呼吸道传染病气溶胶传染致病机理及预测方法

近十多年来,多次爆发的呼吸道传染病反复说明了控制呼吸道传染病的重要性.病人呼出的微生物气溶胶包含大量携带病原体的飞沫和飞沫核,它们是呼吸道传染病传播的重要载体.本文就病人呼出气溶胶的蒸发、散布特性及微生物在其中的凋亡特性展开了讨论,总结了呼出气溶胶散布机理以及预测方法的研究进展,特别是2003年严重急性呼吸综合征(SARS)爆发后的多学科综合研究进展.阐述了飞沫传播、短距离空气传播和长距离空气传播疾病的传播特性、致病机理和相关的风险预测模型,并根据致病机理给出了感控预防措施.本综述更新了目前对呼吸道传播疾病的理解,为制定呼吸道传染病的预防和控制措施打下基础.     

霾污染天气大气微生物气溶胶特性的研究进展

自从2013年以来,中国霾事件频发,霾污染已经成为全国人民广泛关注的环境问题之一.霾污染的本质是大气细颗粒物污染.大气颗粒物的生物成分(即生物气溶胶)与其化学成分一样,不仅对空气质量和人群健康具有潜在威胁,而且对全球气候变化以及大气物理化学过程也具有间接影响.然而,目前学术界对大气颗粒物的生物成分及其性质的研究相对滞后,尤其是对霾污染天气大气颗粒物中微生物的多样性、丰度及其时空变异特性等基本科学问题认识不足.因此,本文综述了目前霾污染天气大气微生物气溶胶的研究现状,结合我们的研究着重阐述了在不同霾污染程度下生物气溶胶的浓度、粒径分布与群落结构特性,以及空气污染和环境因子对生物气溶胶分布的影响机理等方面存在的问题.最后,给出了未来霾污染过程生物气溶胶研究应主要开展的5个方面的工作展望,以期为深入理解霾天生物气溶胶的来源、变化机理以及评估不同空气质量的健康影响提供参考.     

集成微流控芯片

作为一种能够在微米级尺度操纵液体的新兴技术, 微流控芯片已经受到科学家们的广泛关注. 高密度集成的微流控芯片装置可以实现高通量并行化的实验以及多种操作单元的功能一体化, 作为一种新的方法学平台, 已经越来越多地应用于化学和生命科学的研究中. 本文着重介绍了集成化微流控芯片装置的基本概念、构建方法、及其在细胞生物学、分子生物学以及化学合成应用研究中的最新进展, 尤其强调了集成微流控芯片系统在传统方法难以达成或实现的单细胞和高通量的研究中的优势, 展望了集成化微流控芯片在化学以及生命科学中的应用前景.     

室内空气中致病微生物的种类及检测技术概述

生物气溶胶是存在于空气中的微小生物组分,主要包含各类真菌、细菌及其代谢产物、病毒、花粉等.室内空气中生物气溶胶含有丰富的致病成分,并且这些致病成分已经引发了各种健康问题,因此受到了人们的广泛关注.各类流行性疾病的发生也促使研究者更加致力于生物气溶胶的相关研究工作.探究室内空气中的致病微生物的种类分布、可能的释放源头以及有效的检测方法,对降低生物气溶胶危害风险、实现室内致病性生物气溶胶的有效控制有重要意义.本文将从室内空气生物气溶胶可引发的疾病角度对其种类和危害展开概述,同时,也对室内生物气溶胶的可能来源以及检测方法进行了详细的讨论,旨在帮助人们了解室内生物气溶胶与人类健康之间的关系,同时为相关微生物的重点检测和防治提供有价值的信息.     

基于微流控技术的高通量材料合成、表征及测试平台

随着微流控技术的不断发展以及传统实验方法所暴露出的种种弊端,人们迫切希望微流控技术可以将传统实验室中的实验操作过程如样品预处理、混合、反应、萃取、分离、表征和检测等集中在一个芯片上,以微流控芯片代替传统实验室。这种高通量的实验方法将显著提高反应效率,增加产量,从而不但实现高通量材料的合成、表征与检测,也进一步促进了平台的集成化、微型化、自动化和便携化的发展。     

基于微流控芯片的细胞迁移

细胞迁移在血管再生、伤口愈合、炎症反应、胚胎发育等多种生理和病理过程中起到关键作用.细胞迁移研究中,传统的研究方法无法满足高通量的需求,且大多是单因素检测,难以综合考虑细胞基质、浓度梯度等多参数对细胞迁移的影响.微流控芯片分析是当前的科技前沿领域之一,其作为细胞迁移研究新的技术平台,一方面具有集成度高、灵敏度高、高通量、试剂消耗少等优势,快速实现大规模分析;另一方面芯片中微米级的通道结构可精确控制物质浓度梯度和微流体,调节溶液温度和pH等细胞微环境要素,更真实模拟细胞体内生长微环境,并完成实时监测.微流控芯片已经被广泛应用于细胞迁移研究,其模型分为二维(2D)和三维(3D)2大类,分别从平面培养和立体生长的角度,研究不同因子浓度梯度、电刺激或细胞间相互作用等条件对细胞迁移行为的影响,打破了传统方法的局限性,促进了生物及医学等领域的研究.本文介绍了微流控芯片在细胞迁移研究中应用的最新进展,重点综述了研究细胞迁移的2D和3D微流控芯片,并讨论了各类微流控芯片的优缺点.     

上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所介绍

正上海大学材料基因组工程研究院智能材料及应用技术研究所是致力于电流变液、高通量液滴微流控、快速即时检测芯片等领域的研发,融合材料、化学、物理和生物等专业人才,具有跟踪国际学术前沿、跨学科研究的专业性科研机构。研究所拥有2 000余平米的专业实验室研发基地,前期投入各类专业设备2 000余万元,配备微纳米加工超净实验室、微流控实验室、生物洁净实验室、智能材料研发     

本期专题简介

正微流控技术是一种利用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为10~(-9)~10~(-18)L)系统的技术,涉及到工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域。目前,微流控技术在众多领域具有巨大的发展潜力和广泛的应用前景。本期刊载的"微流控与材料"专题介绍了功能软物质材料及其在微流控领域的应用、基于微流控技术的高通量材料研究以及基于微流控液滴技术的载药缓释微球研究进展。     

香山科学会议点亮生物气溶胶研究

正生物气溶胶呼吸暴露后能导致各种呼吸系统疾病包括传染性非典型肺炎(SARS)、H1N1、哮喘等.近年来,由于局部地区军事冲突风险增强,生物气溶胶形式包括可能基因编辑过的高致病病原体的生物战、生物恐怖的危险也剧增,对人类社会的和平与稳定构成了巨大威胁.美国在"911"炭疽恐怖袭击后,专门设立"生物盾牌计划",耗资逾1000亿美金,在生物恐怖预警、疾病     

影响我国霾天气的多尺度过程

频发的霾天气是我国现阶段面临的最主要大气环境问题之一.霾期间高浓度大气细颗粒物(PM_(2.5))是多种物理化学过程综合影响的结果,包括排放、气-粒转化、大气边界层、局地环流、天气与气候等过程.上述过程的时空尺度跨越了几个数量级,在空间尺度上涵盖了纳米尺度至上千千米尺度.多尺度过程本身的复杂性以及不同过程之间的相互影响是目前大气环境领域面临的最严峻挑战,直接影响到对于霾天气形成机制的科学认识、预报技术与数值模式研发,以及相应的大气污染治理.文章综述了在影响我国霾天气的多尺度过程及其与气溶胶的相互作用领域取得的研究进展.研究表明:二次气溶胶已经成为我国大气气溶胶的主要部分,在霾过程后期,液相非均相过程对气-粒转化有重要贡献; PM_(2.5)呈现多时间尺度周期性振荡,包括1, 4～7以及40～60 d等,边界层、天气和气候等多尺度过程是造成上述周期性变化的主因;已有证据表明,我国高气溶胶已经影响到该区域大气光化学、大气边界层,甚至天气和气候过程.气溶胶与上述过程的相互作用进一步影响了气溶胶浓度及其空间分布,但是此问题极为复杂,尚存在很大不确定性.为此,今后需重点加强以下研究:加强包含气溶胶理化性质、大气光化学、气象要素在内的多要素协同观测,重点开展对流层内多要素协同垂直探测;增强跨学科领域研究,尤其是大气物理-大气化学-天气/气候等多学科间的交叉性研究;加强气溶胶与大气化学、边界层、天气气候等过程相互作用的数值模拟研究.     

大气颗粒物生物化学组分的促炎症效应研究进展

大气污染物暴露与呼吸系统疾病、心脑血管疾病、神经退化性疾病之间的关系,已被大量流行病学和基于动物、细胞的毒理学所确认.促炎症效应是污染物尤其是颗粒物影响健康的重要机制之一.然而,颗粒物通过何种过程引起炎症效应,哪些组分是促炎症效应的关键因子,依然不清楚.多环芳烃、重金属等化学组分对颗粒物促炎症效应的贡献已有大量报道.细菌、真菌、病毒、花粉等微生物及其碎片构成的生物气溶胶,基于其配体特征,在激活免疫系统引起炎症反应方面有独有的"优势".但由于对生物气溶胶进行在线监测分析有较大困难,导致缺乏对其种类、浓度等特征的全面了解,从而限制了对颗粒物中生物组分促炎症效应的认识.本文简单总结了大气颗粒物的促炎症效应,从炎症效应机制、不同组分的炎症效应及生物化学组分协同作用3个方面进行了归纳,并提出了开展大气污染健康效应研究的几点新的研究思路和方向建议.     

空调通风系统对室内微生物气溶胶的影响

现代建筑中的空调通风系统不可避免地接触输送到室内环境的空气,而该系统对微生物空气质量的影响直接关系到室内人员的健康.本文通过对大量的相关文献进行总结与归纳,将空调通风系统对微生物气溶胶的影响分为两种:一是空调通风系统的主要组分对微生物气溶胶的影响,具体指其组分直接降低或者增加室内微生物气溶胶的浓度;另一个是空调通风系统在运行过程中对室内微生物气溶胶的影响,既包括通风率、气流组织等参数对微生物气溶胶的影响,也包括该系统作为一条通道可将空气中已有的微生物从某一室内环境扩散到更多的室内环境.另外,本文通过分析空调通风系统污染室内空气的条件(如组分周围的物理和化学环境条件),提出相应的控制措施,如定期清理过滤器和通风管道等组分、及时去除热交换器和加湿器上的水分等,可以减少空调通风系统引起的微生物污染,从而保护室内人员的健康.     

快速发展的生物气溶胶学科

正生物气溶胶是指悬浮于空气中的细菌、病毒、真菌及化学毒素等,主要来源于地面植被、海洋、人类活动以及动物等的排放.生物气溶胶的呼吸暴露有可能导致各种呼吸系统疾病包括传染性非典型肺炎(SARS)、H1N1、哮喘、过敏等.例如,1918年爆发的H1N1流感使得全球5000万人死亡,100年后它所导致的下呼吸道感染仍然是人类第四大杀手.据世界卫生组织统计,每年近300万人因此丧生,而对低龄儿童来说更是首     

基于特征基因识别的食源性致病微生物快速检测技术新进展

目前,由食源性致病微生物引发的食品安全问题备受社会的关注.基于特征基因识别的食源性致病微生物的检测方法,由于其识别对象在体外具有稳定且易于扩增等优点,因而特异性和灵敏度较好,其应用范围也越来越广泛.本文综述了近些年基于特征基因识别检测食源性致病微生物的新方法,总结了作者研究小组围绕电化学发光和微流控技术在开展快速检测食源性致病微生物工作中取得的新进展,最后对此类技术的发展方向进行了展望.     

导电微纤维的微流控制备及其在柔性电子领域的应用

柔性电子是一种新兴的电子技术.近年来,随着电子材料研究的深入,柔性电子已成功地与多个学科领域结合,成为跨学科研究的热门领域之一.与传统的刚性电子产品相比,柔性电子在轻便性、生物相容性、可穿戴性、机械稳定性和灵活性等方面展现出极大的优势.而纤维材料作为柔性电子系统的基础结构之一,其具有质量轻、机械柔韧性好、功能性多样的优点,在柔性电子膜、纺织品、可穿戴设备等多个行业中发挥着重要作用.在多种纤维制备方式中,微流控可以实现对微通道流体的精准操控,被证实可以实现多样化结构微纤维的制备.随着理论研究的深入和技术工艺的革新,微流控技术被认为是一种经济而有力的用于制造柔性导电微纤维的工具,并推动了其在柔性电子器件如传感器、储能器等方面的应用.因此,本文首先总结微流控纺丝技术在导电微纤维制备领域的研究进展,包括实心结构、核壳结构及多组分结构微纤维的制备;然后,重点介绍导电微纤维在传感、能量存储、组织工程等柔性电子领域的应用进展;最后,针对导电纤维用于柔性电子领域将面临的挑战和发展方向进行展望.     

冬季风输送大气颗粒物与东海赤潮的潜在关系

将大气科学的数值诊断与生物地球化学方法相结合, 在深入研究2005~2006年春夏季东海赤潮事件与气溶胶时空关系并对两个测点大气颗粒物(TSP)连续监测的基础上, 建立了季风与东海赤潮的潜在关系模型. 结果表明, 在研究年内东海的每一次赤潮均与随气流下沉的、来自西北(冬季风的方向)的气溶胶密切相关, 杭州和天台两地TSP中元素丰度与当地土壤背景有较大差异, 表明大气颗粒主要由冬季风带入, 大气颗粒物中铁和磷的含量呈显著相关性, 它们主要存在于颗粒间的胶结物中, 赤潮藻对铁和磷限制性吸收与光照强度有关. 这些研究结果为揭示东海赤潮频发机理提供了新的信息, 也为通过监测来自西北的气溶胶和垂直气流来预警预报东海赤潮提供了科学依据.     

深圳市冬季黑碳气溶胶的粒径分布和混合态特征

黑碳(BC)气溶胶的气候效应和环境效应是当今科学界的研究热点. BC 气溶胶的粒径分布及混合态对其光吸收和其他理化性质有很大影响, 但是受仪器分析技术的限制, 目前国内外均鲜有对单个BC 粒子大小及混合态连续观测的研究. 本研究利用新型的单颗粒黑碳光度计(SP2), 对2009 年1~2 月深圳市BC 气溶胶的质量浓度、粒径分布及单颗粒混合态进行连续在线观测. 结果表明: 观测期间BC浓度均值为6.24 μg/m³; 其质量粒径分布呈单峰型, 峰值位于211 nm; 内混态BC(127~264 nm 粒径段内)质量比例为32.4%. 内混态BC 比例随粒径变化趋势与表面积浓度的粒径分布趋势相似, 说明内混态BC 形成与大气中的气-固转化过程密切相关. 外混态BC 浓度与NO_x 高度相关, 并随大气边界层高度变化而呈现白天低、夜间高, 这些特征都说明外混态BC 与本地机动车等燃烧源的新鲜排放密切相关; 内混态BC 浓度的日变化相对平缓, 指示出其来自区域传输的特征. 反向轨迹分析也表明, 内混态BC 比例与气团老化程度有显著的对应关系. 本研究有助于深入认识我国大气BC 气溶胶污染的本质及来源特征, 并为准确评估BC 气溶胶在辐射强迫和气候变化中的作用提供关键的支撑数据.     

螨类与公害监测

为监测地面上的公害,常利用高等植物、哺乳类、鸟类及部分昆虫,而对水域的公害则利用硅藻、水草、细菌、水生昆虫、浮游生物以及鱼类等作为有效的生物指标,而且已有很多的研究。最近对陆地地面下土壤中的生物作为一种新的生物指标,引起科学界及环境保护科学工作者极大注意。由于对大气、地上、地下以及水域的环境破坏与污染日趋严重,联合     

环境中硒的迁移、微生物转化及纳米硒应用研究进展

硒,人类及动物不可或缺的微量元素之一,在地球化学循环中扮演着重要角色.自然界中的硒通过风化作用从磷化岩、煤矿等富硒源中释放,经沉降、挥发、大气循环、生物作用等方式在生态系统中迁移转化.在众多迁移转化途径中,微生物对硒的转化尤为重要,主要包括异化还原、同化还原、氧化、甲基化和去甲基化5种方式.其中,异化还原是去除环境介质中SeO_4~(2-)及SeO_3~(2-)的主要方式,产物纳米硒(SeNPs)凭借独特的物理化学性质广泛应用于电子、医学、环境修复等领域.然而,关于生物源SeNPs合成的过程调控、机制解析,乃至生物信息学相关研究尚处于初步探索阶段.因此,本文综述了硒在环境中的迁移转化过程,着重阐述了微生物对硒的转化机理,以及生物合成SeNPs在化学传感器、抗癌领域及催化领域的应用,旨在为揭示硒元素的地球化学循环、微生物转化机制,及拓宽生物SeNPs的应用领域提供必要的信息及理论参考.     

微尺度电动混合混沌反控制方法

针对被动式混沌微混合器受控性差且加工难度大等缺点,基于广义混沌同步理论,提出了一种运用混沌电场对微流控芯片有序层流流体进行主动混合的电动混沌反控制方法.该方法将Duffing混沌模型施加于微流控芯片混合室的壁面电极,结合微流控芯片微混合室建立控制模型,采用Rosenstein小数据量混沌评价法对流体混沌效果量化评价,进一步优化Duffing混沌反控制算法模型参数.对优化后的混合混沌反控制算法与传统正余弦控制算法进行性能分析.研究结果表明,优化后Duffing算法控制流体进入混沌状态的时间比传统正余弦算法提前了约27.3%,最大Lyapunov指数提高约25%,说明该方法有效地提高了微流控芯片微混合器的混沌混合效果.