沉积物中非培养趋磁细菌与氧气关系初探

趋磁细菌沿磁场方向排列和游动的现象称之为趋磁性,它们靠感知周围化学环境变化调整其游动方向,即趋化性作用,趋磁细菌游动方式和分布是趋磁性和趋化性共同作用的结果.趋磁细菌主要富集在有氧-无氧交界带附近,趋磁-趋氧(magneto-aerotaxis)模型指出,氧气浓度决定趋磁细菌的游动方向,即对于北半球趋磁细菌,高氧环境下游动方向与磁北方向相同(北向趋磁细菌),在低氧或无氧环境下游动方向与磁北方向相反(南向趋磁细菌).趋磁-趋氧模型目前仍缺少在沉积物环境中的实验检验,沉积物环境中两种非培养趋磁细菌被用来检验其与氧气关系.趋磁细菌垂直分布形成过程中,沉积物上部形成的趋磁细菌初始峰值与氧气梯度有关,但沉积物环境趋于稳定后趋磁细菌分布向深处扩展,说明其他因素的影响.从正常氧气条件到无氧条件的过渡中,趋磁细菌分布整体移至沉积物表层,在稳定无氧条件中趋磁细菌分布向深处扩展,最终与正常氧气条件中相似,说明趋磁细菌对氧气或与氧气有关的环境变化表现出一定的适应性.趋磁细菌在低氧或无氧条件下游动方式与正常氧气条件下相似,趋磁-趋氧模型在两种趋磁细菌上并没有得到充分证实.实验结果说明,趋磁细菌在沉积物中的分布虽与氧气条件有一定联系,但可能并不是影响趋磁细菌游动方式和分布的主要因素.     

趋磁细菌Magnetospirillum magneticum AMB-1全细胞和纯化磁小体的磁学比较研究

趋磁细菌磁小体化石是湖泊海洋沉积物的重要磁性载体和古环境替代性指标. 对纯培养趋磁细菌Magnetospirillum magneticum AMB-1的全细胞样品和纯化磁小体样品的磁学和电子显微镜分析结果表明: AMB-1合成的磁小体是单畴磁铁矿, 它们在胞内呈片段状的单链排列(由3~5条短链组成). 全细胞和纯化磁小体样品之间的磁学性质的显著差异主要由静磁相互作用(与磁小体的空间排列有关)造成. 对于全细胞样品, 链内磁小体间的静磁相互作用强, 而链间的静磁相互作用弱, 其?比值为3.0; 对于纯化磁小体样品, 磁小体链的坍塌聚集导致链间和颗粒间的静磁相互作用都明显增强, 导致样品的矫顽力降低, ?比值降至1.5. 这些结果对于认识磁小体化石的古地磁学和环境磁学意义以及拓展磁小体在生物材料方面的应用具有参考价值.     

全球趋磁细菌数据库的建立

趋磁细菌是研究生物矿化的模式微生物.鉴于磁小体在生物矿化、Fe生物地球化学循环、沉积剩磁、环境指示和磁性材料方面的重要性,趋磁细菌研究已成为微生物学、地球科学和材料科学共同关注的重要课题.本文搜集并整理了截至目前全球趋磁细菌的实验观测数据,建立了首个综合性的趋磁细菌数据库.数据库包括了已发表的趋磁细菌16S rRNA基...     

趋磁细菌磁小体的生物矿化作用和磁学性质研究进展

趋磁细菌磁小体研究是揭示生物矿化作用和探索生物活动与地磁场之间联系的重要研究内容。细菌成因的磁铁矿颗粒也是部分湖泊和海洋沉积物磁性的主要载体。本文将在介绍趋磁细菌基础上，重点评述磁小体形成过程研究、磁测量技术、沉积物中化石磁小体的识别方法、环境指示意义等方面的新进展，并简要展望未来磁小体研究及其应用前景。     

沉积物来源组成定量分析的磁诊断模型

系统地探讨了沉积物来源组成定量分析的磁诊断模型。以美国Ｒｈｏｄｅ河口湾和西班牙ｓａｂａｌ水库沉积物来源研究为例,提出了在样品磁参数基础上进行聚类分析,对来源物质分类;通过样品混合试验,建立磁参数混合模型;利用线性规划模型计算沉积物来源组成等方法在两个实例中,磁诊断模型实现了利用磁信息对沉积物来源组成的定量计算,其结果与相关的环境指标相吻合。     

地球物理矢量场磁测技术的研究进展

矢量磁测技术是工程和环境地球物理勘探中最有效的方法之一,与传统总场强度或总场梯度测量相比,可同时获取地磁场模量大小和方向信息,有效减少反演中的多解性,有助于对磁性体的定量解释,获得更多更准确的反映场源的信息,提高目标体的探测分辨率和定位精度.本文根据不同应用环境,介绍了地面矢量磁测、井中矢量磁测、海洋矢量磁测、航空矢量磁测及卫星矢量磁测等技术的应用情况和技术特点,综述了各矢量磁测仪器装备的国内外研究现状.最后,分析了矢量磁测技术的发展趋势,即由单一的总场或总场梯度测量,转向为多信息的矢量场测量或多参量测量;从低效率、探测深度浅的地面磁测转向高效率航空、大深度井中或深海目标体的快速定位与探测,并逐步发展为地面、井中、海洋、航空、卫星联合磁测和解释.通过各磁测技术和方法的优势互补,提高地球物理磁场测量精度和反演分辨率.     

趋磁细菌磁小体合成的相关操纵子和基因

趋磁细菌的磁小体合成现象自20世纪发现以来,一直是微生物研究的热点之一.各类研究指出多个操纵子及其内部的基因与磁小体合成密切相关.近些年来,随着磁小体合成的全过程被细化成3～5个主要步骤,负责各个步骤顺利进行的基因也逐步被人们发现和认识.通过各种生物实验和生物信息分析,研究者不断揭示出这些基因及所在操纵子的具体功能和意义. mamAB操纵子及其内部的多个基因在磁小体合成中具有关键作用. 4个小型操纵子包括mamGFDC, mamXY, mms6, feoAB1在磁小体的生物矿化中发挥辅助作用.此外,研究者还发现了其他一些与磁小体合成相关的新基因和基因组区域,比如δ-变形菌的mad基因簇和趋磁硝化螺旋菌的man基因.操纵子和基因的研究为人们探索磁小体合成的主要机制提供了重要信息,而多位研究者基于这些研究成果提出了各种各样的磁小体合成假定机制模型.操纵子和基因的研究为今后开发各种纳米生物科技研究工具,并把趋磁细菌应用于环境修复等领域打下了坚实的基础.本文以负责磁小体合成的各类操纵子和基因为线索,较详细地介绍了近年来磁小体合成研究的主要发现和进展.     

北京北安河地表沉积物的岩石磁学特征及环境意义

地表沉积物的磁性能够记录自然环境变化以及人类活动对环境的影响. 北京北安河地表沉积物的类型为全新世洪积、湖积粉砂和黏土. 岩石磁学研究表明这些沉积物中的磁性矿物以磁铁矿、赤铁矿和磁黄铁矿为主. 该剖面磁参数变化特征和已报道的北京其他区域的典型污染剖面显著不同, 例如, 磁化率和饱和等温剩磁随剖面深度增大而逐渐减小, 表明研究剖面的沉积物中磁性矿物的浓度从地表向深处逐渐降低. ARM/SIRM等指示磁性矿物粒度的磁参数的值从上往下逐渐增大, 表明磁颗粒粒度向下逐渐变细. 磁黄铁矿从22 cm深度处往下突然出现, 指示了沉积剖面中存在氧化-还原界面. 因此, 北安河地区地表沉积物的磁性变化受控于还原成岩作用和成壤作用两种地质过程. 这为在北京地区利用磁性来调查污染状况提供了一个可供参考的“基准点”.     

磁外科技术在泌尿、妇产科中的应用进展

磁外科(磁外科学)是近年来建立的交叉性学科,经过不断革新与发展,现已初步形成磁外科学体系,主要包括磁压榨、磁锚定、磁导航、磁悬浮、磁示踪技术.特别是在消化道疾病诊疗和手术中,磁外科技术的应用高速发展,日趋成熟.泌尿、妇产科也在自身发展过程中不断吸收和融合磁压榨、磁锚定及磁导航技术原理,在创新诊疗方式、设计医疗器械、改进医疗操作等方面进行了一些探索,使得泌尿科及妇产科诊疗更为便捷、微创、精准、安全.但总体而言,磁技术在泌尿、妇产科的应用范围比较局限,基础研究薄弱,临床数据匮乏,发展进程较缓,至今在磁悬浮和磁示踪技术方面仍是空白.基于此,本文总结磁外科技术在泌尿、妇产科中的发展现状和应用进展,为临床和基础创新提供方向,以进一步融合、完善学科体系,促进磁外科与泌尿、妇产科的交互式发展.     

无碰撞磁重联中的电子动力学

磁重联提供了一种快速地将磁场能量转化为等离子体动能和热能的物理机制, 它和空间 物理中的许多爆发现象密切相关. 另外, 空间环境中的等离子体基本上是没有碰撞的, 人们更加 关心的是无碰撞的磁重联过程. 本文从以下几个方面论述了电子动力学行为在无碰撞磁重联中 的作用. 在离子惯性长度尺度范围内, 离子和电子的运动是分离的, 由此产生的Hall 效应决定了 此区域中的重联电场. 另外, 电子的运动决定了重联平面内电流体系, 同时形成了沿分界线的电 子密度降低区域, 这种重联平面内的电流体系决定了垂直重联平面的第三方向磁场分量的结构; 在电子惯性长度尺度范围内, 电子压强分布的各向异性决定了在此区域内的重联电场的大小; 高 能量电子的产生是磁重联的一个重要特征, 重联电场在电子加速的过程中起着决定性的作用, 但 不同的磁场位形及其时空演化会影响电子加速的过程, 并决定电子的最终能量; 讨论了X 点附近 的次级磁岛不稳定性形成小磁岛的模拟结果和观测证据, 及其对电子加速的可能影响; 对电子动 力学行为在实验室等离子体磁重联中的进展也做了介绍. 最后, 指出了一些尚未解决的问题.     

磁外科技术在创伤领域的应用研究及展望

随着磁力和磁性材料的迅速发展及其在医学中的应用,外科领域产生了一个崭新的分支——磁外科.磁外科包括磁压榨、磁锚定、磁导航、磁示踪、磁悬浮等多项技术,在创伤救治领域中显示出极大优势.本文详细阐述磁相关技术的原理及优势,综述磁力和磁性材料在消化道重建、创伤后压迫止血、血管快速重建、骨折内固定等创伤治疗领域的研究现状和优缺点,并介绍磁外科技术在创伤领域的应用前景.     

塞尔维亚黄土的磁学性质及其环境意义

多瑙河流域的塞尔维亚发育着典型的风积黄土-古土壤地层,形成年代至少早于80万年.对塞尔维亚L1～S4黄土古土壤序列进行了系统的磁学参数测量分析,表明塞尔维亚黄土古土壤磁化率性质总体上与中国黄土高原是一致的,即磁化率的变化与成壤强度基本上呈正相关关系.无论是黄土层还是古土壤层,对磁化率起主要贡献的是细粒的超顺磁(SP)颗粒和单畴(SD)颗粒,多畴(MD)颗粒所占比例较小.磁化率在黄土层和古土壤层出现的差异,与成壤作用密切相关.随着成壤作用的增强(从黄土发育至古土壤),细粒的亚铁磁性矿物含量随之增加,样品中强磁性的磁性矿物逐渐增多,磁化率增强.高温热磁曲线研究表明,黄土层样品中对磁化率起主要贡献的是磁铁矿和磁赤铁矿,古土壤层样品则主要为磁铁矿,磁赤铁矿只占有较小的比例,特别是S3和S4古土壤样品,甚至在加热和退热过程中表现出有可逆变化的趋势,表明该剖面S3和S4古土壤层发育期间的成土条件,已经使得磁赤铁矿不再稳定,发生溶解改变,可能暗示了当时更加湿润的成土环境已经超过磁赤铁矿的稳定临界条件.     

磁小体蛋白介导磁性纳米颗粒仿生合成

趋磁细菌磁小体是由生物膜包裹且呈链状排列的磁性纳米颗粒,磁小体通过生物矿化形成的磁性纳米颗粒具有规则的形状、均一的粒径及较高的结晶度,引起了研究者的广泛关注.磁小体膜由磷脂和脂肪酸组成,磁小体膜脂质囊泡实际上是一个控制磁性纳米颗粒精确合成的纳米反应器.磁小体膜内的一系列生物矿化蛋白控制着铁的转运、铁的氧化还原、磁性纳米颗粒的形核以及生长.目前,磁小体生物矿化的具体机制尚未明确且磁小体难以实现规模化生产,因此引发了人们对仿生合成磁小体的研究.体内研究显示,磁小体蛋白如Mms6、MamC、MmsF、MamG和MamD对磁小体的尺寸和形貌具有重要的调控作用,被认定为用于仿生合成磁小体的最好候选蛋白.一些工作已经对源于趋磁细菌的Mms6、MamC、MmsF等重组蛋白介导的磁性纳米颗粒的仿生合成进行了研究.这些研究不仅能够帮助我们更好地理解磁小体的生物矿化过程,而且能够制备出高质量的类磁小体磁性纳米颗粒.本文重点综述了几种重要的磁小体蛋白在介导磁性纳米颗粒仿生合成方面的研究进展,并对其未来发展进行了展望.     

磁外科器械结构规划原则及相关思考

自20世纪70年代第一个磁外科器械出现以来,在随后的近50年里,磁外科器械取得了巨大的发展,解决了一系列复杂的临床问题,进一步优化了传统手术方式. Levita和LINX等具有代表性的磁外科器械相关成果发表于行业顶尖期刊,在外科学界及理工科学界产生了深远的影响.经各行业专家总结相关理论和应用体系,逐渐形成了一门学科——磁外科学,这是外科学的一个重要分支.近年来,在磁外科(磁外科)理论体系的指导下,磁外科更是取得了蓬勃的发展,各种极具创新性的磁外科器械层出不穷.但不容忽视的是,磁外科发展将会不断遇到重重阻碍.由于磁外科是一门交叉学科,需要外科学与理工科学进行深度融合.在此过程中,难免因为双方信息不匹配而延误磁外科的发展,最为代表性的问题便是如何对磁性器械进行合理、有效的结构规划这一磁外科最基本的问题.因此,本文将对磁外科器械结构规划的原则展开讨论,总结过去磁外科器械结构规划中所遇到的问题,并提出解决相应问题的潜在方法.     

浅谈磁制冷技术的应用与发展

本文主要从磁制冷的原理及特点、常用磁制冷循环、磁制冷的应用以及磁制冷技术的历史和发展进行阐述.     

地磁场与动物感磁

地球上生物的起源和演化都在地球磁场的重要保护中进行.在长期的演化过程中,动物具有了感磁能力以适应地磁场环境,从而帮助动物能够更好地完成其生理活动.揭示地磁场变化与生物圈演化之间的联系,理解现在、过去和未来地磁场变化的生物学效应是生物地磁学研究的主要目标.已有研究发现,许多动物可利用地磁场信息进行定向和导航;地磁场是维持地球生物正常的生理活动和生长发育必不可少的环境因子.本文围绕地磁场与动物地磁导航以及地磁场减弱对动物的可能影响两个方面进行评述.主要阐述动物地磁导航研究在行为学、神经生理学、生物磁学等方面的进展和有关动物感磁机理的3种假说:电磁感应假说、基于磁铁矿感磁假说和基于自由基感磁假说.讨论地磁场变化(磁场强度降低)引起动物生理活动和生长发育异常等多方面的生物学效应,并提出磁场变化引起生物学效应的3种可能途径:磁性金属途径、自由基途径和骨架蛋白途径.细胞内的磁性物质、自由基产物或骨架蛋白可能是动物响应磁场的中介物,它们引起生物体不同水平上的效应.随着现代多学科交叉融合和新实验技术的应用,可以预见在不久的将来人们可以更加准确地在分子水平上解析出动物响应地磁场变化的作用机理.     

磁外科学体系的探索与建立

21世纪外科学领域利用磁性装置进行技术创新和革新的报道越来越多,其中某些技术显示出极大的优越性和颠覆性,有取代传统技术的趋势.主要体现在两个方面:一方面,部分先进的磁外科创新技术可极大地简化现有手术操作过程、降低操作难度、缩短操作时间、提高治疗效果;另一方面借助先进的磁外科技术,对一些临床疾病的治疗模式和观念产生了颠覆性的改变.然而,就目前世界各地的相关研究现状来看,存在着很多关键共性瓶颈问题,比如:基础研究薄弱,核心关键问题未能系统突破,理工科先进技术交叉、渗透、融合不充分,科学概念及临床应用规范未建立等.我国医学界虽然涉足磁外科技术开发领域较晚,但却在磁外科方面进行了相对系统化的研究,产生了一系列国际首创技术,尤其是在理论创新和学科化建设方面走在了世界前列,承担起了世界磁外科领跑者的角色.本文以创建国际磁外科体系为主线,评述磁外科发展现状和基础;对磁外科发展阶段进行科学划分;明确提出了磁外科临床应用五大体系并建立相应的概念;提出通过跨学科交叉整合的方法来创建磁外科学体系.以求夯实磁外科基础研究、建立磁外科理论体系、规范磁外科临床研究、强化磁性材料、生物力学和临床诊疗技术深度交叉融合,凝聚稀土金属材料专家、生物力学专家和临床医生的智慧,全面建立磁外科学理论体系并开展临床应用研究,从而促进磁外科快速科学发展,造福人类健康.     

泥质潮坪磁组构特征及其意义

潮坪沉积的微结构层序序列及潮坪沉积单元是沉积学和比较沉积学研究的基本领域之一,并以沉积结构层序单元序列特征区分潮坪沉积相带、潮坪沉积层序及潮坪沉积特征.本文以沉积磁组构参量量值显示特征与沉积动力环境的相关关系,对现行开阔海岸泥质潮坪滩面及近代亚潮坪沉积剖面进行了系统测量分析研究.结果表明,沉积磁组构参量量值的变化在滩面剖面的形态特征能够清晰地显示出潮坪沉积相带、沉积微结构层序单元序列及潮坪沉积层序是风暴沉积事件层序的叠加.研究还表明,沉积磁组构在沉积学及比较沉积学研究领域中有着广泛的应用前景.     

Science，Nature封面精选

2009年5月1日出版的Science封面是MESSENGER所拍摄的水星表面图像。MESSENGER最近飞越水星的一个特别的系列报告为人们提供了有关水星历史以及其现时环境的新见解。在该系列报告中，有两则报告对水星的磁气圈进行了研究，该磁气圈对太阳磁场影响所作出的反应要比地球作出的反应更为强烈。     

地球磁尾中荷电粒子的Fermi加速

对于磁球亚暴产生以及在亚暴期间磁尾中荷电粒子的加速机制,目前存在着不同的理论解释。显然,有二个卫星的同时观测,能够极为有力地帮助澄清磁球亚暴的机制与地球磁尾中的各种物理过程,可惜目前在亚暴期间这类卫星同时测量的事件还极为稀少,Hones等报道过两个卫星在亚暴期间,在磁尾头部中间地球方向和磁尾尾部的背地球方向同时测量到增