CID)由共振激发,其无量纲马修参数q值为0.40。激发50 ms,CID效率达64%。胍基乙酸(guanidinoacetic acid, GAA)和肌酸(creatine, CRE)作为小分子临床生物标志物的模型化合物。GAA和CRE定量限分别为1.0 nmol·L−1和0.2 nmol·L−1。自主研制ESI-Q-LIT串联质谱仪成功分析了77例实际样本。该方法可以削减基质效应,降低空间电荷效应,避免色谱分离,简化前处理过程。新型Q-LIT串联质谱系统有望成为临床诊疗中生物标志物测定的新选择。

  • 汪磊, 郑晓敏, 周洁, 王美婷, 陈嘉杰, 曾佑君, 许改霞, 王颖, 邱海霞, 邵永红, 屈军乐, 高志, 顾瑛
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    本文提出了一种利用多光子非线性效应的多光子结构光照明超分辨显微成像(multiphoton-structured illumination microscopy, mP-SIM)技术,可实现比线性SIM 更高的成像分辨率。通过扫描正弦结构的照明光激发样本产生多光子荧光信号或谐波信号,从而利用由光学非线性效应产生的非正弦结构信号光的谐波来提高分辨率。本文提出了mP-SIM 理论以重建系统的超分辨图像。如果考虑多光子非线性效应的所有高阶谐波(阶数足够高,即m足够大),则mP-SIM 在理论上可实现无限分辨率。通过实验证实了双光子荧光(2P)-SIM 和二次谐波产生(second harmonic generation, SHG)-SIM 分别可实现86 nm 和72 nm的横向分辨率。对细胞内染色F-肌动蛋白和小鼠尾腱胶原纤维成像,进一步验证了mP-SIM 的超分辨成像能力。该方法不但适用于多光子荧光超分辨显微成像,而且适用于非标记的如SHG等超分辨显微成像;重要的是,该方法不需要特定的荧光团或高功率激发光,可直接用于商用mP显微系统来实现超分辨成像。

  • 郑轩, 何立强, 何晓旖, 张少君, 曹翊寰, 郝吉明, 吴烨
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    黑碳(BC)是影响气候的第二大人为因素,但BC的辐射效应与其燃烧来源息息相关。BC的人为排放源主要是道路机动车。然而,目前轻型汽油车(LDPV)的BC排放估算存在很大的不确定性,尤其缺乏使用车载测试(PEMS)方法获得的估算结果。本研究开发了一款新型轻型车PEMS平台,并对10 辆在用车进行了实际道路BC排放测试。结果表明,缸内直喷(GDI)车辆BC排放因子(EF)的范围为1.10~1.56 mg∙ km−1,是进气道喷射(PFI)车辆EFs(0.10~0.17 mg∙km−1)的11 倍。冷启动阶段BC排放贡献显著,可占排放总量的2%~33%。与此同时,相对BC EFs 和平均车速存在强相关性(R2 = 0.70),这表明缓解交通拥堵可以有效减少BC排放。此外,BC与颗粒物数浓度(PN)排放呈线性相关(R2 = 0.90)。与PFI 车辆相比,所有速度区间内GDI车辆的PN与BC瞬时排放速率的比值对车辆比功率-速度(VSP-v)的增加并不敏感。

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    桂柯, 车慧正, 李雷, 郑宇, 张磊, 赵胡笳, 仲峻霆, 要文瑞, 梁苑新, 王亚强, 张小曳
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    气溶胶光学和微物理特性是估计大气气溶胶气候强迫最大的不确定性之一。尽管气溶胶光学厚度(AOD)在全球及区域尺度上的演变趋势已经得到了广泛的研究,但对与气溶胶粒子特性相关的类型依赖AOD的变化趋势仍然知之甚少。在此,本研究利用多角度成像光谱辐射计(MISR)反演的气溶胶光学特性数据集,研究了2003—2018 年期间陆地总AOD(TAOD)及其按粒径大小和粒形分离的类型依赖AOD的10 年尺度趋势,分析了TAOD趋势和不同类型AOD演变之间的关系,并量化了不同类型AOD对TAOD趋势的相对贡献。通过将TAOD值分别按0.15、0.40 和0.80 的阈值划分为4 个不同的气溶胶污染等级(APL),进一步探讨了TAOD演变与APL 发生频率年际变化之间的关系。研究结果表明,2003—2018 年期间,除南亚地区外,大多数陆地区域的空气质量都有明显改善,表现为从轻度污染转变为清洁状态。然而,不同的APL对TAOD变化的影响及其相关程度具有显著的区域性差异。此外,自2003 年以来,陆地上的年均TAOD下降趋势达到0.47% a−1 (通过95%置信度检验)。这种显著减少主要归因于小粒径(直径小于0.7 mm)AOD(SAOD)和球形AOD(SPAOD)的持续减少(分别为−0.74% a−1和−0.46% a−1)。统计分析表明,SAOD和SPAOD分别占TAOD的57.5%和89.6%,但对TAOD的趋势贡献可达82.6%和90.4%。最后,研究表明由硫酸盐、有机物和黑碳气溶胶组成的小粒径和球形气溶胶在驱动陆地TAOD年际变化中起主导作用。

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    石颖, 潘胡丹, 伍建林, 邹庆华, 谢昕怡, 李红刚, 周华, 卞西清, 冷文飞, 王灿坚, 王亚峰, 方勇飞, 刘良
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    青藤碱(SIN)是中国类风湿关节炎(RA)治疗的常用药物,但目前尚无SIN单药治疗疗效的文献报道。本研究旨在探讨SIN治疗RA的有效性和安全性,并分析鸟氨酸水平与RA患者疾病活动情况的相关性。本项目设计为24周的多中心、随机、安慰剂对照、双盲临床试验,轻中度活动度的RA患者按照1∶1∶1随机分配接受SIN(120 mg,每日两次)、甲氨蝶呤(MTX)(每周10 mg)或SIN + MTX治疗。项目以24周达到ACR50标准的受试者比例,以及根据临床疾病活动指数(CDAI)显示改善的受试者比例为主要疗效指标,并进一步分析24周治疗后的RA受试者疾病活动变化是否与血清鸟氨酸水平相关。在135名受试者中,38名、39名和36名分别接受了SIN、MTX和SIN + MTX的治疗。在SIN治疗组中,52.63%的受试者在治疗24周后达到ACR50标准,与MTX治疗组和SIN + MTX治疗组的结果相当。患者不良反应以肝功能损害和胃肠功能紊乱为主,但SIN组肝功能损害的发生率(1/38)明显低于MTX组(10/39)和SIN + MTX组(8/36)。采用超高效液相-四极杆飞行时间质谱仪(UHPLC-Q-TOF/MS),测定了三个治疗组4个随访时间点共计221份血清样本中的鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸的含量。治疗24周后,血清鸟氨酸水平随着疾病活动度的降低而下降,敏感度为80%,提示鸟氨酸水平可一定程度上预测治疗应答情况。综上所述,SIN对RA患者的疗效与MTX相当,副作用更少,且首次发现血清鸟氨酸水平与类风湿关节炎的缓解密切相关,提示鸟氨酸具有成为类风湿关节炎疗效评价指标的潜在价值。

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    陈定昭, 刘颜回, 李明, 郭攀, 曾卓, 胡俊, Y. Jay Guo
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    可重构天线技术是未来无线通信和传感系统中的一项重要的技术。众所周知,采用线极化(LP)可重构天线作为通信单元,可以从一组LP状态中选择更优的极化状态,从而提高通信链路的质量。本文提出了极化可编程的可重构天线阵列新概念,该阵列由多个具有有限极化数目的可重构天线单元组成。通过对所有的阵列单元的极化状态进行编程并采用一个新的优化策略对极化状态进行优化,证明了该阵列可以在矢量方向图中实现任意期望的LP,同时精确控制副瓣和交叉极化电平(XPL),从而完美匹配所需的通信信号的极化。为了证明该新概念,本文提供了数值和实验结果,这些结果彼此吻合得很好。

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    姚桂华, 陈湘云, 杨文静, 张青, 刘静, 梁欢, 孙慧, 许耀, 王丽, 徐金锋, 张澄, 孙丰荣, 张梅, 曾雪迎, 张运
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    多数左心室(LV)多普勒超声心动图参数测值随年龄和性别显著变化,因此有必要对其生理性差异进行校正。本研究旨在验证:不同的多普勒参数测值与生物学特征变量间呈异速非线性相关,且其校正常数与校正指数各不同。共测量了1224名健康成人的23个LV多普勒参数。随机选择70%数据(A组)建立优化多变量非线性模型(OMAM),在30%数据(B组)和183名超重人群数据(C组)中验证OMAM的可靠性,并与基于体表面积(BSA)的单变量等距模型(SVIM)进行比较。结果显示,校正前,23个LV多普勒参数均与一个或多个生物学特征变量显著相关,B组中47.8% (11/23)的参数存在性别间差异,经OMAM校正后,81.8% (9/11)的参数消除了性别间差异。OMAM对B组和C组数据的校正成功率分别为100% (23/23)和82.6% (19/23),建立了独立于生物学特征变量的多普勒参数的OMAM参考值,而基于BSA的SVIM校正成功率为零。不同的LV多普勒参数与一个或多个生物学特征变量呈异速非线性相关;本研究建立的OMAM成功校正了因生物学特征变量差异对健康和超重人群多普勒测值的生理性影响,其校正效果显著优于传统的SVIM。然而,OMAM针对其他种族、肥胖和疾病状态人群的适用性仍需进一步探究

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    罗正意, 彭晋卿, 曹静宇, 殷荣欣, 邹斌, 谭羽桐, 严晋跃
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    本文综述了近年来关于住宅建筑需求侧柔性的定义、柔性负荷及柔性量化方法方面的研究。首先,针对建筑需求侧柔性、运行柔性和能源柔性等不同的术语,进行了系统的比较和区分;其次,对住宅建筑主要柔性负荷的运行特性和柔性能力进行了总结和比较;再次,对柔性负荷的建模方法和柔性量化指标也进行了详细的综述和总结。最后,提出了当前建筑需求侧柔性领域存在的一些亟待解决的问题。研究结果表明当前针对住宅建筑需求侧柔性的研究主要以中央空调、储水式电热水器、湿电器、冰箱和照明为主,分别占现有研究的36.7%、25.7%、14.7%、9.2%和8.3%。这些柔性负荷在运行特性、使用频率和柔性能力
    方面存在较大的差异,而对于它们实际的响应特性有待进一步研究。此外,本文给出了用于柔性负荷建模的白箱、灰箱和黑箱模型在不同应用场合下适用性的建议;对于柔性量化指标,现有研究主要从功率、时间、能量、效率、经济性和环保性等维度提出了大量的指标,但是缺少统一的柔性量化体系。本文能够帮助读者更好地理解建筑需求侧柔性、区分与柔性相关的不同的术语、了解住宅建筑不同柔性负荷的运行特性和柔性能力,同时也能为柔性负荷的建模和柔性量化的相关研究提供指导。

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    褚娜, 郝雯, 吴清莲, 梁勤军, 蒋永, 梁鹏, 任智勇, 曾建雄
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    微生物电合成(MES)使用微生物催化剂和电化学手段促进CO2生物转化,也应用于有机废物生物炼制。本文总结了MES 利用CO2 和有机废物产中链脂肪酸(MCFA)的研究现状与发展趋势,对传统发酵产MCFA的基本原理和研究进展进行了归纳。首先,概述了MES产MCFA的相关报道,重点介绍了多电子供体(ED)策略。其次,讨论了MES利用CO2产MCFA面临的挑战,并针对产甲烷抑制、产乙酸菌三磷酸腺苷(ATP)限制、产有机溶剂阶段提供ED有限进行了详细阐述。再次,分析了电化学手段促进有机废物生物炼制产MCFA的潜力。最后,从多级反应、底物供应、产物提取、微生物代谢路径等角度展望了未来发展方向。

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    亓士超, 陆筱杰, 楼寅聪, 周睿, 薛丁铭, 刘晓勤, 孙林兵
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    某些预想的概念验证反应虽可能产生具有新功能或新应用潜力的材料,但最终常被证明是不可实现的或从商业角度上是不可行的。为了在溶剂环境中探索未知反应的反应条件,科研人员已付出了大量的努力,也浪费了大量的精力。因为人们普遍相信通过将反应物溶解在溶剂中,可以提高反应物的活性,从而促进反应。本研究发现了一个反常现象:在不同溶剂环境下,1,3,5-三(氯甲基)-2,4,6-三甲基苯与三聚氰胺的共聚反应都是无法实现的,然而利用无溶剂法却可成功地实现该反应。通过第一性原理计算和分子动力学模拟,证明了溶剂反应不具备的两个决定性因素,即由副产物的及时释放所推动的反应平衡和活化单体分子在固相中的受限热运动却可基于无溶剂法实现。由于具有较高的芳香性和氮杂环含量,由无溶剂法得到的共聚物表现出良好的应用潜力,可作为制备氮掺杂多孔碳的前驱体,使氮掺杂多孔碳具有令人满意的碳产率、理想的残氮含量、理想的结构特性,与最近报道的其他代表性同类吸附剂相比,在二氧化碳捕获能力方面展现出竞争潜力。

  • 芮韬, 张学优, 冯时, 黄海涛, 詹少伟, 谢海洋, 周琳, 郑树森, 凌琪
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    肝细胞肝癌(HCC)是目前最致命的恶性肿瘤之一。根据先前的研究,19 号染色体miRNA簇(C19MC)与肝癌患者的肿瘤高负荷和不良预后相关。目前的研究旨在探讨miR-516a-3p 在HCC 中的作用。miR-516a-3p 是一种由C19MC 4 个致癌前体miRNA(即mir-516a-1、mir-516a-2、mir-516b-1 和mir-516b-2)所共同剪接而成的相同的成熟体miRNA。在肝癌队列中,与瘤旁组织相比,miR-516a-3p 在肝癌组织中显著高表达。肿瘤miR-516a-3p 的高表达与肝癌高肿瘤负荷相关,可以区分高HCC复发率和死亡率,并独立预测肝癌的不良预后。进一步通过体外实验发现miR-516a-3p 增强了肝癌细胞的增殖、迁移和侵袭性,并通过体内实验验证miR-516a-3p 促进了肿瘤的增殖和远处转移能力。在肝癌细胞中,miR-516a-3p 可以通过外泌体进行递送,并增加受体肝癌细胞的致癌活性。此外,为探索miR-516a-3p 致癌的潜在机制,本研究进行了全面的转录组学、蛋白质组学和代谢组学分析。多组学DIABLO分析显示,蛋白质组学和代谢组学数据之间具有密切的相关性和较强的聚类一致性。进一步证实了6 种基因的mRNA(即LMBR1、CHST9、RBM3、SLC7A6、PTGFRN和NOL12)是miR-516a-3p 的直接靶点,并在miR-516a-3p 介导的代谢调节中发挥核心作用。综合多组学和共富集途径分析表明,miR-516a-3p 可以调节肝癌细胞的代谢途径,特别是嘌呤代谢和嘧啶代谢。总之,本研究发现,miR-516a-3p 可以通过调节细胞代谢和外泌体递送系统
    影响相邻细胞,促进肝癌细胞的肿瘤恶性进展。因此,miR-516a-3p可作为肝癌治疗的新分子靶点。

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    孙红敏, 李星星, 陈明华, 钟鸣, 李怡华, 王琨, 杜郁, 甄心, 高荣梅, 巫晔翔, 侍媛媛, 余利岩, 车永胜, 李玉环, 蒋建东, 洪斌, 司书毅
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    微生物具有产生抗病毒抗生素以保护细胞存活的机制。链霉菌(Streptomyces sp.)1647 是20 世纪70 年代从中国南方土壤中分离的一株链霉菌,其发酵液显示优良的抗甲型流感病毒(IAV)活性,但其抗病毒活性成分始终没有得到有效的分离和结构鉴定。本研究综合利用多组学研究策略,从这株链霉菌中成功分离得到抗病毒活性成分。利用抗生素及次级代谢产物分析软件(antiSMASH)分析该菌株的基因组序列信息,发现其中可能含有38 个次级代谢产物生物合成基因簇(BGC)。经过生物活性导向的比较转录组学分析,初步锁定三个可能的目标抗病毒活性化合物的生物合成基因簇。通过生物信息学分析及对基因簇36 中调节基因和生物合成基因的遗传操作,确定了基因簇36 为抗病毒活性化合物的生物合成基因簇。对野生株和不同重组菌株发酵产物进行基于生物活性导向的质谱数据分子网络分析,初步确定了抗病毒成分是一组化学结构类似物。最后通过高分辨质谱和二维核磁共振波谱分析,确定了抗病毒活性成分为包括18 个含有脲基的类四肽结构,取名奥米克欣(omicsynin)A1~A6、奥米克欣B1~B6 和奥米克欣C1~C6,其中11 个(奥米克欣A1、奥米克欣A2、奥米克欣A6、奥米克欣B1~B3、奥米克欣B5、奥米克欣B6、奥米克欣C1、奥米克欣C2 和奥米克欣C6)是新结构化合物。奥米克欣B1~B4 显示出优良的抗甲型流感病毒活性,其50%抑制浓度(IC50)在1 μmol·L−1左右,选择指数(SI)为100~300。奥米克欣B1~B4 同时显示出对人冠状病毒HCoV-229E的显著抑制活性。综上,通过综合利用多组学技术与数据分析,从链霉菌1647 发酵产物中发现了一组新型的具有抗病毒活性的类四肽化合物,说明微生物次级代谢产物是新型抗病毒抗生素的宝贵资源。

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    王艳, Baohui Xu, 薛丽香
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    大脑是人体中最具异质性和复杂性的组织。前期研究表明,无论在健康或疾病状态下,免疫细胞都是大脑重要的功能组成。质谱流式技术(CyTOF)是一种高维的单细胞检测技术,允许用少量样本测量多达100 种细胞标记物。该技术在单细胞水平上,能够识别、检测和表征健康或疾病状态下大脑中的不同免疫细胞。本文总结了CyTOF与传统流式细胞术方法相比的三个主要优势,并汇总了CyTOF在脑免疫研究中的最新进展。

  • Article
    李建, 吴奇, Ernest Hung Yu Ng, Ben Willem J. Mol, 吴效科, Chi Chiu Wang
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    本研究采用网状荟萃分析对药物和补充剂治疗特发性男性不育症的疗效进行比较,以获得最佳治疗方法。对Medline、EMBASE、OVID和CNKI等数据库中发表于1990年1月至2021年6月的文献进行检索,检索关键词包括'男性不育''药物疗法''补充/营养疗法'及其相关术语等。将研究药物[主要包括促卵泡激素(FSH) 、雄激素、克罗米芬/他莫昔芬(SERM)]或补充剂[主要是锌、硒、维生素C/E、卡尼丁、辅酶Q10(CoQ10)或联合治疗]治疗特发性不育男性的随机对照试验(RCT)纳入meta分析。按PRISMA声明中的报告规范提取数据,并使用偏倚风险工具和适用于网状meta分析的GRADE系统评估证据质量。研究的主要结局是活产率和自然妊娠率(SPR),次要结局是精子参数(包括精子浓度、前向运动百分比和形态)和不良反应。65项RCT被纳入分析,共包括7541名精子参数异常但激素水平正常的育龄男性。36项研究报道SPR,但仅三项研究报道活产率。纳入研究的质量评价为中、高级。与安慰剂或未治疗相比,卡尼汀联合维生素治疗显著增加SPR(RR = 3.7, 95% CI为1.6 ~ 8.5),脂肪酸补充剂显著增加精子浓度(MD = 12.5 × 106 mL–1, 95% CI为3.1 × 106 ~ 22.0 × 106)。SERM联合辅酶Q10显著提升前向活力精子(MD = 11.0%, 95% CI为0.1% ~ 21.9%)和正常形态精子(MD = 11.0%, 95% CI为4.6% ~ 17.4%)。对改善SPR和精子浓度的最佳治疗方案分别是卡尼汀联合维生素和脂肪酸补充剂,即便排除具有高偏倚风险的研究,结果仍保持一致。对于少弱精子症男性,与安慰剂或未治疗相比,FSH(RR = 4.9, 95% CI为1.1 ~ 21.3)显著增加SPR,而SERM联合激肽酶可显著增加精子浓度(MD = 16.5 × 106 mL–1, 95% CI为1.6 × 106 ~ 31.4 × 106),SERM联合辅酶Q10则显著改善前向活力精子(MD = 11.3%, 95% CI为7.3% ~ 15.4%)和正常形态精子(MD = 11.2%, 95% CI为 5.4% ~ 16.9%)。在不良反应方面,脂肪酸补充剂和己酮可可碱分别与口臭或味觉差(RR = 8.1, 95% CI为1.0 ~ 63.5)和呕吐(RR = 8.0, 95% CI为1.0 ~ 63.0)相关。综上所述,对于改善不育男性配偶活产率的最佳治疗方案仍然不清楚。对于所有不孕夫妇和男性少弱精症不孕夫妇,卡尼汀联合维生素和FSH方案在成功实现自然妊娠方面分别优于其他方案。其他治疗方法对妊娠结局的疗效仍需要进一步验证。

  • Article
    常宇骁, 李享, 丁磊, 杨超, 潘志远, 韩妮, 崔玉军, 智发朝, 杨瑞馥, 高宏, 毕玉晶
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    结直肠癌是全球第三大癌症。宏基因组学已被广泛用于基于细菌属或种水平的比较来分析肠道微生物群与结直肠癌之间的关系,为结直肠癌发展中的生态失调提供了证据。然而,这种分析并不能为我们提供菌株水平的信息,进而理解一种细菌在结直肠癌发生发展中菌株水平的作用。本文利用培养组学方法分离结直肠癌黏膜样本,并选择了158株大肠杆菌,通过系统发育分析和炎症诱导实验,揭示它们在基因组学和功能上的差异。基因组比较可以将这些菌株分为5个系统群。选择代表性菌株进行THP-1细胞(人白血病单核细胞)Transwell实验以及动物实验,结果显示不同菌株经刺激后,细胞因子水平有显著性差异。进一步的生物信息学分析揭示了不同系统群间单核苷酸多态性、基因和代谢途径的不同特征,这些结果有助于了解这些菌株之间的表型差异。细菌菌株在基因组学和功能上的差异表明,菌株水平上的功能差异可以进一步了解宿主与肠道细菌的相互作用机制。

  • Review
    张锦华, 吴彰钰, 余红发, 麻海燕, 达波
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    近年来钢纤维混凝土(SFRC)因对动态和冲击荷载具有优异力学响应而备受关注。现有的试验结果表明,嵌入混凝土基体中的高强度钢纤维具有很强的桥接效应,可以增强纤维与基体之间的结合力,有助于改善SFRC 开裂后性能和残余强度。为了更好地了解钢纤维在基体中的行为表现,以及进一步掌握SFRC在动态荷载作用下的失效机理,细观模拟方法已被广泛用于模拟SFRC材料和结构件的动态响应。细观模拟方法假设SFRC 由不同的细观组分组成,包括钢纤维、粗骨料、砂浆基体和界面过渡区(ITZ)。本文全面综述了动态荷载下SFRC的最新细观模型和模拟过程,系统对比了不同数值模拟研究中SFRC细观模型的生成方法,包括钢纤维、粗骨料及其之间的ITZ。全面总结了不同细观组分的材料模型及纤维与混凝土基体间的相互作用关系。此外,列举了不同动态荷载(即压缩、拉伸和接触爆炸)作用下SFRC细观模拟应用实例。最后,重点分析了现有SFRC细观模拟方法存在的不足,对于SFRC的未来研究及发展具有重要意义。

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    隋尚, 李浩胜, 李祚, 赵轩, 马良, 陈静
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    激光修复Inconel 718 高温合金通常由组织差异明显的基材区锻造组织和激光修复区熔覆组织两部分构成。其中,激光熔覆区内Laves 相的尺寸、形貌和分布对激光修复Inconel 718 高温合金的力学性能有重要影响。然而,考虑高温条件下基材区组织与性能的劣化,激光熔覆区内的Laves 相难以通过后热处理进行优化。基于此,本文提出了一种原位激光热处理(in situ laser heat-treatment, ISLHT)工艺,该方法可以通过激光加热先前的沉积层,在不影响基材区的基础上,基于优化的工艺参数,有效调控激光熔覆区内Laves 相的尺寸和形貌。本文采用热电偶和红外摄像机来监测和分析ISLHT过程中的热循环和实时温度分布,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针等观察分析微观组织结构和元素偏析。研究发现,ISLHT 工艺可以有效地改变Laves 相的形态和尺寸,使Laves 相从连续的大尺寸长条状转变为离散的细小颗粒状。其中,有效温度范围和持续时间是影响ISLHT过程中Laves 相演变的两个主要因素。有效温
    度范围由激光线能量密度决定,峰值温度随线能量密度的增加而增加。此外,可以通过同时增加激光功率和扫描速度来降低温度幅度。最后,提出了基于ISLHT 工艺进行Laves 相调控的流程图,并实现了具有细小颗粒Laves相的单壁墙试样的沉积。

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    张艳秋, 杨帆, 孙红光, 白永平, 李松伟, 邵路
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    尽管纳米多孔膜在海水淡化中引起了人们的广泛关注,但构建具有较高截留率和高渗透性的纳米多孔膜以实现高效的海水淡化过程仍然具有挑战性。本研究中,高渗透性的纳米多孔膜在葡萄糖和多巴胺的多种功能的辅助下,通过与1,3,5-苯三甲酰三氯(TMC)的界面反应来制备。葡萄糖的小分子(0.66 nm)具有高亲水性,可以扩散到膜内部进行有效反应,确保结构完整性。本文中新型超薄(44 nm)纳滤(NF)膜在5 bar(1 bar = 105 Pa)的压力下具有超高的Na2SO4通量及优异的 Na2SO4(66.5 L∙m−2∙h−1, 97.3%)和MgSO4(63.0 L∙m−2∙h−1, 92.1%)截留率,其性能远优于基于天然产物的NF膜的性能。该膜表现出优异的长期稳定性,以及卓越的酸碱稳定性和抗污染能力。这项基于膜材料和结构的设计为超越现有膜材料分离膜打开了新的大门。