基于多波长透射光谱的水体典型细菌多特征参量同步解析方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61705237
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0507.光谱信息学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Studies on characteristics of the bacteria can provide analysis reference for monitoring water quality. Muti-wavelength transmission spectroscopy is a new, rapid and effective method for analysis multi-feature parameters of bacteria by making full use of scattering, absorption information of bacteria in the 200-900nm band in comparison with single wavelength/band spectrum methods, which is generally used in bacterial characteristics research and only can obtain few characteristic of bacteria. However, this method is still faced various difficult problems, such as a characteristics interpretation model’s built based on complexity of cell structure and approximation of optical properties parameters. In view of above mentioned problems, this project will propose solutions and carry out research on synchronization analysis method of multi-feature parameters of typical pathogens in water based on multi-wavelength transmission spectroscopy. .The research work will start with analysis of spectral characteristics of complex structure of bacteria and built characteristics interpretation model based on Mie theory; According to the sub-band spectral characteristics of bacteria, scattering and absorption spectroscopy will be effectively separated by deconvolution analysis method of overlapping spectra which was accumulated in our group; Model molecules are used to characterize the absorption behaviors of chromophoric groups; The real refractive index of cell scattering structure is calculated by Cauchy approximation. As a result, the key input parameters to invert characteristics of bacteria are obtained by above methods. The effectiveness and universality of characteristics interpretation model for inversing multi-feature parameters of different bacteria were proved by validating and optimizing the sensitivity of the model.The coming out project will provide basic data and method support for further research on monitoring and early warning of typical pathogenic bacteria in water.
开展细菌特征研究可为水质安全监控提供分析参考依据。与目前普遍采用的仅获取部分细菌特征的单波长光谱法相比,多波长透射光谱法可充分利用细菌200-900nm全波段消光光谱信息,实现散射、吸收多特征快速、同步解析,是一种细菌特征解析新方法。但目前该方法尚面临细菌复杂结构相关的特征解析模型建立和光学特性参量获取难题。本项目针对上述问题提出解决方案并开展研究。.项目将从分析典型细菌复杂结构光谱特性入手,依据Mie散射理论,建立特征解析模型;利用细菌分波段光谱特征和实验室成熟的重叠光谱去卷积解析方法,有效分离散射、吸收特征光谱;引入模型分子表征生色团大分子吸收特性,采用柯西公式计算散射结构折射率实部参量,解决特征解析关键输入参量获取难题,从而实现细菌多特征参量解析;验证并优化解析模型灵敏度,证明该模型反演不同细菌多特征参量的有效性与普适性。为进而开展水体典型致病菌监控与预警研究提供基础数据和方法依据。

结项摘要

针对利用多波长透射光谱法开展水体细菌微生物检测所面临的细菌复杂结构特征解析模型建立和光学特性参量获取难题,搭建检测速度快、灵敏度高水体细菌微生物多波长透射光谱快速测量实验系统;依据Mie散射理论以及直径等效近似方法,构建细菌微生物透射光谱特征解释模型,实现细菌细胞组成的模型化准确表达;依据柯西公式和光谱拟合方法研究细菌细胞不同散射微结构光学特性参量的近似方法,采用模型分子表征紫外生色团大分子吸收特性,利用K-K变换计算模型分子相对折射率,解析吸收光谱特征参量,解析得到大肠杆菌体积为1.6899m3,浓度为4.5×107cells/ml,单个细菌平均核酸含量为7.1335×10-14g/cell,蛋白质含量为1.1764×10-13g/cell,其结果与文献报道数据相一致;利用多波长透射光谱技术研究并获取致病菌全生长阶段不同生长时期特征阈值,获得细胞形态学和化学组分等信息,验证模型的有效性的同时,掌握细菌的不同生长阶段特征参数的变化特征,对水体典型致病菌污染检测与预警具有十分重要的现实意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
基于多波长透射光谱法的水体细菌微生物检测能力初步研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    喻慧娟;赵南京;甘婷婷;段静波;胡玉霞;刘建国;刘文清
  • 通讯作者:
    刘文清
水体细菌微生物多波长透射光谱定量分析归一化方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡玉霞;赵南京;甘婷婷;段静波;孟德硕;刘建国;刘文清
  • 通讯作者:
    刘文清
基于光谱相似性分析的水体致病菌种类识别方法
  • DOI:
    10.3788/aos202040.0330002
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Feng Chun;Zhao Nanjing;Yin Gaofang;Gan Tingting;Chen Min;Yang Jinqiang;Liu Jianguo;Liu Wenqing
  • 通讯作者:
    Liu Wenqing
水体细菌微生物多波长透射光谱特征分析研究(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    甘婷婷;赵南京;胡玉霞;喻慧娟;段静波;刘建国;刘文清
  • 通讯作者:
    刘文清
多波长透射光谱特征提取结合支持向量机的水体细菌识别方法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光谱学与光谱分析
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冯春;赵南京;殷高方;甘婷婷;陈晓伟;陈敏;华卉;刘建国
  • 通讯作者:
    刘建国

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其他文献

热塑性复合材料力学问题研究进展
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    航空材料学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    刘明伟;高艺航;张大鹏;段静波;雷勇军
  • 通讯作者:
    雷勇军
断裂力学分析的奇异有限元法研究综述
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    机械强度
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    段静波;李道奎;雷勇军
  • 通讯作者:
    雷勇军
线粘弹性材料中三维裂纹问题的加料有限元法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    国防科技大学学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    段静波;雷勇军
  • 通讯作者:
    雷勇军
快速光脉冲藻类光合作用测量方法的激发条件研究(英文)
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    石朝毅;张玉钧;殷高方;赵南京;段静波;邱晓晗;方丽;肖雪;刘文清
  • 通讯作者:
    刘文清
大展弦比柔性机翼非线性颤振研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    兵器装备工程学报
  • 影响因子:
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  • 作者:
    张忠源;段静波;路平;叶廷
  • 通讯作者:
    叶廷

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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