为了提高生物参量检测的灵敏度和避免电磁干扰, 提出一种基于表面等离子共振的光子晶体光纤传感器应用于癌胚抗原(CEA)溶液的检测。该传感器采用不同直径空气孔进行三层排列的结构, 将金薄膜作为金属层镀在纤芯表面, 并在金薄膜和待测CEA溶液间增加一层基于核酸适配子的特异性适配层, 采用全矢量有限元法对该传感器进行数值模拟与仿真。仿真结果表明: 在折射率1.33~1.41范围内, 该传感器具有明显的表面等离子体共振效应, 灵敏度可达10000 nm/RIU,线性度为0.94919。

为了对鸡种蛋胚胎进行雌雄识别, 探究利用紫外-可见-近红外透射光谱进行鸡胚雌雄识别的可行性, 搭建了鸡种蛋透射光谱检测系统, 采用横向和竖向大头朝上2种放置方式获取210枚鸡种蛋孵化0~15 d的光谱, 光谱范围为360~1 000 nm。 构建极限学习机（ELM）鸡胚雌雄识别模型, 通过比较不同放置方式和孵化天数下模型的识别准确率, 发现竖向放置且孵化第7 d的识别效果最好; 将竖向放置孵化第7 d的光谱初步分为紫外（360~380 nm）、 可见光（380~780 nm）、 近红外（780~1 000 nm）、 紫外-可见光（360~780 nm）和全波段（360~1 000 nm）5个不同的波段范围来分析, 预测集准确率分别为8286%, 7714%, 7571%, 8429%和8143%, 筛选出360~780 nm的紫外-可见光波段为有效波段; 在紫外-可见光（360~780 nm）波段, 采用多元散射校正（MSC）去噪, 并用竞争性自适应重加权采样算法（CARS）和连续投影算法（SPA）筛选特征波长降维, 建立不经筛选特征波长、 CARS筛选特征波长和SPA筛选特征波长的3种ELM模型。 其中不经筛选特征波长的ELM模型识别效果最好, 但输入变量最多, 隐含层神经元为680且激活函数为sig时, 预测集准确率为8429%。 SPA筛选特征波长的ELM模型识别效果次之, 输入变量有9个, 隐含层神经元为840且激活函数为hardlim时, 预测集准确率为8143%。 CARS筛选特征波长的ELM模型识别效果最差, 输入变量有27个, 隐含层神经元为100且激活函数为sig时, 预测集准确率为7857%; 用遗传算法（GA）优化ELM模型的权值变量和隐含层阈值, 不经筛选特征波长建立的GA-ELM模型, 预测集准确率为8714%, SPA筛选特征波长建立的GA-ELM模型, 预测集准确率为8714%, CARS筛选特征波长建立的GA-ELM模型, 预测集准确率为8143%。 紫外-可见光波段不经筛选特征波长的GA-ELM模型识别效果和经SPA筛选特征波长的GA-ELM模型相同, 表明SPA筛选的特征波长变量能够有效反映360~780 nm波段的信息, SPA使用的变量数仅占紫外-可见光波段的214%, 因此, 雌雄识别最佳模型为紫外-可见光波段经SPA筛选特征波长的GA-ELM模型, 预测集准确率为8714%, 其中, 雌性识别率为8857%, 雄性识别率为8571%, 单个样本平均判别时间0080 ms。 结果表明紫外-可见透射光谱技术和ELM模型为孵化早期鸡胚蛋雌雄识别提供了一种可行方法。

为了实现对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)瓶胚壁厚实时、高效、高精度的测量, 采用理论仿真结合实验验证的方法, 以标称3.5mm厚型的PET瓶胚为例给出设计实例, 建立了PET瓶胚壁厚测量的光学模型, 根据光线追迹原理分析验证反射式光纤位移传感器在测量PET瓶胚壁厚中应用的可行性, 并利用LIGHTTOOLS软件进行仿真模拟, 最终设计出一种基于反射式光纤位移传感器对PET瓶胚壁厚实时测量的装置, 并进行了实验验证。结果表明, 实验装置的测量量程为3.20mm~3.80mm, 线性度为15.8%, 灵敏度为0.8448mV/μm, 该装置相比传统测量效率提高了30%以上。这对提高实际检测效率和精度具有参考应用价值。

为探讨利用可见/近红外光谱进行小麦黑胚病快速无损检测的可行性, 以及基于主流机器学习算法, 寻找面向生产的小麦黑胚病优化识别模型, 利用自行研发的近红外光谱采集平台采集了579～1 099 nm波段23个品种共2760个小麦单籽粒的吸光度光谱数据, 采用标准正态变量变换(SNV)进行预处理之后分别经过SPA(successive projections algorithm), PCA(principal component analysis)等两种数据降维方法, 结合ELM(extreme learning machine), SVM(support vector machine), RF(random forest)和AdaBoost等四种分类方法, 分别构建SPA-SVM, SPA-ELM, SPA-RF, SPA-AdaBoost, PCA-SVM, PCA-ELM, PCA-RF, PCA-AdaBoost八种小麦黑胚病识别模型; 结果表明小麦黑胚籽粒的识别准确率达到93.3%～98.6%, 识别效果优于前人文献中利用近红外波段的识别效果; 其中SPA-SVM模型具有最高的识别率, PCA-AdaBoost模型具有更好的普适性。 将SPA-SVM模型和PCA-AdaBoost模型作为优选模型, 从生产实际出发, 分别对未感病+轻感病、 中感病+重感病籽粒进行了二分类识别, 对未感病, 轻感病+中感病、 重感病籽粒进行了三分类识别, 以及对未感病、 轻感病、 中感病、 重感病籽粒进行了四分类识别, 并深入分析了识别效果和产生原因。 总体来说, 小麦黑胚粒的识别准确率随分类程度的细化而下降, 二分类的识别模型可直接用于生产, 尽管三分类和四分类的感病粒识别效果较差, 但是对未感病粒的检出率则不受分类程度的影响, 识别率在87.2%以上, 符合生产需求。 综合来看, SPA-SVM模型分类效果优于PCA-AdaBoost模型, 可作为首选识别模型, 该研究为小麦籽粒黑胚病的在线批量快速检测提供了技术依据。

离心熔铸技术在大口径非球面镜镜胚的制造方面具有独特优势。本文通过自行研制的缩比模型实验机进行试验, 深入研究了离心熔铸工艺及成型镜胚质量, 详细介绍了模具涂层的制备、离心熔铸的加热及冷却等工艺过程, 制备了非球面镜镜胚模型。采用数值模拟与试验研究相结合的方法, 对所得镜胚面形偏差工艺参数的敏感性进行了研究。分析了模具的热膨胀系数、镜胚冷却速率、直径及加热温度对面形偏差的影响, 得到了偏差工艺参数的敏感性规律。通过对面形偏差进行两次迭代补偿, 面形偏差值从-84 μm降到33 μm, 补偿后的结果满足设计要求。采用离心熔铸技术, 可以制备满足上表面垂直偏差在30~40 μm范围内的非球面镜镜胚。

为了解高温处理促进大豆幼胚萌发成苗的分子生物学机制, 采用经典的基因表达差异显示技术, 分析大豆品种日本晴高温处理的幼胚与对照组材料的差异表达基因。对其中一个差异表达基因K6进行了测序和比对分析, 结果表明该基因序列与大豆Williams 82 基因组中的Lea5基因相似度高达99%, 可以确定为Lea5基因。Blastp比对分析结果表明大豆Lea5蛋白为LEA-3亚家族成员。利用蛋白质分析软件分析了Lea5基因推测的蛋白质结构的特点, 结果表明该蛋白质由113个氨基酸组成, 相对分子量为12.283 kD, 等电点高达10.12。该蛋白质不形成典型的二级结构。RT-PCR分析表明该基因表达具有组成型特点, 在大豆幼胚发育过程中稳定表达, 在大豆的根、胚轴和叶片等器官中均有表达。

通过波段比和阈值相结合的方法, 分别提取了玉米籽粒全表面结构和胚结构区域的1 000～2 500 nm近红外高光谱信息, 研究了玉米籽粒水分含量与胚结构区域光谱关系, 同时采用竞争性自适应重加权变量选择算法(CARS)、 遗传算法(GA) 、 连续投影算法(SPA)筛选特征波段, 建立并比较偏最小二乘回归(PLS)模型对水分含量的预测效果。 结果显示, 玉米籽粒水分含量与胚结构区域光谱关系显著, 随着水分含量的增加, 光谱反射值逐渐降低。 预测模型结果表明, 基于玉米籽粒胚结构区域光谱信息所建立的CARS-PLS, GA-PLS和SPA-PLS回归模型预测相关系数Rp分别为0.931 2, 0.917 6和0.922 7, 预测均方根误差(RMSEP)分别为0.315 3, 0.336 9和0.336 6, 所选取的特征波段数量分别为9, 14和6, 较基于全表面光谱信息所建模型的特征波段数量分别少了49, 12和24个, 且预测效果与采用全表面光谱信息无显著差别, SPA-PLS算法为基于玉米籽粒胚结构光谱信息的水分含量预测最高效模型。 提取胚结构区域所用光谱波段为1 197, 1 322和1 495 nm, 建立SPA-PLS回归模型所用特征波段为1 322, 1 342, 1 367, 1 949, 2 070和2 496 nm。 研究结果表明, 采用近红外高光谱技术进行玉米籽粒水分含量无损检测时, 提取玉米籽粒胚结构的图谱信息较全表面光谱信息更高效。

纳米金已在在药物靶向传输体系、 疾病检测、 分子识别、 生物标签等领域有着广泛的应用, 但是, 由于纳米金的表面效应, 大量的表面原子具有巨大剩余成键能力, 使得纳米金粒子较容易团聚、 沉聚, 影响了其稳定性。 为了实现对肿瘤靶标之一-癌胚抗原的痕量检测, 需要制备出对癌胚抗原检测具有良好的增色效应与荧光增敏效应的纳米材料。 该工作采用纳米金的硫醇衍生法制备了一种新型的硫醇衍生化的纳米金材料, 并对此新型硫醇衍生化的纳米金材料的特性用透射电子显微镜, 紫外-可见吸收光谱, 荧光发射光谱和红外光谱等方法进行了研究。 紫外-可见吸收光谱, 荧光发射光谱的实验结果表明, 在新的配体乙二硫醇存在下, 有更多的电子从配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上, 导致荧光增强。 这种新型硫醇衍生化的纳米金与癌胚抗原作用时表现出增色效应与荧光增敏效应, 而纳米金与癌胚抗原作用时看不到这种增色效应与荧光增敏效应。 红外方法的研究结果表明, 这种材料的蛋白增色机理为当硫醇衍生化纳米金与癌胚抗原蛋白作用时, 体系中蛋白的—OH表现出更多的面外弯曲振动, 有利于电子从硫醇衍生化纳米金配合物向蛋白转移而导致其增色和荧光增敏效应。 因而这种新的硫醇衍生化纳米金材料比纳米金将具有更好的生物检测应用价值。

以朝鲜白头翁的叶片、叶柄和诱导的分生结节为材料,进行组织解剖结构研究。结果显示,朝鲜白头翁木质部细胞呈“V”字型排列,维管束呈三角形排列,外包有维管束鞘。分生结节的结构表明,初期的分生结节细胞排列较紧密,没有明显的内部结构;进一步培养,内部分化形成多个维管组织中心,染色较深的中心由垂周分裂的小细胞组成,周围分布着大小不等的导管细胞或管胞成分;维管束进一步分化发生器官分化,分生结节脱分化形成胚性愈伤组织并形成体细胞胚。