生物分子介电常数计算初探

目前已知的部分生物大分子的介电常数基本都是由实验加以测定的。本文对DNA等生物分子的介电常数进行了理论计算。得出与实验结果较为接近的结论。且较园满地介释了DNA分子在生物体内的功能     

基于链置换神经网络的印刷体汉字数字识别

链置换技术是一种体外恒温无酶的分子计算技术,近年来已成为DNA计算领域的常用技术,而人工神经网络是一种模仿生物神经网络结构和功能的计算模型。基于链置换技术可以用生物分子构建神经网络,并作为分类器用于执行各种模式识别任务。文章以链置换逻辑门为基础,构建了一个赢家通吃的分子神经网络计算系统,完成了印刷体汉字数字的模式识别任务。首先将代表数字模式的图片转化成用DNA序列编码的分子数据,再将人工合成的DNA数据链输入到分子神经网络计算系统中,该网络能够利用DNA链置换技术执行生物分子计算,从而实现对输入DNA数据模式的分类,最终的分类结果将会通过荧光分子修饰单链DNA输出,并通过光电信号转换自动识别。仿真实验和生物实验证明了基于链置换的分子神经网络可以出色地完成印刷体汉字数字识别的任务。     

手机辐射生物效应的量子理论研究

介绍了手机辐射生物效应的研究近况,并列举了一些相关的研究与实验.回顾了以往生物效应的理论研究成果,指出用经典理论解释微观现象可能不准确,方法有待改进.文章提出在微观领域,即细胞核内用量子理论来分析DNA分子与外加电磁波作用的观点.指出电磁生物效应的原因之一是由于DNA分子受外加电磁波的作用,分子能级结构发生改变.给出了量子理论的公式推导和量子效应解释,最后指出微波辐射和DNA分子作用的结果,可能是一种属于"时间长、见效慢"的生物效应.     

一种基于DNA自组装模型求解最大团问题的算法

基于tiles理论模型和已有DNA自组装模型,结合最大团问题给出基于DNA自组装模型的算法设计,得到具体设计初始分子、规则分子和检测分子所需的DAE块种类.在此基础上采用荧光标记和凝胶电泳生物操作提出了一种求解最大团问题算法.该算法设计tiles的种类为Θ(n2+|E|),其生物操作复杂性为Θ(1).此算法降低了实验的复杂度,而且保证了实验的易操作性和结果的准确性。     

“生物分子在纳通道中的输运及调控”年度报告

为了实现基于纳米孔的低成本超快速DNA测序,需要研究受限空间内聚合物分子的构象机制、摩擦特性,同时要发展流体动力学模型以描述受限空间内生物分子的输运规律。在该年度,我们进一步发展了粗粒化分子动力学模拟模型,开展跨尺度流体动力学建模和计算,并且利用单分子力谱直接探测DNA的单分子界面摩擦力。主要研究结果如下:对DNA分子在石墨烯纳孔和氧化石墨烯纳孔中的穿孔过程进行了研究,发现氧化石墨烯纳孔有可能实现单链DNA分子的逐个碱基过孔;实验研究了多价离子溶液中的纳孔振荡电流信号、离子在纳尺度受限空间中的扩散系数以及低浓度下表面电荷平衡过程对扩散的影响,获得了多个重要结果;进行了纳米颗粒的过孔实验,获得颗粒过孔信号,同时发展了能更准确地预测纳孔介入电阻的理论模型;测量了不同Na Cl浓度下DNA的摩擦行为,发现随着浓度增加,DNA摩擦力减少,而DNA在低浓度下显示出较为舒展的构象;发现长链DNA分子具有更舒展的构象,同时链长对DNA摩擦力的影响不大;单分子力谱研究表明,双链DNA在重水和普通水缓冲溶液中的力学稳定性无显著性差异,而双链DNA在甲醇中会自动解螺旋,形成单链DNA。这些研究将加深我们对于DNA等生物分子在受限空间内受力的科学认识,为DNA分子过孔测序技术的发展提供理论依据和设计指导。     

DNA计算研究的新进展

DNA计算(DNA computing)是伴随着分子生物学的兴起和发展而出现的．作为一种全新的算法，DNA计算显示了其进行复杂运算的可行性．该文介绍DNA计算的机理，探讨了目前DNA计算的研究进展，并介绍了表面固定的生物计算和由输入DNA分子同时提供数据和燃料的生物分子自动机．     

NDA分子双螺旋结构的扫描隧道显微镜（STM）观测

用自制的STM,经高序定向热解石墨（HOPG）对扫描组件进行定标后,采用展开法制样,在常温常压的自然条件下,对猪脾DNA分子进行了观测研究。得到了石墨表面清晰折原子分辩图象以及猪脾DNA分子双螺旋结构的STM形貌图。介绍了生物样品的制备方法,对实验结果进行了分析和讨论。     

DNA分子在云母表面拉直技术的研究

对DNA分子的生物、物理和化学性质的很多研究,都要求对单个DNA分子的性质进行深入探索,实现DNA分子在基底表面上的拉直是对其深入研究的物理基础。文章在APS溶液处理过的云母片表面,通过不同的方法完成了对DNA分子的拉直操作,利用原予力显微镜对拉直后的DNA分子进行了表征,获得了DNA分子拉直后的形貌,并对每种拉直方法进行了比较和讨论。     

DNA分子标记在猫科动物系统发生关系研究中的应用

DNA分子标记的广泛应用,使得系统进化、生物地理、群体遗传及人类学等领域的研究得到前所未有的发展.猫科动物分子系统发育关系的重建是目前猫科动物DNA研究的主要方向,进而可以从DNA分子水平上研究猫科动物的进化过程及系统发育关系的本质.本文对DNA分子标记在猫科动物分子系统学中的部分研究成果做了概括.     

无标记生物检测中微悬臂层合梁的纳米热机变形

以无标记生物检测引起的探针挠度为未知量,放弃单向受力假设,建立了在杂交表面应力和热载荷作用下生物探针纳米力学行为的连续介质力学层合梁模型.分别采用线性和均匀温度场模拟了生物探针在生物化学反应中的瞬态和稳态温度分布,从而解释了Fritz有关DNA分子杂交实验中的双金属效应.     

立方格子导电球的有效介电常数的频率依赖性

利用Maxwell-Wagner模型,同时采用John Lam在磁流变体中研究磁导率的迭代方法,研究了电流变体中3种结构的立方格子导电球的有效介电常数与频率的依赖关系.结果发现,有效介电常数依赖于外加电场的频率,在高频条件下ω≥0.1-1 kHz,有效介电常数依赖于导电球与流体的介电常数比,而在低频或直流条件下,是电导率起主要作用.所得结果与相关实验结果基本吻合.     

超高频(UHF)范围内沉积岩的介电特性

本文给出了在实验室用同轴测量线装置测得的沉积岩岩石样品的介电常数,分析了取自胜利油田的三类岩石样品的测量结果。讨论了岩石介电常数与频率、孔隙度、孔隙水的矿化度等的关系,提出对不同岩石类别应取的介电常数值,给出了计算孔隙度公式。所得出的结论对电磁波传播测井曲线的解释和电磁波传播测井仪器的设计有一定意义。     

电流变液的固态结构

电流变体系在外场作用下形成一定的固态结构,而其性能与所形成的结构密切相关.不考虑体系非静电力时,体系自由能为静电能的负值,而静电能与有效介电常数成正比.基于Maxwell-Wagner模型,推导出有效介电常数关于颗粒体积比的一系列正幂项解析表达式,计算球颗粒悬浮于介质或导电液体中构成的3种立方结构的有效介电常数.计算结果表明:电流变体系中球颗粒为介质球或是导体球构成3种立方结构中FCC结构具有最低的自由能.电流变液在由液相向固相转变的过程中,形成的固态结构为FCC结构.     

层状复合体系介电谱的数值模拟

为定量研究层状复合体系介电谱,基于微元法思想,提出了数值模拟该体系介电谱的方法,即将体系内电参数非均匀分布层分割为若干个电参数均匀分布的薄层,通过求解体系的复电导而得到体系的介电谱的数值解。以层内电导率和介电常数呈线性分布的介电谱为例,研究结果表明,数值模拟结果与理论解析结果一致。浓差极化层的压力驱动膜分离体系的模拟显示,该数值模拟方法可以研究复杂电参数分布情况时体系的介电谱,并发现该体系电导的频率依存性受原料液通量变化影响显著,体系弛豫个数随着通量的增加而减少。     

Bi2O3-ZnO-Nb2O5系陶瓷介电常数及温度系数的优化

研究了Bi2 O3 ZnO Nb2 O5 (BZN)系复相区陶瓷介电常数的温度稳定性及其温度系数的优化 .讨论了不同的预烧工艺以及掺杂不同晶型的TiO2 对所得BZN系陶瓷的相组成以及介电性能的影响 .结果表明 ,预烧工艺中合理的预烧升温速率的选择 ,对其介电常数的温度稳定性有决定性影响 ,锐钛型TiO2 的掺杂可优化温度系数 ,得到介电性能优异的BZN陶瓷 .     

单晶 LiTaO3 折射率和声学物理常数的布里渊散射

通过布里渊散射技术, 在背散射几何设置下, 原位获得了钽酸锂(LiTaO₃)单晶样品的折射率. 结合对称散射几何设置, 通过对同一块 X-cut LiTaO₃ 单晶样品进行测试, 得到了其全部独立的声学物理常数(6 个弹性常数、4 个压 电常数和 2 个介电常数). 实验结果与文献报道结果吻合很好.     

Experimental research and statistical analysis on the dielectric properties of lunar soil simulators

To support the microwave brightness data retrieval of future China space-borne lunar exploration microwave radiometer, based on the collection of plentiful terrestrial basalts and anorthosites and their chemical compositions got by X-ray fluorescence, nine lunar soil simulators were prepared and made respectively into 0.8, 1.0, 1.2, 1.4 and 1.6 g/cm3 five densities each. We measured their relative dielectric constants over the range of 0.5-20 GHz with open-ended coaxial line model on the HP8722C Network Analyzer and then processed and analyzed the measurement data. This study shows that among the three parameters of density, frequency and composition, density has the strongest effect on the relative dielectric constants, frequency comes second, composition the least. The three parameters account for 45%, 33% and 22% respectively of the changed real part of a relative dielectric constant, and 55%, 27% and 19% respectively of the changed imaginary part. The real parts of the relative dielectric constants are linearly linearly correlated with density or frequency, and the imaginary parts have a linear relation with both approximately over the range of 0.5-10 GHz and tend to be poorly correlated with them in 10-20 GHz. The effect of composition on a relative dielectric constant seems very complicated, both probably do not follow a simple function relation, with the least correlation. Multiple regression analysis indicates that major element oxides SiO2, Al2O3, CaO, MgO, TiO2 and AFe are correspondent to a one-order polynomial, and TiO2 or AFe or TiO2 ΔFe has not been proven to be the indicators in the contribution to the relative dielectric constants.