利用微波技术快速诊断金属污染物对微生物群落的影响

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41603069
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0711.污染物环境行为与效应
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

More recently, soil pollutions becoming more and more severe. Therefore, it is a key importance to in-situ rapid diagnosis of soil properties to evaluate the environmental risk. It is a burgeoning challenge to R&D to apply a potential theory and technology to assess the degree of contamination in local polluted soil field. As a composite dielectric media, in soil, in particular containing metal pollutants, microbial is representative to the soil quality. In this proposal, through dipole orientation of soil components under applied external electro-magnetic field near microwave frequency range that enables to their dielectric properties (i.e. dielectric constant and conductivity) responsive to microwave signals, the influence of metal pollutants on microbial community were investigated, in combination with its corresponding mathematic modeling, to rapidly in-situ diagnosis and analyze the contaminated soil, hence for the quick environmental risk assessment. New measurement system in the proposal is based on close ended coaxial probe microwave technology for testing the soil, which features low cost, rapid measurement, and comparatively easy samples preparation, etc. Moreover, it is nearly no such literature reports on rapid measurement on the dielectric properties of bacteria cell in the soil. Implementation of this proposal would greatly facilitate the rapid on-site assessment on the known-source metal polluted soil, in particular under urgent situations, which is anticipated to satisfy the “blank” of theory and technologies in this area in China.
近年来土壤污染日益严重,进行土壤的原位快速检测对环境风险评估非常重要,污染区的快速检测相关理论与技术的研究方兴未艾。土壤是一种复合电介质材料,在金属污染土壤中,微生物是土壤污染状况的典型表征生物。本项目拟通过土壤组分在微波频率的外加电磁场作用下发生偶极子取向,使其介电特性(如介电常数、电导率等)发生响应行为的原理,研究金属污染物对微生物群落的影响,并构建出对应的数学关系模型,以期对土壤进行原位快速诊断分析, 快速给出环境风险评价结果。该项目拟采用闭路同轴探头微波技术系统对土壤进行检测,该新系统具有检测成本低廉、检测速度快,检测样品多样且无需样品制备等优点。对于现场土壤中的细菌细胞的介电性质进行快速检测技术,鲜有相关文献报道。本项目的开展将大大有利于对已知金属污染源,尤其是突发性土壤污染的现场快速检测评估的实施,填补国内该领域研究的理论与技术上的空白。

结项摘要

全球环境极速退化,土壤和水环境中生态和环境问题加剧,对快速收集准确地环境监测数据的需求迫在眉睫。在这种背景下,急需一种智能传感器来监测数据。微波传感器具有制造成本低、体积小、低功耗等特点,能够满足快速检测环境中物质介电常数的变化从而监测环境中污染物质的浓度变化,可以应用于在土壤污染、生物安全、食品安全、水生态问题等领域。 . 在本项目中,我们研制了三种不同类型的微波探头来满足不同的环境监测要求。这三种探头分别为双端口同轴微波探头、开放同轴微波探头以及PCB印制微波探头。这三种探头可以较好的应用于土壤中的微生物、有机污染物监测,食品安全方面的监测等。在利用双端口同轴微波探头检测土壤中的重金属污染方面取得了较好的结果,达到了项目开题所需要的目标要求。该技术通过检测物质的介电常数的变化来反应出物质的浓度的变化,从而达到检测环境污染物的目的。通过一系列的实验可以证明该技术可以检测不同物质的介电常数等相关性质,证明了设计的探头的实用性以及计算方法的准确度与灵敏度,同时也反应了该方法是一种富有应用前景的测量方法,值得我们进一步的探索研究。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
High Frequency, dielectric spectroscopy for the detection of electrophysiological/biophysical differences in different bacteria types and concentrations
高频介电光谱用于检测不同细菌类型和浓度的电生理/生物物理差异
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Analytica Chemica Acta
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mohammad Russel;Sophocleous Marios;Shan Jia Jia
  • 通讯作者:
    Shan Jia Jia
Exploring an in-situ LED-Illuminated Isothermal Micro-Calorimetric Method to Investigating the Thermodynamic Behavior of Chlorella vulgaris during CO2 Bio-Fixation
探索原位 LED 照明等温微量热法来研究小球藻在 CO2 生物固定过程中的热力学行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Environmental Science and pollution research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Mohammad Russel;Liu Changrui;Sharif Alam;Fei Wa
  • 通讯作者:
    Fei Wa
Exploring the novel indigenous strains for degrading the crude oil contaminants in soil sample
探索降解土壤样品中原油污染物的新型本土菌株
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    International Journal of Environmental Science and Technology
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Mohammad Russel;Xiaomeng Li;Meixue Qu;Minghuo
  • 通讯作者:
    Minghuo
Simple Heat Profiles and Biogeochemical Patterns for Analysis the Influence on Soil Microbial Community of Plastic-Greenhouse and Open Field Condition
简单热剖面和生物地球化学模式分析塑料温室和露地条件对土壤微生物群落的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Emirates Journal of Food and Agriculture
  • 影响因子:
    1.1
  • 作者:
    Chen Ke;Mohammad Russel;Changrui Liu;Jun Yao
  • 通讯作者:
    Jun Yao
Development of a detection method based on dielectric spectroscopy for real-time monitoring of meta-cresol contamination in beach-sand
开发基于介电谱的实时监测沙滩中间甲酚污染的检测方法
  • DOI:
    10.1016/j.sna.2017.10.049
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Sensors & Actuators: A. Physical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mohammad Russel;Sun Zhengxia;Liu Changrui;Zhou Ha
  • 通讯作者:
    Zhou Ha

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其他文献

Exploring medium‐term impact of oxide nanoparticles on soil microbial activity by isothermal microcalorimetry and urease assay
通过等温微量热法和脲酶测定探索氧化物纳米颗粒对土壤微生物活性的中期影响
  • DOI:
    10.1002/ep.12245
  • 发表时间:
    2016-03-04
  • 期刊:
    Environmental Progress & Sustainable Energy
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Yiguang Qian;Jun Yao;Mohammad Russel;Xiaoyu Wang;Edward H. S;y;y
  • 通讯作者:
    y
Development and analytical application of a glucose biosensor based on glucose oxidase/O-(2-hydroxyl)propyl-3-trimethylammonium chitosan chloride nanoparticle-immobilized onion inner epidermis.
基于葡萄糖氧化酶/O-(2-羟基)丙基-3-三甲基铵氯化壳聚糖纳米颗粒固定洋葱内表皮的葡萄糖生物传感器的开发和分析应用。
  • DOI:
    10.1016/j.bios.2010.02.033
  • 发表时间:
    2010-06-15
  • 期刊:
    Biosensors & bioelectronics
  • 影响因子:
    12.6
  • 作者:
    Fei Wang;Jun Yao;Mohammad Russel;Huilun Chen;Ke Chen;Yong Zhou;B. Ceccanti;G. Záray;Martin M. F. Choi
  • 通讯作者:
    Martin M. F. Choi
High-frequency, dielectric spectroscopy for the detection of electrophysiological/biophysical differences in different bacteria types and concentrations.
高频介电光谱用于检测不同细菌类型和浓度的电生理/生物物理差异。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Analytica Chimica Acta
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Mohammad Russel;M. Sophocleous;Shan JiaJia;Weiping Xu;Lehui Xiao;T. Maskow;Mahbub Alam;J. Georgiou
  • 通讯作者:
    J. Georgiou
Exploring an in situ LED-illuminated isothermal micro-calorimetric method to investigating the thermodynamic behavior of Chlorella vulgaris during CO2 bio-fixation
探索原位 LED 照明等温微量热法来研究小球藻在 CO2 生物固定过程中的热力学行为
  • DOI:
    10.1007/s11356-018-1926-1
  • 发表时间:
    2018-04-26
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Mohammad Russel;Chang;A. Alam;Fei Wang;Jun Yao;M. Daroch;M. Shah;Zhongming Wang
  • 通讯作者:
    Zhongming Wang
Enhanced removal of tetracycline from synthetic wastewater using an optimal ratio of co-culture of Desmodesmus sp. and Klebsiella pneumoniae.
使用最佳比例的锁链藻共培养物增强了合成废水中四环素的去除。
  • DOI:
    10.1016/j.biortech.2022.127056
  • 发表时间:
    2022-03-28
  • 期刊:
    Bioresource technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Xu Jingrui;Md. Asraful Alam;Wang Jing;Wu Wenchao;Zetty Norhana Balia Yusof;M. Daroch;Zhang Daoyong;Li Lifen;Mohammad Russel
  • 通讯作者:
    Mohammad Russel

其他文献

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相似海外基金

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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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