科普中国

<正>像搭积木一样合成“人工酵母”3月10日,《科学》杂志以7篇论文的专刊及封面文章形式发表了中外科学家利用化学物质成功合成5条人工设计的酿酒酵母染色体。“用计算机设计染色体,像搭积木一样搭好每个小模块。”中国科学家在合成酵母上取得了重大成果突破。     

X波段四路高功率合成器设计

为X波段高功率合成设计了两套方案：一套为并馈功率合成,一套为串馈功率合成.在并馈方案中功率,功率合成用的是两级H面折叠魔T;在串馈方案中,功率合成用的是波导窄边功率合成器.给出了功率合成器的设计原理,并分别给出了两种方案的优缺点.最后仿真出的功率合成器各项指标均满足设计要求.     

深度学习在化学分子逆向合成路线规划中的应用进展

逆向合成规划是现代有机合成化学中合成路线设计的重要基础.合成化学发展至今,化学家们积累了大量的反应数据.自有机合成大师E. J. Corey将逆合成分析法与计算机结合提出LHASA (logic and heuristics applied to synthetic analysis)起,计算机根据反应数据自主学习并给出逆向合成路线成了化学家的愿景之一.近年来,基于数据驱动的研究范式不断发展,大量深度学习模型被提出并在逆向合成规划中取得了初步的成功,然而该类模型仍然存在高质量数据集稀缺、软硬件结合不佳、领域知识嵌入与发现困难等问题.通过深度学习实现逆向合成路线规划有待深入研究.     

合成生物学研究的特征与趋势———基于CiteSpace 的数据分析

21世纪初以来合成生物学在理论研究和应用研究方面均取得许多瞩目的 研究成果.以WoS(Web of Science)核心合集收录的2000-2019年合成生物学领域4765篇文献为研究对象,利用文献计量法和知识图谱可视化相结合的方法,系统回顾和展望合成生物学相关研究成果.研究结果表明:美国在合成生物学领域起主导作用,2014年开始中国在该领域的贡献度和影响力超过英国,成为第二大贡献国;合成生物学的基础研究、代谢工程、线路工程以及技术应用均取得重要进展,并形成较为完整的学科体系;理论与应用研究协同发展将是合成生物学未来发展的主线.     

基于双层平面电路的功率合成放大器

为了改善平面型功率合成放大器的性能,提出了一种基于双层平面电路的功率合成放大器设计方法.该放大器采用双层的平面功率分配/合成器结构以实现更高的集成度;为有足够的空间放置放大器芯片及其偏置元件,引入了直角微带转换头将放大器的位置引到电路的侧边;放大器的位置沿输入/输出轴向两边错开以提高散热性能.文中还设计、制作了一个包含4条支路的双层平面功率分配器和一个包含4个单元的双层平面功率合成放大器,并对其进行了测试,结果表明,该功率合成放大器在2.0～4.5GHz频带上的小信号增益为10～16dB,在3GHz时的饱和输出功率为25.9dBm、功率合成效率为81%,说明这种设计方法是有效的.     

基于配体姜黄素的3D-QSAR研究进展

在药物设计合成过程中计算机辅助药物设计已经成为一种不可或缺的工具,其中,三维定量构效关系方法的应用最为广泛.文章简要介绍了姜黄素的研究进展,重点介绍计算机辅助药物设计的原理方法,综述了三维定量构效关系在药物设计中的应用,分析了三维定量构效关系在指导姜黄素类似物设计合成方面的现状,对3D-QSAR方法指导设计姜黄素类似物合成进行了展望,同时指出计算机辅助药物设计存在的一些问题.     

封面图片说明:诺贝尔奖激励自然探秘,促进科学突破

 2016年10月3日,日本科学家大隅良典因发现细胞自噬机制获得诺贝尔生理学或医学奖。2016年10月4日,美国科学家戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯德里茨,因发现了物质的拓扑相变和拓扑相而获得诺贝尔物理学奖。2016年10月5日,让-皮埃尔·索维奇、J.弗雷泽·斯托达特、伯纳德·L·费林加,因在分子机器的设计和合成领域取得的成就而获得了诺贝尔化学奖。     

冬鲽鱼抗冻蛋白基因的人工合成

合成适合在棉花中表达的冬鲽鱼抗冻蛋白（Winter flounder antifreeze protein,Wf-AFP）基因.参照冬鲽鱼抗冻蛋白的氨基酸序列及棉花偏爱的密码子,重新设计适合在棉花中表达的Wf-AFP基因序列;根据此序列设计6条寡核苷酸引物,通过PCR方法将其拼接成完整的基因;克隆到pUCm-T载体上,转化大肠杆菌DH5α,抽提重组子进行酶切鉴定及序列分析.结果表明合成的Wf-AFP基因序列与设计方案完全相符,通过PCR介导的基因合成方法成功获得了适合在棉花中表达的冬鲽鱼抗冻蛋白基因.     

视场合成技术在推扫式成像光谱仪中的应用研究

推扫式遥感仪器可以采用多个镜头进行视场合成以提高仪器的总视场.视场合成技术涉及光学、机械、电子学系统技术.从光机设计、装调工艺、电子学设计等方面阐述了视场合成技术中需要考虑的因素和主要的措施.采用视场合成技术设计了五个子模块视场合成的成像光谱仪.最后,采用两个成像子模块构建试验成像装置,得到效果良好的视场拼接图像.     

"新型分子筛的设计、合成、分子识别和催化反应研究"重点项目取得重要进展

2005年1月24-25日,国家自然科学基金委员会化学科学部组织专家,对"新型分子筛的设计、合成、分子识别和催化反应研究"进行了中期评估.专家们认为,由复旦大学赵东元教授主持的该项目全面完成了预定计划,研究工作取得突出进展.在项目执行的两年期间,主要研究进展如下:     

上海应用技术学院青年教师连续在英国皇家化学会杂志发表研究成果

<正>上海应用技术学院化学与环境工程学院刘传祥副教授课题组在阴离子识别研究领域取得了新进展,近两年的相关成果已陆续发表在英国皇家化学会Chem.Commun.杂志上,该杂志的影响因子为6.7.阴离子识别是超分子化学研究热点,在新颖识别阴离子的人工受体创制上,刘传祥指导研究生设计合成了一种新颖的单个C—H活性位点的受体,它通过氢键作用后发生去质子化,继而发生自身氧化使氰基变羰基的连锁反应.为进一步研究该新型阴离子受体的作用方式和官能团异构化对     

真核生物酿酒酵母长染色体的精准定制合成

基因组设计合成是对基因组进行全新设计和从头构建,能够按需塑造生命,开启从非生命物质向生命物质转化的大门。然而,基因组合成面临长染色体难以精准合成、合成染色体导致细胞失活等难题。研究团队经过5年多的探索,在人工基因组的合成策略、缺陷靶点定位、精确修复技术等方面取得突破,完成了4条酿酒酵母长染色体的化学全合成。该研究将引领更复杂与智能的基因组设计和更大尺度的人工基因组合成,推动了生命科学研究从理解生命到创造生命的伟大变革。     

基于残差密集块与注意力机制的图像去雾网络

基于卷积神经网络的单幅图像去雾算法虽然取得了一定进展,但仍然存在去雾不完全和伪影等问题.基于这一现状,提出了一种以编码器-解码器结构为基本框架,融合注意力机制与残差密集块的单幅图像去雾网络.首先,利用网络中的编码器、特征恢复模块和解码器三个部分直接对去雾后的图像进行预测;然后,在网络中引入本文所设计的带有注意力机制的残差密集块,提升网络的特征提取能力;最后,基于注意力机制提出自适应跳跃连接模块,增强网络对去雾图像细节的恢复能力.实验结果表明,与现有去雾方法相比,提出的去雾网络在合成有雾图像数据集和真实有雾图像上均取得了较为理想的去雾效果.     

双频合成振动压路机的工业化试验

为了双频合成振动压实技术的工业化应用,在前期小型试验样机研究的基础上,研制了20 t级双频合成振动压路机的工业样机.采用现场对比试验方法,完成了工业样机的性能试验和与常规同吨位压路机的对比试验.试验结果表明:双频合成振动压路机工业样机任一挡住实现了2个频率及其振幅的合成;可靠性符合国家标准要求;与常规同吨位振动压路机相比,压实效果较好,中下层压实度分别提高2.1％和3.4％,具有明显的深层压实优势;起振过程液压系统压力冲击相当,平稳工作时振动功率相近;停振过程液压冲击较小,停振时间变短,停振更柔和.说明双频合成振动压路机工业样机满足设计要求,工作性能优于同吨位常规机型,可工业化推广.     

基于FPGA的直接数字频率合成器的设计

为了实现幅值和频率在一定范围连续可调,频率步进达到1Hz以下信号发生器的设计.采用直接数字频率合成技术(DDS),介绍根据直接数字频率合成技术组成及原理,给出了基于可编程逻辑器件FPGA及相应EDA软件QuartusⅡ实现DDS的具体设计方案及编程实现方法.通过改变设计参数可以调节所产生波形频率和幅度;通过改变ROM查找表中波形数据可以产生任意波形.利用FPGA器件设计DDS,大大简化了电路设计过程,缩短了调试时间,并为修改、添加DDS的功能提供了方便.     

利用含RGD的多肽增进细胞摄取用于细胞中弗林酶活性的检测

设计并合成了一种新型自组装多肽纳米荧光探针.在合成方法上使用了新型的生物兼容性的CBT-Cys点击反应实现了RGD肽的环化.该探针可通过RGD序列靶向肿瘤细胞αvβ3整合素受体,促进细胞的摄取;同时可与细胞内弗林酶作用导致荧光的"关-开",达到对肿瘤细胞的靶向荧光成像功能.     

浅谈手性甲基基团的制备及其构型的确定

手性甲基基团的合成有着重要的意义,然而,在合成的过程中,运用单一的化学或生物酶的方法很难得到高的产率.与此同时,使用单一的合成方法设计的合成路线实用性不强,很难应用于工业生产.在这里我们介绍几种不同方法设计的合成路线,并利用化学消除反应机理来确定甲基的构型.     

湿法冶金草酸钴粒度分布混合建模方法

由于缺乏有效的检验手段,无法实现湿法冶金合成过程草酸钴粒度分布的实时检测.提出了一种支持向量机(SVM)与合成过程动态机理模型相结合的混合建模方法,用以预报草酸钴的粒度分布.通过分析合成过程机理,利用粒数衡算、物料衡算关系建立动态机理模型;利用支持向量机来对不能用机理模型表现的合成过程的动态特性进行误差补偿.仿真分析验证了该方法相比于机理模型的有效性,将其应用到实际生产过程中,取得了满意的效果.     

新型氮正离子的分子内环合反应研究

设计合成了一类新型氮正离子,其中的氰基及双键的存在使其稳定,经过Gaussian 98程序用半经验AM1方法计算得到四种化合物的稳定构象,核磁共振谱图证实了合成化合物结构的正确性.设计的新型氮正离子可进行分子内的亲电取代反应.该类氮正离子可用于合成雌激素受体调节剂的新型母核结构,从而为新型雌激素受体调节剂的设计合成奠定了实验基础.     

基于样本扩充的小样本车牌识别

车牌识别技术作为智能交通系统的核心课题之一,一直受到广泛的关注.近年来深度学习技术的迅速发展,更是为其提供了一种良好的解决方案.但实际场景下,研究者有时很难收集到足够的数据以支持模型训练.本文聚焦于小样本车牌识别问题,提出了使用生成对抗网络生成车牌图像,辅助后续模型训练的方法.本文方法先使用CycleWGAN合成大量带标签车牌图像;之后用合成图像对识别模型进行预训练;最后使用原始真实数据微调模型,进一步提高模型的准确率.本文在多个数据集上验证此方法,均获得了明显的效果增益,特别是当真实数据相对有限时,本文方法将准确率从已经较高的基线上又提升了7.5%.另外,在较困难的双动态车牌图像上,本文方法也取得了不俗的效果.最后,引入模型压缩技术,在原方法的基础上设计并实现了LightRCNN,使识别速度提升近1倍.