水是一种有限而宝贵的资源。新加坡的国家水源有4种补给方式，其中之一是自然降水。雨水径流会收集污染物，并将其富集到排水系统和水库中。在当地雨水径流中发现的主要富营养污染物包括硝酸盐和磷酸盐，这些富营养污染物可能导致富营养化。在有植物存在的情况下，生物滞留系统可以有效去除这些污染物。本文探讨了植物特性对雨水径流中营养性污染物的植物修复作用，并将其应用于生物防护系统中。所研究的植物物种在叶绿素含量、叶片绿色的浓度、生物量的产生以及硝酸盐和磷酸盐去除方面表现出了差异。一般而言，干生物量与硝酸盐和磷酸盐的去除程度相关（r = 0.339~0.501）。本地树种的根、叶和总干生物量显示出与硝酸盐去除程度之间的中等至强相关性（r 分别为0.811、0.657和0.727）。速生植物的叶片干生物量与两种污染物的去除程度也显示出中等至强相关性（r 分别为0.707和0.609）。低生长植株的根系生物量与磷的去除有很强的相关性（r = 0.707），但与硝酸盐去除的相关性较弱（r = 0.557）。这些结果对于选择用于生物滞留系统的植物是有价值的。
2,4-二硝基茴香醚（DNAN）是用于替代2,4,6-三硝基甲苯（TNT）的钝感炸药的一种重要成分。为了研究初始pH和过氧化氢（H2O2）剂量对DNAN降解动力学和降解途径的影响，开展了DNAN的光催化H2O2氧化实验。结果显示，初始pH为4~7且H2O2剂量为1500~4500 ppm，使用UV/ H2O2处理浓度为250 ppm的DNAN溶液时，DNAN的降解服从零级反应动力学。但是，当H2O2剂量为750 ppm时，DNAN的降解服从类一级反应动力学。结果表明，DNAN易于被UV/H2O2氧化降解。当H2O2剂量为1500 ppm且初始pH为7时，3 h内DNAN浓度从250 ppm降到1 ppm以内；但3 h内总有机碳（TOC）和总碳（TC）浓度从100 ppm降到70 ppm以下，9 h后降到5 ppm以下，说明生成了其他有机化合物。这些中间产物氧化为CO2的速度慢于DNAN的氧化速度。UV/H2O2氧化过程中，生成的CO2释放到空气中，因为溶液pH迅速降低到3左右。9 h的UV/H2O2处理后，DNAN中的N绝大多数转化为硝态氮。研究表明，UV/H2O2氧化是处理DNAN废水的有效技术。
黄土高原是全球土壤侵蚀最为严重的区域之一，也是黄河泥沙的主要来源。自20世纪50年代大规模水土保持措施实施以来，该地区入黄泥沙量持续减少,流域内泥沙来源与输移机制变得更为复杂，对水土保持措施作用下的河流输沙及变异特征的研究一直是学界关注的重点。本文以水土保持治理成效最为显著的黄土丘陵沟壑区的典型区域为研究对象，采用近50年的水沙观测数据，分析水土保持作用下流域水沙关系演变。结果表明，水土保持措施的实施引发流域水沙关系的显著变化，具体表现为幂指数水沙关系中系数的减小和指数的增加，且前阶段指数增加缓慢而后期增加剧烈。幂指数的增加表征新的更加陡峭的水沙关系曲线，意味着流域年际输沙变异程度或将增强。此外，新旧水沙关系曲线存在一个临界交点，在新的水沙关系条件下，低于临界流量的径流将输移更少的泥沙，这也是该地区泥沙输移新的主导状态；然而，大于临界流量的极端径流也有可能引发更强的泥沙输移。因此，本文认为黄土高原的低泥沙输移未必是一种新常态，极端洪水条件下仍有强输沙的可能性而需增强防范。
本研究通过一种简单有效的接枝方法成功制备了亚铁氰化铜/二氧化硅/聚偏氟乙烯（CuFC/SiO2/PVDF）中空纤维膜。PVDF中空纤维膜通过SiO2中间层将CuFC纳米颗粒固定以去除Cs。分别通过扫描电子显微镜和X射线能谱仪分析了改性膜表面形貌和化学组成。3层CuFC和0.5% SiO2负载制备的CuFC/SiO2/PVDF膜具有非常高的膜渗透通量（49 L·m-2·h-1·bar-1）和Cs截留率（99.82%），且pH（4~10）的变化对Cs的去除率影响较小。改性膜可以通过NH4NO3进行多次有效再生。在1 mmol·L–1的共存竞争离子（K+和Na+）影响下，改性膜仍保持较高的除Cs效率（8 h分别为76.25%和88.67%），展现出对Cs的选择去除性。特别地， CuFC/SiO2/PVDF膜在处理含低浓度Cs（100 μg·L–1）的天然地表水和模拟水体时表现出非常优异的去除率（>90%）。因此，CuFC/SiO2/PVDF膜具有处理受Cs污染的放射性废水的工程应用潜力。
非法药物和医用药物正逐渐成为研究者关心的新兴污染物，现在已有大量研究工作评估了它们在废水中的存在情况。然而，关于这些药物在处理后的污泥或生物固体中存在情况的信息却很少。在本项研究中，我们检测了取自澳大利亚一个大型城市废水处理厂（wastewater treatment plant, WWTP）的污泥和生物固体，以此确定5种滥用药物的存在情况，其中包括作为可卡因消耗量指示剂的苯甲酰爱康宁、作为代表性非法兴奋剂的甲基苯丙胺和3,4-亚甲基二氧基甲基苯丙胺（3,4-methylenedioxy methamphetamine, MDMA），以及具有潜在环境风险的药品可待因和吗啡。通过固相萃取并由液相色谱串联质谱法（liquid chromatography-tandem mass spectrometry, LC-MS/MS）对样品进行分析。苯甲酰爱康宁和MDMA存在于原污泥中，但在固体处理过程中明显降解，且在脱水污泥（处理后）或生物固体中未检出。在所有生物固体样品中均检测到甲基苯丙胺、可待因和吗啡，平均浓度为20~50 μg·kg–1。这三种药物在生物固体中的存在表明这些化合物在固体和土壤中相对稳定，并至少可在生物固体中存在几年的时间。基于这些化合物的估计风险商（risk quotient, RQ）进行的简单环境风险评估表明，在标准的澳大利亚生物固体施用量下，与生物固体土地施用相关的潜在环境风险非常低。
地下水处理厂污泥是源自于地下水处理厂处理水过程中产生的工业废弃物。对于污泥来说，我们常规的处理方法包括排入深井、海洋或者直接在垃圾填埋场填埋，但这些方法因其对环境的影响都不具有可持续发展性。在这里，我们展示了一种新的处理策略即将污泥进行回收，仅用NaOH溶液便可以通过一步简单的水热法制得磁赤铁矿磁性吸附剂（magnetic adsorbent, MA）。经过弱磁化处理后的污泥形成了含有水铁矿、赤铁矿、石英和钠长石的混合物。随着NaOH的加入，污泥中的水铁矿转化为磁赤铁矿和赤铁矿。该条件下产生的磁性颗粒，在吸附四环素（tetracycline, TC）后容易与水分离。由于水铁矿溶解在高浓度的NaOH溶液中，使得大量的Si/Al氧化物（如石英和钠长石）溶解到液体中，从而促进了水铁矿的转化。当NaOH浓度为2 mol·L–1时，制得的吸附剂MA2的饱和磁化强度达到8.2 emu·g–1，表面位浓度为0.75 mmol·g–1。MA2对水中TC的吸附动力学符合伪二级动力学模型，等温吸附实验符合Langmuir模型。MA2对TC的最大吸附量为362.3 mg·g–1，阳离子交换为吸附的主要机制。本研究首次证明了在不添加还原剂或外加Fe源的情况下，将回收的污泥制备成MA的方法，制备的材料可作为低成本吸附剂，在含TC的废水中具有很好的吸附能力。
数千年来，中药作为一种重要的补充药物，被广泛应用于各种疾病的治疗中。然而，人们始终未能就其质量控制问题达成一致。中药不同于化学药品，后者往往具有明确且有效的质量标准。现行做法是评估众多草药和制剂中的一种（或几种）化合物的含量，以此用作质量标志物。但所评估的化合物可能既不与药物疗效密切相关，也不具有整体代表性。本文基于临床用途、复方配伍以及中药的生产工艺，对之前提出的中药质量标志物的新概念进行了进一步讨论。同时，还阐述了用于中药（包括草药、炮制品和制剂）定性和定量分析的实用技术方法，以促进发现和鉴定用作质量标志物的特定化学物质，由此形成新的质量控制模式。此外，本文还描述了目前中药质量控制领域所取得的进展。这些进展为中药质量控制的前景提供了有用信息。
类风湿关节炎（RA）是一种常见的自身免疫性疾病，病因难以捉摸。常规和生物疾病缓解药物有时会失效或仅产生部分反应。中药（TCM）长期以来一直在中国用作RA的治疗方法，并在世界范围内得到越来越多的接受。传统上，中医治疗以中医辨证论治为指导。但是，它们仍然依赖于中医理论和医生进行经验实践
本草基因组学是中药研究与开发的一个新兴领域。它将中药研究与基因组学相结合，有助于建立中药的科学有效性，使其在医学领域得到更广泛的应用。鼠尾草属（Salvia. Linn.）是唇形科的一个大属，包括很多重要的药用植物。在本草基因组学研究中，我们对两种被用作丹参替代品的鼠尾草属物种——甘西鼠尾草（S. przewalskii）、戟叶鼠尾草（S. bulleyana）——的叶绿体（cp）全基因组进行了测序，并与另外两种已有叶绿体全基因组公布的鼠尾草——丹参（S. miltiorrhiza）和鼠尾草（S. japonica）——的叶绿体全基因组进行了比较。比较内容为基因组结构、基因数目、类型和重复序列。注释结果表明，本研究中的两种鼠尾草均含有114个独有基因，其中蛋白编码基因80个，转运RNA（tRNA）基因30个，核糖体RNA（rRNA）基因4个。重复序列分析显示，两种鼠尾草叶绿体基因组都含有21条正向重复序列和22条回文重复序列，甘西鼠尾草和戟叶鼠尾草分别有17条和21条串联重复序列。对4种鼠尾草叶绿体基因组的同源性比较表明，其编码区具有高度的序列相似性，而基因间隔区域具有较高的差异。序列比对和单核苷酸多态（SNP）分析发现了一些可以鉴定鼠尾草属物种的候选片段，如trnV-ndhC、trnQ-rps16、atpI-atpH、psbA-ycf3等基因间区和ycf1、rpoC2、ndhF、matK、rpoB、rpoA、accD等基因。所有的结果——包括重复序列和SNP位点，反向重复（IR）区域边界，以及系统发育分析——都表明，从遗传学角度来看，甘西鼠尾草和戟叶鼠尾草是极其相似的。本文报道的两种鼠尾草的叶绿体基因组序列将为鼠尾草属药用植物的育种、物种鉴定、系统进化和叶绿体基因工程研究奠定基础。
2型糖尿病（T2DM）的患病率在全球范围内呈迅速上升趋势。因通用干预措施收效甚微，所以疾病研究的重点已经转向个性化策略，特别是疾病的早期阶段的个性化策略。中医基于系统观建立并结合了个性化策略，提高了我们对个性化诊断的认识。从系统生物学的角度，例如将代谢组学与其他系统性诊断方法（如超微弱发光）相结合，可提高对个性化诊断的理解，同时为此类个性化诊疗策略提供生化相关物质基础。在本研究中，我们研究了44名处于2型糖尿病前期的受试者的血浆代谢组学，探讨了基于以下中医亚型进行疾病早期分型的可行性：气阴两虚、气阴两虚挟痰湿、气阴两虚挟血瘀。此外，通过血浆代谢组学和超微弱发光在中医亚分型方面的关系，获得体内生化参数与体外表征参数的关联性信息，从而尝试对疾病亚型分类及判断有更深一步的阐释。结果表明，血浆代谢物的主成分分析揭示了从中医角度划分的2型糖尿病前期不同亚型之间的差异性。对于3种2型糖尿病前期亚型，相对含量较高的脂质（如胆固醇酯和甘油三酯）是鉴别其中之二的重要元素，并且可能与较高的心血管疾病风险相关。血浆代谢组学数据表明，血脂谱是超微弱发光在2型糖尿病亚型分型中收集的重要组成部分。结果表明，2型糖尿病前期的不同中医亚型之间存在代谢差异，可通过血浆代谢物分析来区分这些亚型，血浆代谢组学为系统性超微弱发光体表测量提供了生化参数相关依据。
探索复杂系统背后的物理机制并加以有效利用，是处理各类复杂事物的普适性方法。大数据的兴起与计算能力的提升，加之优化算法的改进，触发了以深度学习为驱动的人工智能变革，并在多个应用领域取得了突破性进展。然而，深度学习难以揭示所解决问题的底层逻辑和物理内涵，进而阻碍了其进一步发展。介科学提出了理解复杂系统时空多尺度结构的原理和方法，已在多个领域见到成效。本文提出'基于介科学的人工智能'研究范式，将介科学原理和方法应用于深度学习模型设计，旨在弥补其模型脱离问题物理原型这一根本性问题，探索人工智能可持续发展的有效途径。
长期以来，在拥挤场景中检测异常事件都是一项具有挑战性的任务。为解决这一问题，本文提出了一种名叫异常事件检测网络（AED-Net）的自监督框架，它由主成分分析网络（PCANet）和核主成分分析（kPCA）组成。该框架以不同场景的监控视频序列为原始数据，通过训练PCANet以提取人群情况的高级语义。kPCA可作为一种单类分类器，被用于识别场景中的异常事件。与目前流行的一些深度学习方法相比，该框架完全是自监督的，因为它只使用正常情况下的视频序列。通过对明尼苏达大学公共监测人类活动数据集（UMN数据集）和加州大学圣地亚哥分校监测异常数据集（UCSD数据集）进行全局和局部异常事件进行检测发现，与其他最先进的方法相比，该方法具有更好的等误差率（EER）和曲线下面积（AUC）。此外，通过增加局部响应归一化（LRN）层，我们对原有的AED-Net进行了改进。结果表明，该改进版在提高框架的泛化能力方面表现出更好的性能。
中东呼吸综合征（MERS）是由一种新型冠状病毒——中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV）引起的病毒性呼吸道疾病，病死率高。然而，MERS-CoV感染人类的机制仍不清楚。除了完整人免疫球蛋白G（IgG）多克隆抗体（SAB-301）的安全性和耐受性得到一定的验证之外，目前尚无其他针对MERS-CoV的有效的预防性疫苗或抗体特效治疗手段。尽管目前正在研究病毒的快速诊断技术并加强公共卫生的管理，但感染MERS-CoV的病例仍在不断出现。因此，需要实施各种有效措施防止疫情恶化。进一步研究病毒的流行病学特征和发病机制，以及开发有效的抗MERS-CoV感染的治疗和预防性药物是十分必要的。为此，我们需要明确MERS-CoV各种蛋白的详细信息。在文中论述了MERS-CoV的主要结构蛋白和非结构蛋白，并总结了抑制MERS-CoV感染的各种潜在的策略。计算生物学和病毒学的结合可以促进抗MERS-CoV的有效肽治疗剂的设计和开发。总之，本文提供了遏制MERS进展（从预防到治疗）的重要信息。
通过功能磁共振成像（fMRI）进行大脑编码和解码是视觉神经科学的两个重要方面。尽管以前的研究人员在大脑编码和解码模型方面取得了显著进步，但是现有方法仍需要使用先进的机器学习技术进行改进。例如，传统方法通常会分别构建编码和解码模型，并且容易对小型数据集过度拟合。实际上，有效地统一编码和解码过程可以进行更准确的预测。在本文中，我们首先回顾了现有的编码和解码方法，并讨论了'双向'建模策略的潜在优势。接下来，在体系结构和计算规则方面，我们证明了深度神经网络和人类视觉通路之间存在的对应关系。此外，深度生成模型[如变分自编码器（VAE）和生成对抗网络（GAN）]在大脑编码和解码研究中产生了可喜的成果。最后，我们提出了最初为机器翻译任务设计的对偶学习方法，该方法通过利用大规模未配对数据提高了编码和解码模型的效果。
减少车辆内部的热量积累并确保适当的车辆温度水平可以提高车辆的燃油经济性、行驶里程、可靠性、使用寿命、乘客舒适度和安全性。随着新技术、消费者需求、社会关注和政府法规的出现和发展，汽车热管理的改善仍然是关键。本文总结了汽车热管理技术和建模的最新进展，重点研究了三个关键领域：汽车舱室、电子设备和外部部件。所涵盖的有关舱室的主题包括减少热负荷和改善暖通空调（heating, ventilation, and air-conditioning, HVAC）系统的方法；以及窗户玻璃/着色和车辆表面处理方面的改善。讨论了关于电子设备的热管理，包括电池和绝缘栅双极晶体管（insulatedgate bipolar transistor, IGBT），以及采用热管、散热器、射流冲击、强制对流和相变材料的主动和被动降温方法。最后，在考虑阻力/摩擦力和环境影响的情况下，回顾了建立和增强车辆外部部件传热模型的工作。尽管我们在汽车热管理领域取得了一定的进步，但挑战仍然存在；本文对主要问题进行了概括，并提出了进一步研究的建议。
废物处置和能源危机是大多数国家面临的重要挑战。水果加工业每天产生数吨废物，其中大部分来自香蕉农场。厌氧消化（AD）技术已被应用于废水、污泥、食物垃圾和农业剩余物的处理，其主要目的是生产能源和消除废物。本研究探讨有机负荷（OL）和牛粪（CM）添加对处理香蕉皮废料（BPW）时AD性能的影响。在OL为每升18 g和22 g挥发性固体（gvs）时，CM含量为10%、20%和30%的香蕉皮（BP）每日最大沼气产量分别为50.20 mL·gvs–1、48.66 mL·gvs–1、62.78 mL·gvs–1和40.49 mL·gvs–1、29.57 mL·gvs–1、46.54 mL·gvs–1。然而，每日沼气产量与OL或CM含量没有明显的相关性。此外，动力学分析表明，一阶模型和锥体模型的动力学参数受工艺参数的影响。