我是厨师 很简单的,肉煮7分熟 捞出来用 牙签或尖快哉 在肉皮扎很多小洞洞 可以涂点点 老抽在肉皮上 扎洞 然后下油锅炸 炸至金黄色 捞出 放冷水里泡2个钟肉皮起皱就出来了 很好看的 叫 虎皮
猪皮能够抗皱,很多女性都知道猪皮可以美容,比很多护肤品还有效,主要就是因为猪皮中含有胶原蛋白,滋阴养颜还能补气血。
不新鲜。猪皮由于不新鲜,因此是皱的,是不适合进行购买的,此皮是一种蛋白质含量很高的肉制品原料,以猪皮为原料加工成的皮花肉、皮冻、火腿等肉制品,不但韧性好,色、香、味、口感俱佳。
猪肉皮皱巴巴的,可能是因为不新鲜了,大部分人买猪肉的时候会连皮带肉一块儿买走,当我们把肉切下来以后,猪皮会留下,等到放了两天以后,猪皮里边的水分消失了,剩下的猪皮就会皱皱巴巴。
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MRI 采集和分析 扫描获取被试的全脑高分辨率T1像后按照标准程序(Fischl B, DaleAM (2000) Measuring the thickness of the human cerebral cortex from magneticresonance images. Proc Natl Acad Sci USA 97:11050–11055.)使用Freesurfer 5.3进行重建。基于Destrieux atlas(Destrieux C, Fischl B, Dale A, Halgren E (2010)Automatic parcellation of human cortical gyri and sulci using standardanatomical nomenclature. Neuroimage 53:1–15.)提取以下ROIs的皮质厚度:vmPFC,insula, APFC和dACC。4. 统计分析 T1横向分析包括按中位数将145名儿童分为幼龄组(7.41-9.59岁,n = 72)和大龄组(9.61-12.04岁,n =73),此外还有一组成年人。正确判定和错误判定的差值作为被试的认知准确率,AUC值作为元记忆分辨率。这一措施描述了观察者在自信判断中如何区分正确和不正确的反应,并通过绘制不同级别的累积置信对确定正确与不正确的响应计算AUC。然后使用lme4中实现的多级模型进行纵向分析:首先计算了认知准确率,AUCROC2和皮层厚度随时间的线性或非线性变化。其次计算了不同ROI的皮层变化与AUCROC2随时间变化的相关分析。为了确保我们的结果不依赖于元记忆的精确测量,我们还将meta d'作为基于模型的元记忆监测。 lme4多级模型: 是感兴趣的结果, 是随机截距(对于个体i的初始评估的预测得分), 是随机斜率(个体i的预测变化率), 是自初始评估以来的时间量, 是残差。在第2级模型中, 是个体i第一次参与实验的年龄, 表示T1阶段的9.6岁小孩的预测得分。 2级回归系数 表示截距的横向差异。第二个模型测试了二次关系,并且包括随时间变化的二次效应。在第三个模型中,将 作为线性斜率和二次斜率的预测因子(当需要二次斜率时),以测试个体随时间的变化率是否取决于T1的年龄。我们使用似然比检验来测试模型拟合的差异。性别作为所有模型中level 2的协变量,如果不重要,则从进一步分析中除去。报告的最终模型仅包括显着增加模型稳定性的预测因子。level2的协变量包括每个ROI在T1年龄段的皮层厚度和T1之后的皮质厚度变化。首先,由ROIs在T1的皮层厚度和随时间的厚度变化预测了随机截距。然后测试了每个ROI中的初始厚度和厚度变化是否预测随时间变化的速率(即斜率)。为了排除半脑差异,对左半脑和右半脑分别分析。 Bonferroni校正多重比较应用于ROI和posthoc比较(labeled PBonf)。 1. Age Differences and Change in Recognition Accuracy over Time 使用包含以9.6岁的截距为中心的线性和二次模型来研究被试识别精度的纵向提高,研究发现了时间变化显著的线性(b = 0.061,P <0.05)和二次(b = 0.014,P <0.05)影响,被试认知识别的准确度随时间提高,但与后期相比,前期的提高更显著(图S1)。此外还评估了操作任务难度导致识别精度的差异,在所有儿童和时间点上,识别假想参与场景的准确率高于忽视场景[b = 0.124,P <0.05,Bonferroni校正P(PBonf)<0.05],且高于passive blocks(b = 0.050,P <0.05,PBonf <0.05)(图S1)。假想参与场景相对于被动状态的纵向提高较大(b = 0.020,P <0.05,PBonf = 0.09),但是忽略场景条件相对于被动状态的纵向提高不明显(P> 0.54),彼此没有显著差异(P> 0.13)。在P <0.05水平上相互作用不显着(所有P> 0.08)。总体而言,随着时间的推移,识别准确度得到改善,假想参与场景的识别准确度有最大提高。2. Age Differences and Change in Metamemory Monitoring over Time 对于T1期间记忆监测的年龄差异的初步评估,本文首先比较了儿童和成人之间正确和不正确反应的平均信心(图2A)。有效的记忆监测反映在对正确反应比对错误反应有更高的判断信心。通过年龄组(年龄较小的儿童与较大的儿童与成年人)×条件(参加与,忽略,被动)×识别准确度(正确与不正确)混合方差分析来检查T1中的信心判断的年龄差异。 研究发现一个显着的年龄组×精度相互作用[F(2,169)= 11.32,P <0.05,partial η2(ηp2)= 0.12],使得参与者在认知测试中正确反应比不正确反应的信心更高。成年人相对于幼童(P <0.05,PBonf <0.05)和较大龄儿童(P <0.05,PBonf <0.05)都表现出显著差异。两组儿童间没有显著差异(P = 0.10,PBonf = 0.30)。与两组儿童相比,成年人元记忆准确性内省能力的年龄差异是由于成年人对错误反应的信心较低[F(2,169)= 5.90,P <0.05,ηp2 = 0.07]。相比之下,正确反应的信心没有年龄差异[F(2,169)= 0.34,P = 0.71,ηp2 = 0.00]。严格来说,当识别精度被包括为协变量[F(2,168)= 9.78,P <0.05,ηp2 = 0.10]时,这个年龄组×准确度相互作用在置信判断中保持显着。 将条件(参与,忽略,被动)作为方差分析中的一个因素以评估编码时的注意力变化是否会导致T1阶段记忆监测的年龄差异。状态×精度有显著相互作用[F(2,338)= 9.96,P <0.05,ηp2 = 0.06]。参与比忽略对正确反应的信心要高(P <0.05,PBonf <0.05),反之忽略高于被动状态(P <0.05,PBonf <0.05)。对错误反应的置信度在不同条件下没有差异(P> 0.47)。在所有年龄组均观察到这种情况,而年龄组间差异无统计学意义(P = 0.37)。其余的相互作用均不显着(Ps> 0.24)。 总之,虽然对正确反应的信心受到条件的影响,但这些影响并不依赖于年龄。因此所有后续分析混合了各种情况下元记忆监测能力的变化。使用以9.6岁为中心的截距和随时间线性变化的模型研究了元记忆分辨率的纵向变化。T1阶段的结果表明大龄组较幼龄组的元记忆分辨率高[b = 0.010,P <0.05;图2B提供了与成年人的横向比较]。时间的线性效应也是显着的(b = 0.014,P <0.05),表明元记忆分辨率随时间变化递增(图2C,D)。当识别精度包含在模型中时,元记忆分辨率与时间的相关任然存在(b = 0.012,P <0.05),这表明元记忆监测能力的纵向提高不仅仅反应在识别精度的提高。这些结果用替代的元记忆敏感性测量法( meta d’)进行了复制,该方法基于信号检测理论(图S2)。3. Age Differences and Change in CorticalThickness over Time 从先验的ROIs提取皮层厚度,即左右半脑的anterior insula,vmPFC,APFC和dACC。首先研究了T1阶段两组儿童和成人横向的皮层厚度差异(图3)。所有的ROI的皮层厚度都有显著年龄差异(PsBonf <0.05),此外成年人的所有ROI的皮层厚度都比两组儿童的低(PsBonf <0.05),但两组儿童间没有差异(PsBonf> 0.05)。这表明支持元记忆监测的脑区均随年龄增长产生了皮层发育。 其次,使用以9.6岁为中心的截距和随时间线性变化的模型来研究儿童皮层厚度的纵向变化。每个ROI的参数估计和统计分析如图3和表1所示(各个数据点如图S3所示)。在左半球,T1阶段脑岛有显着主效应,在多次比较校正后vmPFC尽管不显著但有主效应趋势。在这脑区,年龄较大的儿童初次评估时的皮层厚度比年龄小的儿童低。时间的线性效应在脑岛中显着,但在APFC,vmPFC或dACC中不显着(图3)。左脑ROI的后续分析表明,脑岛的皮层厚度变薄显着大于dACC(P<0.05,PBonf <0.05)和vmPFC(P <0.05,PBonf <0.05)的皮层厚度变化,比APFC(P<0.05,PBonf = 0.09)的皮层厚度变化有显著趋势。 在右半球,时间的线性效应在脑岛和vmPFC中显着,但在dACC和APFC中不显著(图3和表1)。而随着时间的推移,脑岛的皮层厚度变薄显著,但vmPFC中皮层厚度反而增加了,此外,在APFC中观察到变薄的趋势(P= 0.05,在多次比较校正之前)。对右脑ROIs的组间比较证明脑岛与vmPFC(P <0.05,PBonf <0.05),vmPFC与APFC(P<0.05,PBonf <0.05)之间的发育轨迹有显著异常,而vmPFC和dACC(P= 0.07,PBonf = 0.21)并无显著异常。在左半球或右半球的任何ROI中,时间和高阶相互作用的二次效应不可靠。 总之,这些纵向分析显示了ROIs皮层厚度的不同发育轨迹,脑岛皮层变薄,vmPFC皮层变厚,在研究时间段内dACC或APFC无显著变化。4. CorticalChanges Predict Metamemory Monitoring Improvement over Time 本研究不仅提供了儿童皮层发育的证据,还研究了这些皮层变化是否预测了记忆监测能力的变化,即ROIs中的初始厚度和厚度变化是否能够预测元记忆分辨率的改善。在左半球,随时间增加脑岛皮层显著变薄的儿童(b = -0.160,P<0.05;图4A),以及随时间增加vmPFC皮层显着变厚的儿童(b =0.158,P< 0.05;图4B),均随时间的推移显示出更高的记忆监测改善率。APFC(b =0.023,P =0.63)和dACC(b =0.017,P =0.68)的变化不能预测元记忆分辨率的变化。此外,对照分析表明,在控制识别准确率后,记忆分辨率的增加率仍然与左侧vmPFC(b =0.13,P =0.02)和左前脑岛(b =-0.14,P =0.01)的变化相关。在右半球,随时间增加脑岛皮层变薄只能大致作为总体记忆分辨率的预测因子(b =-0.090,P =0.05),且与元记忆分辨率的改变不相关。跨半球的模型与左半球观察到的结果类似。 总之,这些结果表明额叶亚区域的皮层发育有助于提高儿童对记忆准确性的内省能力。然而,不同皮层区域有助于记忆监测的方式取决于它们独特的皮层变化模式。研究结果表明,儿童过渡到青春期的元记忆监测能力的增加与脑岛皮层变薄和vmPFC皮层变后有关。5. Relation of Metamemory Monitoring to Intellectual Ability 元记忆监测能力对规范大脑学习有重要作用,因此这一能力的提高可能也会与智商变化相关。仅在T1和T3两个时间点测量被试的 IQ。因此,使用路径建模(图S4)来研究元记忆分辨率(AUCROC2),识别精度和IQ之间的并发关系以及它们的纵向关系。该模型显示出良好的拟合[χ2(6)=3.46,比较拟合指数(CFI)=1.00,近似均方根误差(RMSEA)=0.00,90%置信区间=0.00-0.09]。T1(r = 0.19,P =0.05)和T3(r =0.17,P =0.07)的IQ和元记忆分辨率之间存在趋势相关。此外T1阶段的IQ可以预测T3阶段的元记忆分辨率(β=0.24,P<0.05),T3时T1预测IQ的记忆分辨率(β=0.26,P<0.05)。因此,元记忆分辨率和智商不仅同时相关,而且在横向和纵向都表现出相互影响。但是记忆监测与智力能力之间的关系不太可能反映与记忆能力的共同关系,因为横向纵向两种分析所用的模型均包含了记忆准确率(图S4)。总之,本文代表了对理解支持元记忆发展的神经机制研究的第一步,因为元记忆监测能力对学习和决策至关重要。研究结果表明,元记忆监测能力的发育远超儿童中期,并表现为前脑岛和vmPFC的结构变化,而且元记忆监测能力的发育与儿童智力的变化显著相关。因此,对于支持元记忆和元认知的神经认知机制的更好理解对当前的教育发展尤为重要。在这种情况下,寻找提高元认知监测能力的有效途径及其对元认知控制的应用必然有助于指导和改善个体自我管理学习的能力。 参考文献:Yana Fandakova,Diana Selmeczy, Sarah Leckey, Kevin J. Grimm,et al. Changes in ventromedialprefrontal and insular cortex support the development of metamemory fromchildhood into adolescence. PNAS. 2017 网址:
《本文同步发布于“脑之说”微信公众号,欢迎搜索关注~~》 一、导读 小脑很久以来便被认为是与大脑紧密合作的伙伴,而且两者在人类的进化历程中都发生了明显的扩张。薄薄的小脑皮层的折叠程度甚至超过了大脑皮层。近日,发表在《美国科学院院刊》PNAS上的一篇研究论文利用超高强度磁场磁共振成像对一名被试的小脑样本进行扫描,并对其进行计算重构,在空间分辨率上可以达到最小的折叠褶皱水平。结果发现小脑的表面积大约相当于大脑表面积的80%。此外,还对一只猴子的脑重复人类中的处理流程,发现其小脑表面积与大脑的比值要远远低于人类小脑,只占大约33%。这些结果表明,小脑可能与进化史中人类的一些特有行为以及认知能力的发展中扮演者重要的角色。本文接下来便对该研究进行解读。 二、介绍 在人类的进化过程中,小脑伴随着大脑皮层一齐发生扩张,其中与额叶以及顶叶联合区域有连接的区域的扩张尤为明显。在扩张过程中,以体积以及神经元数量来衡量的话,小脑的变化程度已经超过了大脑皮层。这些进化角度的观点以及神经生理学方面的研究共同表明,小脑在人类人之中所发挥的作用需要进一步的重新评估。 就像新皮层(neocortex)一样,人类的小脑皮层也是有一层薄薄的神经组织复杂的折叠弯曲以保证其二维拓扑结构的前提下最大程度的减小空间体积。然而不同于新皮层,小脑皮层从未被计算手段在最小级别的折叠-薄层(folia)上重构出来过。小脑皮层相比于大脑要更薄,它沿中线像内部折叠,从而将前后部轴大量的神经组织安排到极小的空间中去。这种空间上的各向异性(anisotropy)是由于其结构骨架是由一些平行的中部向两侧发散的神经纤维构成的,正交于前后走向(矢向)床单状浦肯野细胞树突树。一个矢向微单元大约会有10-15个浦肯野细胞,他们接收上行纤维的输入并构成小脑的最基本的计算单元。 该研究是受在小脑运动感觉区颗粒细胞层精细的(60+ 记录点/mm²)微电极记录研究中发现的“断裂型表现”的启发,着眼于得到一个准确的薄层水平的小脑皮层重构。未来对于小脑更加精细的功能定位研究,首先将需要一个细致的量化模型来表征小脑复杂的折叠褶皱结构。 三、研究方法 1.样本准备以及扫描参数:一名女性被试的小脑样本被置于Fomblin填充的丙烯酸缸中,在9.4T强度的的磁共振成像扫描仪(Agilent Technologies)中扫描,采用短TE(PD质子密度加权)以及长TE的(T2 加权)3D梯度回波序列扫描(PD:翻转角10°,TE,3.7ms; TR, 15ms; T2 : 翻转角20°, TE, 18ms;TR, 30ms; 矩阵 512×340×340;体素大小0.19mm;每次对比重复10次,总时长12小时)。 2.皮层重建:小脑皮层由csurf工具完成重构,该工具为FreeSurfer的升级版以应对超高空间维度数据的处理。T2 图像通过除以PD图像来标准化并利用AFNI的3dUniformize来进一步的去除尖锐变化,并通过亮度反转使得白质亮度高于灰质。之后在经过局域(7×7×7体素空间)各向异性滤波器处理后,图像被分割、手动调整分割结果、网格化以得到靠近浦肯野细胞层的初始皮层,该皮层上有大于460万个顶点,是一个FreeSurfer标准大脑皮层顶点个数的25倍。初始皮层被进一步分为灰质/白质表面。最后皮层被切分为不同部分以便于后续利用FreeSurfer的mris_flatten将其展平。 3.表面积测定:在去除小脑角以及对样本固定过程带来的体积缩减(每体素3%)进行校正后,再进行脑软膜表面的逐顶点表面积的测量。为了估计人类女性大脑软膜皮层面积,该研究利用32名女性被试的灰白质交界表面并乘以灰白交界到软膜表面转换系数(1.2)来计算平均表面积。 4.深部小脑核团:由于T2 /PD图像减少了其对比度,位于小脑深部的齿状回核团直接利用PD图像以及与小脑皮层相同的方法对其进行重建。 5.恒河猴皮层重建:利用类似的方法,基于T2 加权图像(0.15mm体素大小)进行。 四、研究结果 很早以前Sultan和Braitenberg在他们的里程碑式的文章中便提出基于立体空间的选定薄层测量得到的图表示意型小脑皮层重建。第一个基于皮层表面的计算手段得到活体人类小脑MRI重构是基于1mm体素大小,1.5T磁场强度的图像得到。然而,介于一个薄层仅有几个毫米长,且薄层之间互相紧密堆叠,局部体积效应使得很难分辨出这些薄层。最近,7T扫描技术的发展可以使得图像有更小的体素,但依旧只能分辨出小脑的小叶,薄层水平的分割仍难以实现。 为了提供一个完整的、量化的、高分辨率的薄层水平人类全小脑皮层重建,该研究基于9.4T场强,0.19mm体素大小的图像来实现。其中共有两种类型的图像,一是段回波时间的质子加权图像PD,以及长回波时间的纵向弛豫时间加权的图像T2 。该研究将两幅图像结合以消除线圈磁场的非匀效应。 小脑有两种等级的折叠:大尺度上的小脑小叶以及更小尺度上的薄层。这两种等级上的折叠可以在FreeSurfer的结果中辨认出来。在皮层重建过程中,FreeSurfer主要计算两种类型的顶点上的特性:(1)局部表面的凸面性或凹面性,这些特性是通过计算相邻顶点间的相对位置,并将每个薄层的凸出部分标记为绿色,凹陷部分标记为红色,即曲率,反应薄层水平的形态学特性;(2)平均凸率,由局部范围内每个体素在保留几何特性前提下膨胀过程中移动的垂直距离加和平均得到,该过程会将小叶的凸起部分标记为绿色,凹陷部分标记为红色,即沟回信息,反应小叶水平上特性。 为了判定能够将小脑薄层水平特性区分的最大体素大小,原始图像被降采样到不同的分辨率并重建皮层,之后与0.19mm原始体素的结果加以对比。当降采样到0.21mm时,只有约1%的皮层表面积损失,而到0.28mm后则有14%的损失,当到0.5mm时已经有多达50%的损失。这表明,若想将小脑皮层的薄层结构完整的重建出来,至少需要该研究中所用到的体素密度(约150个/mm³),重建后的皮层表面大约有500万个顶点,约是普通FreeSurfer大脑皮层顶点的25倍。 为了更好地对比,输入的切片图像以及折叠的原始皮层、膨胀后的皮层以及展平后的皮层都使用同样的比例尺展示与图2中。所有步骤都展示两次,分别显示曲率信息以及沟回信息。绿色分别代表沟回或者薄层的顶部。Movie 1展示了原始皮层的膨胀过程。 重建后的小脑软膜表面(图3)在进行固定导致的缩减校正后,测得的表面积为1590cm²。相较于该数值,之前研究得到的表面积要小得多。Sultan和Braitenberg的研究中估计的表面积为1128cm²。之前的活体MRI研究中,因为分辨率不足的原因,无法将小脑皮层的薄层完整的重建出来,故使得测得的表面积要远远小于该数值,其中Van Essen测得的为540cm²,小脑高分辨率图谱(CHROMA)的为390cm²,Diedrichsen和Zotow测得的灰白质交界面面积为125cm²。 为了对比,人类女性左右半球软膜的表面积之和约为2038cm²。这也就意味着小脑软膜的表面积与整个大脑新皮层的表面积相当,但小脑的体积只有大脑的八分之一。 大多数小脑结构研究多采用图表式膨胀或展平,没有统一、一致的较少局部表面形变影响。事实表明,利用新皮层中使用的保留几何信息的方法,很难去膨胀小脑以及进一步展平。这一切是因为小脑相较于新皮层,有更高的的高斯(内部)曲率。首先,看似互相矛盾的是,小脑的一些薄层表现为圆柱状(更多的外向曲率),看似可以用传统的方法对其进行膨胀以及展平。但是,薄层在小脑中间的小脑蚓明显的分裂为多个小薄层,并延伸至对侧半球。在小脑侧面边缘,这些薄层又被发现融合到一起(图2,表示薄层部分)。在皮层的膨胀过程中,这些复杂的几何结构在中线以及外侧边缘变成“小球”状结构(图2,Ventral View)。就像球面一样,这些小叶“小球”如若不再引入严重形变的话,将无法在进一步膨胀或者展平。 所以为了展平小脑皮层且不造成额外的严重局部形变,每个中线外侧小球处被分割开。小脑皮层被分为四大部分以及三小部分分别进行展平。前部小脑被分为两个大块,分别为第一小叶到第五小叶,第五小叶到第六小叶。从顶后部裂处前部到crus I 部分,瞎闹被分为左右两部分(包括crus I,水平裂,crus II, VIIB, VIIIA,VIIIB 以及小脑次裂)。这些大块的中线前侧边缘从两个旁中央结构开始,这两个地方的白质裸漏在外面。最后,两个旁绒球以及第九小叶分别膨胀和展平。 在进行分割分别展平后,小脑皮层各部分在引入最小局部形变的情况下被完全展平。展开后的小脑皮层在前后轴向上的内容得到了极大的延伸,大约有1米长但却只有10厘米宽。第七小叶与第八小叶的面积之和大约是第一到第六小叶面积之和的2倍。与之相比,之前的研究,由于对薄层结构的探测不够完整,这两个区域的面积与其他小叶无明显差异。 对小叶和薄层的几何信息作更加细致的观察后发现了更多意想不到的特性。当一个小叶(膨胀视图)的凸起部分在延伸到中线时回渐渐下降并变为对侧半球的脑裂(图4,蓝绿色大箭头)。 除此之外,尽管薄层的轴向与小叶的轴向有时时大致平行的,但仍有很多区域两者之间的夹角可以大于45°。一些小叶从一个脑裂深处延伸至对侧时会变为对侧半球的小叶冠(图4,粗虚线)。 该研究也对小脑的主要核团-齿状回,进行了皮层重建。在膨胀之前,这些核团的外形就像皮塔饼口袋一般,展平中将其从中间分开为两部分(图2底部)。左右齿状回的面积之和为18.6cm²,这些面积并不不包括更小的小脑顶核。这个结果也表明,小脑皮层与核团的表面积比率要大于80比1。 为了探究灵长类动物的新皮层以及小脑皮层在进化过程中是如何变化的,该研究利用类似方法对一恒河猴的小脑以及新皮层进行了重建、膨胀以及展平(Movie 2)。重建以及膨胀后的猴子皮层有大约45个顶点(图2左下角以相同比例尺显示)。猴子的小脑皮层表面积为90cm²,该结果在某种程度上也是大于之前的研究的(Sultan和Braitenberg,81cm²;Van Essen, 61 cm²)。相比直下,猴子的新皮层表面积有269cm²,小脑的表面积只相当于新皮层的33%,远远低于人类中的78%。该现象也表明人类小脑中的折叠褶皱现象增加的剧烈程度。 五、讨论 通过对小脑皮层进行薄层水平上的重建,该研究发现小脑表面积要远远大于之前研究中的结果,大约相当于新皮层表面积的78%。利用同样的方法在恒河猴中得到的结果要远远低于人类,猴子的小脑皮层大约只有新皮层表面积的1/3。这个比例的显著上升可能与人小脑中与顶叶以及前额叶更加广泛的连接有关,也表明小脑可能在一些人类特有的行为(语言、高级工具的使用以及复杂社交行为等)的起源中发挥着与新皮层一样重要的作用。 该研究中的高分辨率皮层提供了薄层水平的小脑图谱。该图谱提供了一个精准的空间模型用于表层电信号以及磁信号的估计。且可以作为小脑皮层重建的一个金标准。通过结合灰质髓鞘化量化成像以及灰质扩散特性成像,在未来或许可以将带状矢向结构的所有信息得到。最后,超高场强扫描技术为实现小脑功能网格的定位提供了可行的方向,或许在未来的研究中可以发现“认知小脑”。小脑许多空间上相隔的区块在计算时被整合起来,这种独有的像棋盘一样散步的分布式计算模式或许可以帮助小脑进行更为高级的例如抽象推理等过程那般的复杂计算。并非只是将躯体感觉信号集合起来并控制高级躯体运动,小脑可能还参与了虚构的“概念运动”,在意识中规划、调整下一步的运动计划的过程。
储氢罐和燃料电池堆的关系:储氢罐和燃料电池堆的关系,燃料电池堆是一种直接把燃料所具有的化学能转换成电能的发电装置,它具有能量转化率高、无噪声污染、环境友好等特点。采用氢气作为燃料的燃料电池是实现缓解能源压力、经济发展与环境和谐的最佳手段,由此并带动了氢能产业的大力发展。氢燃料电池汽车是氢能应用场景最具代表性的领域之一,汽车工程协会《节能与新能源汽车技术路线图》指出,到2030年,中国氢燃料电池汽车将超过百万辆。面对氢燃料电池汽车市场即将的喷井式增长,作为氢燃料汽车发展过程中的关键一环,车载储氢技术直接关系到燃料电池汽车的续航、成本与安全性。
1前言 石油和天然气两种处于自然状态的烃类化合物能源具有不可再生性,随着化石燃料耗量的日益增加,终将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新的能源。氢能 就是这种能源,且氢能的研究同时还迎合了工业化国家日趋严格的环保政策,因而各国对氢能的研究变的日益活跃起来。 氢原子序数为1,常温常压呈气态,超低温、高压下又可成为液态。作为能源, 氢有以下特点: 1)氢是构成了宇宙质量的75%,存储量大。 2)氢的发热值高,是汽油发热值的3倍。 3)氢燃烧性好,点燃快,3%-97%范围内均可燃。 4)氢循环使用性好,燃烧反应生成的水可用来制备氢,循环使用。 5)氢利用形式多,可以产生热能、可用于燃料电池,或转换成固态氢作结构材料。 美国著名石油专家埃克诺米迪斯博士预测:主宰未来世界的能源将是氢能。 2氢能的主要应用领域 2.1二航天 早在M战期间,氢即用作A-2火箭液体推进剂。1970年美国”阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。 目前科学家们正研究一种”固态氢”宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料,又作为飞船的动力燃料,在飞行期间,飞船上所有的非重要零部件都可作为能源消耗掉,飞船就能飞行更长的时间。 2.2交通 在超声速飞机和远程洲际客机上以氢作动力燃料的研究已进行多年,目前已进人样机和试飞阶段。据欧洲空客公司预测,到2004年,欧洲生产的飞机将部分采用液氢为燃料。德国戴姆勒一奔驰航空航天公司以及俄罗斯航天公司从1996年开始试验,其进展证实,在配备有双发动机的喷气机中使用液态氢,其安全性有足够保证。 美、德、法等国采用氢化金属贮氢,而日本则采用液氢作燃料组装的燃料电池示范汽车,已进行了上百万公里的道路运行试验,其经济性、适应性和安全性均较好。美国和加拿大计划从加拿大西部到东部的大铁路上采用液氢和液氧为燃料的机车。 2.3:民用 除了在汽车行业外,燃料电池发电系统在民用方面的应用也很广泛。氢能发电、氢介质储能与输送,以及氢能空调、氢能冰箱等,有的已经实现,有的正在开发,有的尚在探索中。燃料电池发电系统的开发目前也开发的如火如茶:以PEMFC为能量转换装置的小型电站系统和以SOFC为主的大型电站等均在开发中。 2.4:其它 以氢能为原料的燃料电池系统除了在汽车、民用发电等方面的应用外,在军事方面的应用也显得尤为重要,德国、美国均已开发出了以PEMFC为动力系统的核潜艇,该类型潜艇具有续航能力强,隐蔽性好,无噪声等优点,受到各国的青睐。 3 氢能应用的主要问题 3.1:氢气制备 氢气能否广泛使用,制氢工艺是基础,目前主要的制氢工艺主要包括: 1)采用矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及潮汐能等方式电解水制备氢气是目前的主要研究方向,其中以利用太阳能制氢的研究最多也最有前途; 2)热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物,经历不同的反应阶段,最终将水分解为氢和氧,且中间物不消耗; 3)光化学制氢是在有光照催化剂作用下,促使水解制得氢气; 4)矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法,如煤的焦化、煤的气化等; 5)生物质制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法; 6)各种化工过程副产品氢气的回收,如氯碱工业、冶金工业等。水电解制氢、生物质制氢等制氢方法,现已形成规模,其中,低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法,目前应用中尚需要降低电耗。 3.2:氢气一运输 工业实际应用中大致有五种贮氢方法,即: (1)常压贮存,如湿式气柜、地下储仓; (2)高压容器,如钢制压力容器和钢瓶; (3)液氢贮存:采用液氢贮存,就必须先制备液氢,生产液氢一般可采用三种液化循环,其中带膨胀机的循环效率最高,在大型氢液化装置上被广泛采用;节流循环,效率不高,但流程简单,运行可靠,所以在小型氢液化装置中应用较多。氦制冷氢液化循环消除了高压氢的危险,运转安全可靠,但氦制冷系统设备复杂,故在氢液化中应用不多。 (4)金属氢化物:当用贮氢合金制成的容器冷却和压人氢时,氢即被储存;加热这一贮存系统或降低其内部压力,氢就会释放出来。 目前金属氢化物合金体系主要有:l)LaNi5系合金;2)MnNi5系合金等;3)TiMn系合金;4)TiMn系合金(ABZ);5)镁系合金;6)纳米碳等。 (5)除管道输送外,高压容器和液氢槽车也是目前工业上常规应用的氢气输送方法。 3.3金属氢化物贮氢装置的开发 在氢的制备和贮存、输送问题解决后,下一步的研究就是氢化物贮氢装置的开发,目前主要包括以下两类: 3.3.l固定式贮氢装置 固定式贮氢器其服务场合多种多样,容量则以大中型为主。美国开发的以TiFe0.9Mn0.1合金为基体中型固定式贮氢器;日本则用MmNi4.5Mn0.5贮氢合金开发了叠式固定装置;德国用TiMn2型多元合金开发的贮罐是由32个独立贮罐并联而成,容量为目前世界上最大的;我国浙江大学分别用(MmCaCu)(NiA1)5增压型贮氢合金、MINi4. 5 Mn0. 5合金分别开发了两种固定式装置。 3.3.2移动式贮氢装置 移动式贮氢器除了携带运输氢气外,还可用于燃料电池氢燃料的存储。作为移动式装置要兼顾贮存与输送,因此要求重量轻、贮氢量大等问题。其中金属氢化物贮氢器不需附加设备(如裂解及净化系统),安全性高,适于车船方面应用;用常温型合金,质量贮能密度与 15 M Pa高压钢瓶基本相同,但体积可小得多。如德国海军的混合推进系统在潜艇,氧以液氧形式贮存,氢则以TIFe合金贮存。 3.4目前工作的方向 在PEMFC已有技术基础上,除继续加强大功率PEMFC的关键技术研究外,还应注意PEMFC系统工程关键技术开发和系统技术集成,这是PEMFC发电系统走向实用化过程的关键。 在航空领域则要是解决氢能的贮存和生产成本问题,目前的一个研究趋势是开始将传统的机翼设计成为可以容纳更多液态氢的新型构造。 在汽车领域的问题主要是存在贮氢密度小和成本高两大障碍:以储氢合金贮氢为动力的汽车连续行驶的路程受限制,而以液氢为动力的主要是由于液氢供应系统费用过高而受到限制。 氢在航天动力方面已广泛应用,例如大容量镍氢电池等,但氢能的大规模的应用还有待解决以下关键问题:l)廉价的制氢技术;2)安全可靠的贮氢和输氢方法。 4 未来氢能经济社会的特色 随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展,氢能应用范围必将不断扩大,氢能将深人到人类活动的各个方面,因而我们可以勾勒出未来氢能经济社会的一副大致图画: l)、化石能源(石油、煤炭、天然气)封存,留作化工原料; 2)、建立居家小型电站,取消远距离高压输电,通过管道网,送氢气至千家万户。 3)、各种类型空气一氢燃料电池成为普遍采用的发电工具。 4)、取缔内燃机动力,汽车、火车、飞机改用燃料电池,消灭了一切能源污染隐患和内燃机车噪音源。 5)、每个城市和家庭有能源供应和回收的完善循环系统。 6)取消火力发电,核电站、水利发电站、风力发电站、潮汐发电完成正常的电力供应后,剩余电力用于电解水制氢,作为储备能源。 5 我国发展氢能的对策 氢能的研究和应用是历史不可逆转的潮流,各国政府目前均对此展开了大量的研究,我国在这方面也投入了不少的人力、物力、财力,并取得了一定的成果,但我们也应该看到目前我们与工业化国家的差距,根据我国的国情制定相应的氢能发展战略,个人认为应包括以下的几点: (1)电解水制氢是获取氢源的重要途径,目前因耗电量大、电价高导至氢气成本高,推广使用受到限制,开发新型电解水制氢工艺,降低能耗也是一个重要的议题。 (2)各种新的制氢方法如从HZS制氢、从生物质制氢及用热化学法水分解制氢以及化工产品中副产品氢气的回收等应予以重视; (3)储氢材料的研究国内进行了较多的研究,但是目前很少有实用化的报道,因而开展科技成果的转化以及新型储氢和输氢装置的研究也尤为重要; (4)氢能未来应用的主要领域还是在燃料电池方面,我国开展这方面的研究也已经有一定基础,但主要是集中在研究燃料电池组件方面,对于系统集成等研究报道不多,同时由于资金和技术方面等因素,目前与国外还是有较大的差距,因而应加大投资力度,迎头赶上。 (5)氢能开发最有前景的方式是与太阳能结合,因而对于太阳能电池系统及材料的研究也应当引起足够的重视。 6结语 就环境保护和市场需求而言,洁净和成本是两个关键参数,光有洁净而成本过高就没有市场,因而目前降低氢能的利用成本成为当务之急,各工业化国家对这方面的研究都十分重视,其中美国政府决定今后五年为开发氢能拨款 17亿美元,力争到 2040年以前使每天的石油消耗量减少 1100万桶。世界上40家重要的汽车厂商中,已有25家决定考虑采用氢能,以适应日益严格的环保政策。因而虽然目前困难重重,但在不久的将来我们可以预见氢能的利用一定能够走进我们生活的方方面面。
压缩液化成水
钢瓶不可以储存液氢。氢分子很小,压强达到一定程度,H2会透过钢瓶的金属原子空隙渗出来,无法储存。现在一般用储氢合金,生成金属氢化物,使用时加热逸出H2,还有就是新开发的碳纳米管用来储氢。
基因芯片用途广泛,在生命科学研究及实践、医学科研及临床、药物设计、环境保护、农业、军事等各个领域有着广泛的用武之地。这些无疑将会产生巨大的社会和经济效益。有着广泛的经济、社会及科研前景。因此,国际上一些著名的政治家,投资者和科学家均看好这一技术前景。认为基因芯片以及相关产品产值有可能超过微电子芯片,成为下一世纪最大的高技术产业,具有巨大的商业潜力。 1、高密度芯片的批量制备技术:利用平面微细加工技术,结合高产率原位DNA合成技术,制备高密度芯片是重要的发展趋势。2、高密度基因芯片的设计将会成为基因芯片发展的一个重要课题,它决定基因芯片的应用和功能。利用生物信息学方法,根据被检测基因序列的特征和检测要求,设计出可靠性高,容错性好,检测直观的高密度芯片是决定其应用的关键。3、生物功能物质微阵列芯片的研制:发展高集成度的生物功能单元的微阵列芯片,特别是发展蛋白质、多肽、细胞和细胞器、病毒等生物功能单元的高密度自组装技术,研制和开发有批量制备潜力的生物芯片制备技术。基因芯片可为研究不同层次多基因协同作用提供手段。这将在研究人类重大疾病的相关基因及作用机理等方面发挥巨大的作用。人类许多常见病如肿瘤、心血管病、神经系统退化性疾病、自身免疫性疾病及代谢性疾病等均与基因有密切的关系。生物芯片能为现代医学发展提供强有力的手段,促进医学从“系统、血管、组织和细胞层次”(第二阶段医学)向“DNA、RNA、蛋白质及其相互作用层次”(第三阶段医学)过渡,使之尽快进入实际应用。DNA芯片技术可用于水稻抗病基因的分离与鉴定。水稻是中国的主要粮食作物,病害是提高水稻产量的主要限制因素。利用转基因技术进行品种改良,是目前最经济有效的防治措施。而应用这一技术的前提是必须首先获得优良基因克隆,但目前具有专一抗性的抗病基因数量有限,限制了这一技术的应用。而基因芯片用于水稻抗病相关基因的分离及分析,可方便的获取抗病基因,产生明显的社会效益。在医药设计、环境保护、农业等各个领域,基因芯片均有很多用武之地,成为人类造福自身的工具。 美国总统克林顿在1998年1月对全国的演讲中指出“未来十二年,基因芯片将为我们一生中的疾病预防指点迷津”。1998年6月27日华盛顿邮报在报道Motorola进入基因芯片领域时,认为这将造福于子孙后代。美国“Fortune”杂志在1997年3月重点介绍了基因芯片技术,论述了未来产业化的前景,该文预测“在2005年仅仅在美国用于基因组研究的芯片销售额将达约50亿美元,2010年有可能上升为400亿美元”。这还不包括用于疾病预防及诊治以及其它领域中的基因芯片,这部分预计比基因组研究用量还要大上百倍。由于生物芯片的重大意义和巨大的商业潜力,北美和欧洲许多国家的政府和公司投入大量人力物力来推动此项研究工作。如美国的国立卫生研究院、商业部高技术署、国防部、司法部和一些大公司以及风险投资者投入了数亿美元的巨资。基因芯片以及相关产品产业有可能成为下一世纪最大的高技术产业之一。
生物芯片技术 20世纪90年代初开始实施的人类基因组计划(Human genome project,HGP)取得了人们当初意料不到的巨大进展。目前已经测定了十多种微生物以及高等动植物的全基因组序列,海量的基因序列数据正在以前所未有的速度膨胀。一个现实的科学问题摆到了人们面前:如何研究如此众多基因在生命过程中所担负的功能?如何有效利用如此海量的基因信息揭示人类生老病死的一般规律,并为人类最终战胜各种病魔提供有效武器?于是,一项类似于计算机芯片技术的新兴生物高技术———,随着人类基因组研究的进展应运而生了。生物芯片的种类生物芯片是近10年在生命科学领域中迅速发展起来的一项高新技术。它主要是指通过微加工和微电子技术在固体芯片表面构建微型生物化学分析系统,以实现对生命机体的组织、细胞、蛋白质、核酸、糖类以及其他生物组分进行准确、快速、大信息量的检测。目前常见的生物芯片分为三大类:即基因芯片(Genechip,DNAchip,DNAmi�croarray)、蛋白芯片(Proteinchip)、芯片实验室(Lab-on-a-chip)等。 生物芯片主要特点是高通量、微型化和自动化。生物芯片上高度集成的成千上万密集排列的分子微阵列,能够在很短时间内分析大量的生物分子,使人们能够快速准确地获取样品中的生物信息,检测效率是传统检测手段的成百上千倍。生物芯片将是继大规模集成电路之后的又一次具有深远意义的科学技术革命。基因芯片是生物芯片技术中发展最成熟和最先实现商品化的产品。基因芯片是基于核酸探针互补杂交技术原理而研制的。所谓核酸探针只是一段人工合成的碱基序列,在探针上连接上一些可检测的物质,根据碱基互补的原理,利用基因探针到基因混合物中识别特定基因。基因芯片,又称DNA芯片,DNA微阵列(DNAmicroar ray),和我们日常所说的计算机芯片非常相似,只不过高度集成的不是半导体管,而是成千上万的网格状密集排列的基因探针,通过已知碱基顺序的DNA片段,来结合碱基互补序列的单链DNA,从而确定相应的序列,通过这种方式来识别异常基因或其产物等。目前,比较成熟的产品有检测基因突变的基因芯片和检测细胞基因表达水平的基因表达谱芯片。基因芯片技术主要包括四个基本技术环节:芯片微阵列制备、样品制备、生物分子反应和信号的检测及分析。 目前制备芯片主要采用表面化学的方法或组合化学的方法来处理固相基质如玻璃片或硅片,然后使DNA片段或蛋白质分子按特定顺序排列在片基上。目前已有将近40万种不同的DNA分子放在1平方厘米的高密度基因芯片,并且正在制备包含上百万个DNA探针的人类基因芯片。生物样品的制备和处理是基因芯片技术的第二个重要环节。生物样品往往是非常复杂的生物分子混合体,除少数特殊样品外,一般不能直接与芯片进行反应。要将样品进行特定的生物处理,获取其中的蛋白质或DNA、RNA等信息分子并加以标记,以提高检测的灵敏度。第三步是生物分子与芯片进行反应。芯片上的生物分子之间的反应是芯片检测的关键一步。通过选择合适的反应条件使生物分子间反应处于最佳状况中,减少生物分子之间的错配比率,从而获取最能反映生物本质的信号。基因芯片技术的最后一步就是芯片信号检测和分析。目前最常用的芯片信号检测方法是将芯片置入芯片扫描仪中,通过采集各反应点的荧光强弱和荧光位置,经相关软件分析图像,即可以获得有关生物信息。 蛋白芯片与基因芯片的原理相似。不同之处有,一是芯片上固定的分子是蛋白质如抗原或抗体等。其二,检测的原理是依据蛋白分子、蛋白与核酸、蛋白与其它分子的相互作用。蛋白芯片技术出现得较晚,尚处于发展时期,最近也取得了重大进展。例如,最近一期国际著名科学(Science)杂志报道了酵母蛋白质组芯片(pro�teomechip)。这是目前为止第一个包含一种生物全部蛋白质分子的蛋白质芯片。相信,不久将会有包含更高等生物甚至人类蛋白质组的蛋白质芯片研制成功,并应用于生物医学基础研究和疾病诊断。芯片实验室是生物芯片技术发展的最终目标。它将样品制备、生化反应以及检测分析的整个过程集约化形成微型分析系统。现在已有由加热器、微泵、微阀、微流量控制器、微电极、电子化学和电子发光探测器等组成的芯片实验室问世,并出现了将生化反应、样品制备、检测和分析等部分集成的生物芯片。 例如可以将样品制备和PCR扩增反应同时在一块小小的芯片上完成。再如GeneLogic公司设计制造的生物芯片可以从待检样品中分离出DNA或RNA,并对其进行荧光标记,然后当样品流过固定于栅栏状微通道内的寡核苷酸探针时便可捕获与之互补的靶核酸序列。应用自主开发的检测设备即可实现对杂交结果的检测与分析。这种芯片由于寡核苷酸探针具有较大的吸附表面积,可以很灵敏地检测到稀有基因的变化。同时,由于该芯片设计的微通道具有浓缩和富集作用,所以可以加速杂交反应,缩短测试时间,从而降低了测试成本。国内外研究现状生物芯片技术的飞速发展引起了世界各国的广泛关注和重视。1998年6月29日美国宣布正式启动生物芯片计划,美国国立卫生部、能源部、商业部、司法部、国防部、中央情报局等均参与了此项目。 同时斯坦福大学、麻省理工学院及部分国家实验室也参与了该项目的研究和开发。世界各国也纷纷加大投入,英国剑桥大学、欧亚公司正在从事该领域的研究。世界大型制药公司尤其对基因芯片技术用于基因多态性、疾病相关性、基因药物开发和合成或天然药物筛选等领域感兴趣,都已建立了或正在建立自己的芯片设备和技术。以生物芯片为核心的相关产业正在全球崛起,目前美国已有10多家生物芯片公司股票上市,平均每年股票上涨75%。专家统计:全球目前生物芯片工业产值为10亿美元左右,预计今后5年之内,生物芯片的市场销售可达到200亿美元以上。 美国《财富》杂志刊文指出,微处理器使我们的经济发生了根本变化,给人类带来了巨大的财富,改变了我们的生活方式。然而,生物芯片给人类带来的影响可能更大。在20世纪科技史上有两件事影响深远,一是微电子芯片,它是计算机和许多家电的心脏,它改变了我们的经济和文化生活,并已进入每一个家庭;另一件事就是生物芯片,它将改变生命科学的研究方式,革新医学诊断和治疗,极大地提高人口素质和健康水平。 生物芯片作为基因工业的一部分,可广泛用于医学临床诊断、药物开发、环境监测等领域,有着广阔的市场前景,对人类生活与健康将产生多方面深远影响。鉴于生物芯片技术具有巨大理论意义和实际价值,也为了我国生物芯片技术不再重蹈计算机芯片的覆辙,我国政府、科技界和商业界几乎同时意识到生物芯片技术的重大战略意义和蕴藏的无限商机,开展了生物芯片技术研发。其中最具代表性的事件就是2000年初由国内从事生物芯片技术研究的多家单位进行强强联合成立了国家生物芯片技术中心。中国工程院2000年1月6日在京举办首次工程科技论坛,专题定为“生物芯片技术”,与会科学家呼吁:以生物芯片技术为核心的各相关产业正在全球崛起,世界工业发达国家已开始有计划、大投入、争先恐后地对该领域知识产权进行保护。我国应迅速制定适合中国国情的对策,以避免出现像计算机产业那样因没有自己的芯片专利和技术而受制于人的被动局面。目前国内已有多家科研单位开始从事这方面的研究。例如,清华大学、中国科学院、军事医学科学院等单位在国内率先开展了生物芯片技术研究,建立了生物芯片技术体系,并已在生物芯片技术和产品开发方面取得了较大突破。可以相信不久将有我国自主生产的生物芯片产品投放市场。 生物芯片的应用生物芯片应用前景十分广阔。如可以应用于寻找新基因、DNA测序、疾病诊断、药物筛选、毒理基因组学、农作物优育和优选、环境检测和防治、食品卫生监督以及司法鉴定等等。使用基因芯片分析人类基因组,可找出癌症、糖尿病由遗传基因缺陷引起疾病的致病的遗传基因。生物医学研究人员可以在数秒钟内鉴定出导致癌症的突变基因。借助一小滴测试液,医生们能预测药物对病人的功效和是否有毒副作用。利用基因芯片分析遗传基因,未来可以使糖尿病的确诊率达到50%以上。可以想象,未来人们在体检时,由搭载基因芯片的诊断机器人对受检者取血,转瞬间体检结果便可以显示在计算机屏幕上。利用基因诊断,医疗将从目前千篇一律的“大众医疗”的时代,过渡到依据个人遗传背景而异的“个体化医疗”的时代。生物芯片在疾病检测诊断方面具有独特的优势,它可以在一张芯片上同时对多个病人进行多种疾病的检测。仅用极小量的样品,在极短时间内,向医务人员提供大量的疾病诊断信息,这些信息有助于医生在短时间内找到正确的治疗措施。例如对肿瘤、糖尿病、传染性疾病等常见病和多发病的临床检验及健康人群检查,均可以应用生物芯片技术。今后人们可以拥有个人化验室,无论在地球任何地方,随时可以对自己的健康状况进行监测。在药物筛选方面,目前国外几乎所有的主要制药公司都不同程度地采用了生物芯片技术来寻找药物靶标,查检药物的毒性或副作用。用芯片技术进行大规模的药物筛选可以省略大量的动物试验,缩短药物筛选所用时间,从而带动创新药物的研究和开发。基因芯片在环保方面的应用表现在,可高效地探测到由微生物或有机物引起的污染,还能帮助研究人员找到并合成具有解毒和消化污染物功能的天然酶基因。这种对环境友好的基因一旦被发现,研究人员将把它们转入普通的细菌中,然后用这种转基因细菌清理被污染的河流或土壤。另外生物芯片在农业、食品监督、司法鉴定等方面都将作出重大贡献。生物芯片技术的深入研究和广泛应用,将对21世纪人类生活和健康产生极其深远的影响。作者简介王升启博士,军事医学科学院放射医学研究所研究员,国家生物芯片技术中心副主任,军队生物芯片技术重点实验室主任。总后科技银星。 主要研究方向有:基因芯片技术研究和开发;反义技术和反义药物;中药基因组学和化学组学研究等。近年来主持国家863项目、国家973项目、国家自然科学基金重点项目和面上项目,以及军队和北京市重点项目等多项课题研究。在国内外刊物发表论文100多篇,获得和申请国家发明专利10余项,出版专著2部,获得军队和省级科学技术进步奖3项。陈忠斌博士,军事医学科学院放射医学研究所副研究员。1999年7月于军事医学科学院获生物化学与分子生物学博士学位后,即在放射医学研究所生物技术实验室和军队生物芯片技术重点实验室工作。主要研究方向有:病毒基因芯片技术;应用基因芯片技术研究病毒与宿主相互作用分子机理以及抗病毒药物基础研究等;近年来参与和主持国家863项目、国家973项目、国家自然科学基金重点项目等多项课题研究。在国内外刊物发表论文20多篇,获得和申请国家发明专利2项,获得军队和省级科学技术进步奖2项。
对当前多媒体《计算机应用》CAI系统的设计与实现分析摘要:本文介绍了在校园网上针对《计算机应用》课程,开展多媒体CAI系统的设计方法。阐明了计算机对文本、图像、动画、视频和音频等多媒体信息的综合处理方法,对当前的教学改革具有一定的现实意义。 关键词: CAI;Authorware;校园网;多媒体 1 引言 随着计算机网络技术的发展及迅速普及,校园网越来越显示出其巨大作用。怎样更有效地利用校园网服务于教学,是每一个建立校园网的学校迫切需要解决的问题。同时,随着教育改革的深入,学校招生规模的扩大,热门专业师资的紧缺,建立基于校园网的CAI系统,是完全必要的。 CAI,即计算机辅助教学。它是利用计算机将文字、图形、图像、动画、声音等有机地结合起来,在各种媒体间利用特定的结构建立逻辑连接,集成为具有交互能力的信息系统。在校园网上,建立起网络虚拟教室,制作CAI课件,实现教师授课的影像与电子讲义同步播放,学生可以在不同的地点反复收看教师的讲课实况。它突破了传统教学的时空限制,凭借其数字化、多媒体、信息量大、交互性强的特点,为学生自学与复习提供了一个有效途径。 《计算机应用》是一门专业基础课,中专、高职院都要进行省过级考试,大学也要进行全国的过级考试,许多学校的大部分专业的学生都要学习这一门课程。其内容涉及的范围广,上机练习多。如果只用“口水+粉笔”来进行教学,或只在机房中的计算机上乱操作一成,是很难达到过级要求的。学生多,计算机专业教师少,势必增加教师的负担,那么,制作多媒体《计算机应用》CAI课件发布于校园网上,这是学好这门功课,提高计算机过级率的一个切实可行的办法。 2 系统特点 (1)共享性。本教学软件是在校园网的多媒体教学系统上开发的,凡是网络用户都可点播。 (2)交互性。本教学软件设计了良好的用户界面,采用多媒体交互模型开发,可以自动演示;也可以控制程序单步执行;可以返回上一步执行或重复当前步骤。因此,学习进度、学习内容、学习方式由学生自由选择,还可以通过网络软件所设置的BBS论坛与教师进行交流,与同学相互探讨。 (3生动性。系统采用了动态图形和声音同步解说,将教师影像和教师的电子讲义同步播放,充分利用文本、图形、图像、动画、声音等多媒体手段,使教学活动生动有趣。再通过练习、习题、测试、过级的层次性,不断激发学生的进取精神和求知欲。 (4)开放性。系统设计坚持人性化的原则,用户只需通过操作鼠标就可以进入多媒体课件的各章节,随心怕欲地选择需要学习的知识点。同时,CAI课件还可以不断添加新内容,增加题库和知识点等,使内容不断丰富。 3 软件组成 一般多媒体程序的深度不会超过三层,否则不利于程序开发,也不利于用户浏览使用,本软件只建立了两层结构,第一层由四个大单元组成。四个大单元分别为:基础篇、练习篇、测试篇、过级篇。第二层由多个小单元组成,其中基础篇、实践篇、测试篇根据《计算机应用》教材内容按章节进行编排讲解;过级篇根据学校对各种层次学生的要求进行选择,整个软件结构清晰,便于各种学习层次的学生学习。 金字塔型整体框架 基础篇是:介绍本章的基本概念、基本理论、及基本操作等知识,高职生与中职生可以选学有关内容。 实践篇是:对每一章的相关内容进行实验操作。无论是中职教材还是高职教材都安排了一些实验,这里安排了20个实验供学生使用。 测试篇是:对教材的每一章习题进行解答,并建有动态试题库让学生进行在线自我测试。学生可以知道自己对每一章内容的掌握程度。 过级篇是:由于各省市教育行政管理部门都有自己的过级要求,根据中职与高职各要求的不同,设计了各类过级考试模拟试题,用以检验学生自己的水平。 4 多媒体制作 本软件采用Authorware6.0作为多媒体软件开发平台,Authorware6.0是由Macromedia新推出的功能非常强大的多媒体制作软件,是目前多媒体软件开发中最流行的开放式开发平台,其主要功能和特点包括:基于流程式的创作方式,提供有关图、文、动画的直接创作处理能力,具有多种交互作用的功能,具有动态链接功能,提供库和模块功能,提供多平台及网络支持等,利用Authorware提供的ShockWave技术可以将作品分段和压缩,这样可直接将作品发布到网上去。因此,Authorware在多媒体软件制作方面有着广泛的应用。 4.1 软件中声音的处理 本软件声音为教师讲课时的声音录制而成,声音的录入使用WIN98下的录音机,由麦克风输入的话音经声音技术处理后与背景MIDI音乐合成,网上播放的背景音乐是可选的。 声音的播放采用VB的多媒体控制部件MCI和API函数,使用MCI控件时需要将两个高级接口函数声明: Declare Function Mciexecute Lib “mmsystem”(Byval mci_command As string) As Integer Declare Function Mcisendstring Lib “mmsystem” (Byval mci_command As string,Byval handle As Integer As Integer)As long 这两条语句可以在/WINAPI/WINMMSYS.TXT中找到,然后利用copy+paste加入程序即可。 在使用Authorware6.0多媒体软件播放系统进行声音播放时,Authorware6.0的声音图标不支持MIDI音乐播放,可以通过MCISend和MCIExecute函数送MCI命令来控制MIDI音乐的播放。 4.2图像制作 利用扫描仪、数码像机制作的图片,通过photoshop、photostyle等图像处理软件进行图像的校正、调整、加工和转换得到所需的图片。 本软件在图像处理上除了传统的处理方法外,还利用了一些技巧:1)在扫描图片时根据实际所需图片大小决定扫描图片的尺寸,这样可以保证所需要使用的图片容量与清晰度最佳;2)采用位图方式来捕获屏幕图图像,先把获取的图像临时保存到内存里,然后把位图中的图像数据取出来进行处理;3)教学软件中的各类箭头、标注较多,直接在程序中绘制有困难,因此,软件中采用WORD得到图片,然后在“画笔”中进行修改。 4.3 动画制作 (1)采用3DMAX制作.AVI动画,然后在Video for windows 中采用VidEdit 进行修改编辑。 (2)直接现场录制教师讲课场景,通过屏幕图像压缩技术,转化为MPEG文件进行播放。为使用户方便视频观看,系统提供暂停、开始/继续、播放位置任意帧定位等技术 (3)通过编程实现一些简单的动画。 (4)利用Active X控件把.GIF画片加入工具箱,然后在程序中引用形成动画。 5 网络应用平台设计 本软件采用Authorware6.0实现超文本结构,使用者可以根据自己的喜好选择学习内容和学习路径,使系统适应学生的学 习心理。为了使Authorware编写的软件在Internet上发布,先将Authorware设计的软件打包成.app文件格式,这种文件类型构成了可以发布到Internet上的MIME文件。 本软件采用Internet的client/server模式实现用户浏览,客户端软件通过TCP/IP网络协议和服务端软件通讯协同完成任务。由于需要同时传输音频流、视频流和屏幕图像流,这些媒体必须完成同步,我们使用RSTP作为控制协议,传输协议使用TCP,然后利用流中的时间作为参数,最终在客户端完成同步播放。 6 结束语 在校园网上,使用多媒体《计算机应用》教学CAI系统,将一种图、文、声像并茂的学习场景呈现在学生面前,充分激发学生的学习兴趣和提高学生的接收能力,利用好的学习手段达到一种很好的学习效果。不但《计算机应用》课程可以开发多媒体CAI系统,其它课程也可以进行研发。充分利用教学资源,研发大量的多媒体课件,当前的教学改革将会是一片阳光灿烂。 参考文献 [1]王纪成,赵军等。PC多媒体应用指南 北京:清华大学出版社。1999年 [2]郭启翔,温立,Authorware多媒体创作教程。广州:华南理工大学出版社,1996年 [3]邓宁丰,王伟等。Authorware 6.0实用教程。北京:北京希望电子出版社2002仅供参考,请自借鉴希望对您有帮助
生物芯片技术的技术前景:基因芯片用途广泛,在生命科学研究及实践、医学科研及临床、药物设计、环境保护、农业、军事等各个领域有着广泛的用武之地。这些无疑将会产生巨大的社会和经济效益。有着广泛的经济、社会及科研前景。因此,国际上一些著名的政治家,投资者和科学家均看好这一技术前景。认为基因芯片以及相关产品产值有可能超过微电子芯片,成为下一世纪最大的高技术产业,具有巨大的商业潜力。生物芯片技术的社会前景:1、高密度芯片的批量制备技术:利用平面微细加工技术,结合高产率原位DNA合成技术,制备高密度芯片是重要的发展趋势。2、高密度基因芯片的设计将会成为基因芯片发展的一个重要课题,它决定基因芯片的应用和功能。利用生物信息学方法,根据被检测基因序列的特征和检测要求,设计出可靠性高,容错性好,检测直观的高密度芯片是决定其应用的关键。3、生物功能物质微阵列芯片的研制:发展高集成度的生物功能单元的微阵列芯片,特别是发展蛋白质、多肽、细胞和细胞器、病毒等生物功能单元的高密度自组装技术,研制和开发有批量制备潜力的生物芯片制备技术。基因芯片可为研究不同层次多基因协同作用提供手段。这将在研究人类重大疾病的相关基因及作用机理等方面发挥巨大的作用。人类许多常见病如肿瘤、心血管病、神经系统退化性疾病、自身免疫性疾病及代谢性疾病等均与基因有密切的关系。生物芯片能为现代医学发展提供强有力的手段,促进医学从“系统、血管、组织和细胞层次”(第二阶段医学)向“DNA、RNA、蛋白质及其相互作用层次”(第三阶段医学)过渡,使之尽快进入实际应用。DNA芯片技术可用于水稻抗病基因的分离与鉴定。水稻是中国的主要粮食作物,病害是提高水稻产量的主要限制因素。利用转基因技术进行品种改良,是目前最经济有效的防治措施。而应用这一技术的前提是必须首先获得优良基因克隆,但目前具有专一抗性的抗病基因数量有限,限制了这一技术的应用。而基因芯片用于水稻抗病相关基因的分离及分析,可方便的获取抗病基因,产生明显的社会效益。在医药设计、环境保护、农业等各个领域,基因芯片均有很多用武之地,成为人类造福自身的工具。
人参的根状茎在人工短期栽培情况下较短,直立或斜上。生长年数已久的野山参,据肖培根在东北地区的调查(药学学报1962年9卷6期348页,图15),具第一批叶的主根是垂直生长,但第三批叶以后,主根大都向水平方向生长,其根状茎相应加长,也是横生的。这主要是根系生长受土壤腐殖质层厚度的影响,故其生长方向也会改变。我国引种栽培的西洋参Panax quinquefolius Linn.,和本种的区别在于前者总花梗与叶柄近等长或稍长,小叶片倒卵形,上面脉上几无刚毛,边缘的锯齿不规则且较粗大。人参喜寒冷、湿润气候,忌强光直射,抗寒力强。种子可阴干贮藏,种胚有形态后熟和生理后熟特性;前者要求20-10℃变温,后者需要2-4℃低温,需时各为3-4个月,没有完成后熟的种子不能发芽。对土壤要求严格,宜在富含有机质,通透性良好的砂质壤土、腐殖质壤土栽培,忌连作。 整地下种后,用新高脂膜喷雾土壤表面隔离病虫源,提高出苗率。出苗后,松土除草消除杂草病株,培土追肥,疏花摘蕾向叶面上喷施药材根大灵使根茎快速膨大,药用含量大大提高。加强对病虫害的综合防治并喷施新高脂膜增强防治效果。
人参是一种高经济价值的中药材种类,是一种喜阴凉、湿润环境的物种,人参怎么种植是许多朋友多想知道的问题,下面是我为你整理的中药材人参种植方法,希望对您有用。
选地种植
对土壤要求严格,宜在富含有机质,通透性良好的砂质壤土、腐殖质壤土栽培,忌连作。施足基肥,新高脂膜喷施土壤表面,可保墒防水分蒸发、防晒抗旱、保温防冻、防土层板结,窒息和隔离病虫源。
种子繁殖
为主催芽,将1份种子混拦3份河沙,装入催芽箱中,置于室内或室外适当场所催芽,注意经常检查翻倒,控制好温度播种,整地下种后,用新高脂膜600—800倍液喷雾土壤表面,可保墒防水分蒸发、提高出苗率。
管理方法
松土除草,一般每年进行3-5次,防止土壤板结,合理浇水培土扶苗,人参需肥量大,根据植物需求适时施肥,喷施药材根大灵,可促使叶面光合作用产物(营养)向根系输送,提高营养转换率和松土能力,使根茎快速膨大,有效物质含量大大提高。
1、人参对生长环境条件的要求
人参是一种喜冷凉、湿润而耐荫的药用植物, 既怕积水, 又不耐干旱, 忌强光直射, 对生长环境条件要求比较严格。
(1) 土壤 : 人参对土壤的要求是腐殖丰富、土层深厚、质地疏松、渗水性强、排水良好的沙壤, 森林腐殖土最好, 中性或微酸性土壤较好, 但碱性土壤不宜种植。
(2) 水分 :人参对水分要求比较严格, 既喜水又怕涝。水分过大, 当土壤湿度超过60%, 就会造成土壤中的空气不足, 使人参根系呼吸受到影响, 易染病害和烂根。水分过小, 当土壤湿度低于30%以下时, 会造成人参根系水分扩散, 使人参须根干枯, 导致产量下降。人参发育期要求土壤水分适宜, 春季出苗期土壤湿度保持在40%左右, 夏季生长期保持在45%—50%, 秋季保持在40%—50%为宜, 全年生长发育期湿度范围以40%—50%为好。
(3) 光照 :人参是喜阴植物, 喜散射弱光, 怕直射阳光。光照过强, 植物矮小, 叶片厚而色黄。光照过弱, 植株细高, 叶片薄而浓绿, 生长不正常。所以, 在人参栽培时, 应进行遮荫, 调节透光度, 避免强光直射, 利用散射光和折射光。
(4) 温度:人参怕高温, 耐严寒。在人参生长发育期间, 以平均气温在15—20℃为宜, 温度高于30℃或低于是10℃时, 人参处于休眠状态。冬季在—40℃的严寒也可安全越冬。人参更新芽在春季地温于10℃以上即可萌芽生长, 但最怕早春的“缓阳冻”(即气温忽高忽低, 地表一冻一化现象) , 易引起冻害和根皮破坏(“破肚子”) 。播种后出苗期要求温度在10℃以上, 1—2年生的要求稳定在12℃以上, 生长期最适宜的温度20—25℃, 在36℃以上的烈日下, 叶子焦枯; 低于—6℃, 茎秆会失去生长机能。
(5) 肥料 :人参喜肥, 又怕不腐熟肥。喜的是有机肥和无机肥, 怕的是施未腐熟的粪肥和施肥后土壤缺乏水分, 造成人参烧须烂根。
2、人参栽培品种
主要栽培品种有大马牙、二马牙、圆臂圆芦和线芦, 其特点是:大马牙 主根粗短, 生长快, 抗病力强, 产量高。二马牙 主根较细长, 产量比大马牙稍低。 圆臂圆芦和线芦 体形比较丰满美观。
3、人参栽培技术
3.1室内盆栽
盆栽一般可选择用高约30cm的圆形泥盆,每盆载2~4株一般需要养殖3~6年。盆土最好选用山坡上的腐殖土,也可用腐叶土6份,园土2份,河沙2份混合调剂。这样的培养土质地疏松,通透性强,排水良好,有利根育。
3.2选地整地
选地:选择柞树、椴树、桦树等阔叶林或长有阔叶树的混交林、灌木林种植人参,老参地或撩荒地也可开垦利用。土壤应排水良好、富含有腐殖质和磷、钾肥, 以森林灰土, 活黄土及花岗岩风化土为佳, 而灰泡土、碱性土不宜种参。山地宜向阳, 坡度在10—35度。
清理场地:立秋前后砍倒小杂树, 刨出树根, 割净杂草, 挑出荫棚用材。树枝、柴草、干后 用火烧掉, 可烧死部分病菌和虫卵, 增施钾、磷肥。
整地 : 用土填实树坑, 按畦的方向把腐殖质层翻起扣放。随后打细土块、拣出石块、树根及金针虫等害虫, 再进行第2次翻地。树根一定要清理干净。当年翻地整地, 当年便可种参。但最好在种参前1年翻地, 让土壤闲置1年; 或当年春末夏初翻地, 临下种再进行细致的整地。
土壤消毒:播前每平方米用50%敌菌灵7g进行土壤消毒。
作畦:根据地势选择适宜的畦向,然后作畦。 高度15—33cm, 宽度1.2—1.8m, 长度随地势而定, 一般为20—50m。畦间留1—2.7m作业道, 以便作业和通风透光。畦面中间略高, 两边稍低。同时要挖排水沟和出水口。沟深与畦底平, 宽度视雨量多少而定。
3.2.1 催芽
室外催芽法:选背风向阳、排水良好的地方, 挖22cm左右深的平底土坑, 长宽视种子的多少而定, 坑内放一个无底的木箱, 或在土坑的四周嵌入木板。挖好排水沟后, 将干种子用室温水浸泡24—48小时, 取出, 适量浇水, 与2—3倍的河沙混拌均匀, 倒入坑内覆盖15cm厚的土, 如瓦背形, 再盖一层苇帘, 或搭遮荫棚, 防止曝晒和雨水冲淋。温度控制在20—25℃。每半月翻拌1次, 并适当加水。2—3月后种子裂口, 便可播种。
室内催芽法:处理方法与室外催芽法大致相同。不同的是将种子放入有底木箱, 以便搬动。经2月左右, 种子裂口, 便可播种。 3.1.2播种时间
春播:4月中旬至5月上旬播种经催芽的种子。
夏播:7—8月播种当年采收或贮藏的种子。干种子播前用清水侵泡24小时。
秋播:9月至上冻前播种催芽的种子。
3.2.3播种方法
撒播:开沟4cm深左右, 将种子均匀撒入, 上覆细土填平, 每平方米用种20—25g。
条播:在畦面横向开沟, 播幅6cm, 播距10—14cm, 覆土3—4cm, 每平方米用种20—25g。
点播:按株行距3cm×3cm或5cm×5cm挖穴, 每穴下1—2粒种子, 覆土4cm, 每平方米用种15—20g。 播后用木板轻轻镇压。夏秋点播应覆盖玉米秸或稻草, 再压10—15cm的土。
3.2.4移栽
多采用2年生移栽或3年生移栽, 5—6年生收获。
移栽 时间:10月上旬至上冻前。具体时间, 根据各地区气候条件, 灵活掌握。也可在春季解冻后, 芽苞尚未萌冻时移栽。
起苗方法:起苗后选无病虫害的健壮参苗, 分为大、中、小移栽。移栽方法可采用平栽或斜栽,斜栽 即将参苗倾斜30—45度栽于土中。株行距及覆土深度, 根据移栽年限、参苗大小及土壤肥力而定。
3.3田间管理
(1) 撤出防寒土:解冻后, 越冬芽萌动时, 搂去防寒草和上面的盖土, 再用耙或二齿搂松表土, 平推平拖, 不要碰伤根部和芽苞。
(2) 架设荫棚:出苗前要搭好荫棚。荫棚高度, 应根据、植株大小, 灵活掌握。1—3年生的小苗, 前檐立柱地上部分为80—100cm, 后檐立柱为70-80cm; 4—6年生的, 前檐立柱为100—110cm, 后檐立柱为80-90cm, 另50cm埋入土中。前后檐相差30cm左右, 使棚顶形成一定的坡度。参棚要牢固, 风刮不倒。出苗达2/3时, 要盖好荫棚, 即在顶棚盖草帘、芦苇帘, 使荫棚达到适益的透光度。
(3) 摘蕾:为减少养分消耗, 促使参根积累更多的有效的成分, 要及时摘去全部花蕾。将花蕾运回加工。
(4)松土除草:每年松土除草3—4次。首次与撤除防寒草同时进行。
(5) 培土:人参向阳性强, 畦边植株向外生长, 伸出荫棚, 被日晒雨淋, 易引起病害, 甚至死亡。故应将其推回荫棚里, 培土压实。
(6) 防旱排涝:人参怕旱, 又怕涝。因此, 应根据雨量和土壤湿度, 适时排涝。天旱时, 早晚用喷壶向畦面洒水, 或开沟灌水, 浇至土壤攥成团, 撒开即散。春季缺水影响全年生长发育, 而秋旱又影响参根积累养分。所以, 要及时进行春灌秋灌, 并进行保墒。雨季要及时排水, 防止雨水冲积参畦, 造成土壤过湿, 通气不良。
(7) 施肥:5月上旬苗出齐后, 结合松土开沟施入充分腐熟的粪肥、炕洞土等, 每平方米施2.5—4kg, 覆土盖平。如遇干旱要及时浇水, 以防烧须根。也可根外追肥2%的磷肥: 用过磷酸钙1kg, 加水5kg, 侵泡24小时, 滤去沉渣, 再加水45—50kg配成。6—8月的清晨或傍晚用喷雾器将配成的肥液喷在叶面上, 每年喷2—3次。
(8) 越冬防寒:上冻前, 畦面要盖草、压土; 入春突遇降温, 而参苗尚未出土, 也应盖草防寒。参地周围, 特别是挡风地块, 还应架设防风障。此外, 要及时排除雪水, 以免侵害参根, 导致烂根死亡。