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酶响应型荧光探针在耐药菌检测中的应用
管佳赟;张靖怡;王励;于滟扬;王琦;秦玉岭;吴丽随着临床抗生素的过度使用，耐药菌的种类和耐药的类型不断增多。细菌菌株及时、准确的鉴定对抗生素的合理使用至关重要。用于细菌关键酶类代谢物检测的荧光探针作为一种新型的检测工具，克服了传统检测方法的局限性，在耐药菌检测中展现出极大的潜力和优势。文章以临床常见耐药菌关键酶类代谢物检测荧光探针为主题，总结了近年来酶响应型荧光探针技术在耐药菌检测中的应用及其原理。综述了细菌耐药机制与酶代谢物之间的关系，突出了耐药菌与敏感菌在酶代谢上的差异。随后，根据对各种耐药菌特征酶类代谢物的分析，阐明了耐药菌检测荧光探针的工作原理。此外，文章还进一步探讨了荧光探针可能的优化方向，为更快速、更精准的耐药菌诊治提供新的思路。
基于图注意力网络的抗癌药物组合协同性预测方法
秦伟琦;包欣;陈晓;邱建龙;王东琳抗癌药物组合的协同性筛选对于临床治疗具有重要意义，但随着药物组合数量的爆炸式增长，传统检测方法存在耗时长、成本高等问题，难以有效发现新的协同药物组合。针对上述问题，提出一种基于图注意力网络的抗癌药物组合协同性预测模型（multi-scale feature fusion model based on graph attention network for anticancer synergistic drug combination prediction,MFGSynergy）来辅助抗癌药物组合筛选。首先，该模型将药物简化分子线性输入规范（simplified molecular input line entry system,SMILES）编码为分子图及分子指纹数据，并对癌细胞系数据进行预处理；然后，通过图注意力网络（graph attention network,GAT）和多层感知机（multilayer perceptron,MLP）对药物数据及癌细胞系数据进行特征提取，并将提取到的多种药物特征和癌细胞系特征进行特征融合用于预测抗癌药物组合的协同性；最后，基于公开数据集将MFGSynergy与Deep DDS、DeepSynergy及6种机器学习方法进行对比实验，实验结果表明，MFGSynergy在五折交叉验证上的ROC曲线下的面积（receiver operating characteristic area under the curve,ROC AUC）、PR曲线下的面积（area under the precision-recall curve,AUPR）、准确性（accuracy,ACC）、精准度（precision,PREC）、真阳性率（true positive rate,TPR）和F1分别达到了0.94、0.94、0.86、0.87、0.86、0.86，均高于其他对比模型，这说明MFGSynergy的预测性能优于其他对比模型。此外，独立测试实验表明，对于未知的药物组合，MFGSynergy仍具有良好的预测性能，这证明模型具有良好的泛化性。
基于因果推断的图神经网络沥青路面车辙预测方法
陈凯;王小荷;时欣利;曹进德为了提升沥青路面车辙预测的精度，通过整合图神经网络与因果推断方法，对多变量时间序列的长短时间模式以及变量之间的相互依赖进行建模，提出了端到端的多元时间序列预测模型。该模型由全局特征提取模块、局部特征提取模块、因果推断模块和双通图卷积模块4个模块组成。在全局特征提取模块，利用注意力机制及门控循环单元（gated recurrent unit,GRU）模型去捕获变量内部长时间模式特征；在局部特征提取模块，使用扩张卷积的方式，用不同大小的卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）卷积核去捕获变量内部不同维度的短时间模式特征；在因果推断模块，采用基于信息理论的因果分析来获取相关性，在使用传递熵来表述变量间因果关系的基础上，整合关系系数矩阵，通过权重配比的方式呈现变量之间的相关性揭示变量间的复杂关系；在双通图卷积模块，将高通滤波器引入传统低通图卷积神经网络，构建双通图卷积预测模块，从低通和高通双通道去同时捕获节点信号或特征的低频分量与高频分量，以提升模型的预测精度。最后，采用交通运输部公路科学研究院轨道数据集RIOHTrack，将提出的模型与经典统计学模型VARIMA、浅层学习模型SVR、深度学习模型GRU、结合注意力机制的GRU和TE-GCN等基准模型进行比较。结果表明，该模型在所有沥青路面结构类别上都取得了最佳的预测性能，且与传统统计学模型相比，基于深度学习的模型更加有效稳定，添加注意力机制的GRU模块可以捕获长期依赖性，从而使模型获得更好的预测性能。该模型为沥青路面的车辙预测提供了一种高效的方法，有望用于未来路面结构和养护方案设计，以提升路面使用寿命。
基于复杂网络理论的我国交通业碳强度空间关联特征分析
谢庆;刘家保明确交通业碳强度的差异性和空间关联性，对于实现交通业节能减排和“双碳”目标具有重要意义。借助空间计量分析和复杂网络理论，对2009—2021年我国交通碳强度进行量化，采用基尼系数和核密度估计对时空特征进行分析，利用改进的引力模型和网络特性指标研究了交通业碳强度空间关联网络的结构演变。结果表明：1）我国交通业碳强度逐年降低，降速呈波动态势；2）各省份间交通业碳强度的不均匀程度逐渐降低，各地区内部的碳强度差异区别明显，华北地区之间的差异最大；3）碳强度空间关联关系表现为复杂的网络结构，网络的中心逐渐由天津变成上海；4）东部沿海地区靠近关联网络的中心，关联关系复杂，信息资源较多。研究结果可为相关部门提供一些参考借鉴，且可为评估各省份的减排强度和制订具有针对性的协同减排方案提供一定的理论参考。
一类基于观测器的多智能体系统一致性边界耦合方法
万兴龙;杨成东;李振兴;张安彩;邱建龙针对一类由偏微分方程建模的多智能体系统一致性控制问题，提出了一类空间边界耦合方法。边界耦合方法与传统的状态耦合方法相比具有更为灵活和有效的特性。首先，研究了2种不同的Neumann边界耦合形式：同位边界耦合和异位边界耦合，这2种耦合形式为多智能体系统提供了更为多样化的协作机制。然后，在控制设计中引入状态观测器来对系统状态进行预估，状态观测器能有效地捕捉系统动态，并在一定程度上减少由于信息传递延迟而带来的负面影响。同时采用Lyapunov理论和积分不等式方法来保证系统的观测误差和一致性误差以指数形式收敛，得出在2种边界耦合下系统一致性的2个充分条件。最后，通过2个具体的例子验证了所提出的空间边界耦合方法的有效性。实验结果表明：在不同的边界耦合形式下，多智能体系统均能实现较好的一致性控制，进一步证明了边界耦合在多智能体系统中的潜在应用价值。
DoS攻击与FDI攻击下基于观测器的多智能体系统的包容控制
鲍玉凡;曹阳;多智能体系统（multi-agent system， MAS）在编队控制、协同容错控制等诸多领域广泛应用，其一致性控制至关重要，但实际网络环境面临通信负载及网络攻击等多重挑战。针对混合网络攻击下车联网系统的包容控制问题，提出基于输出反馈观测器的事件触发控制算法。首先，根据DoS攻击的休眠期与激活期建立DoS攻击模型，并结合针对执行器和传感器的FDI攻击构建混合网络攻击模型，通过设计一个输出反馈观测器估计节点当前状态，就解决智能体无法获取自身状态信息的问题，并引入事件触发机制降低通信负载。最后，根据Lyapunov稳定性定理给出了混合网络攻击下车联网系统实现包容控制的充分条件，揭示了DoS攻击对车联网系统稳定性的影响，排除了事件触发中的芝诺现象。仿真结果表明，在不同的网络攻击环境中，系统仍能实现包容控制。
基于手性超分子组装策略的圆偏振有机发光二极管
楚欣鹏;张雨霞;马云;圆偏振有机发光二极管(CP-OLEDs)因其可直接产生圆偏振电致发光的本征特性，在三维显示、光学信息加密等领域展现出重大应用价值。然而，如何兼顾高器件效率和高不对称因子gEL是目前的领域挑战和研究热点。近年来，随着手性超分子组装策略的快速发展，研究者们发现该体系可通过精准调控π-π堆积、氢键等分子间相互作用，构建长程有序的螺旋纳米结构，实现较高的gEL值，且保持较好的器件效率。因此，手性超分子组装体系成为实现兼具高器件效率和高gEL值CP-OLEDs的最有效策略之一。此外，手性自组装或共组装过程通常伴随着手性传递、手性诱导和分子间F?rster共振能量转移，这有利于诱导非手性染料实现圆偏振电致发光，有效降低手性发光材料的合成难度。本文通过手性超分子自组装和手性超分子共组装两个方面，分析了分子间作用力对手性超分子组装过程的影响，探讨了高阶有序的螺旋结构对手性传递、诱导和放大机制的作用，并总结了其在CP-OLEDs中的最新研究进展：通过精准调控π-π堆积、氢键等分子间相互作用，手性分子可自组装形成螺旋纳米结构，或与非手性发光体共组装实现手性诱导。实验表明，手性液晶材料的层状序构和能量转移协同作用可显著提升器件效率，且可通过外场动态调控螺旋周期与偏振方向。本综述为未来开发兼具高gEL值与高效率的CP-OLEDs提供了理论指导。
基于向列型液晶的小型化微波移相器设计
吕先洋;段金圆;谢慧琳;朱家奇;Bassem MEDDEB;为解决传统移相器设计中存在电路结构复杂、直流功耗大、插损随频率的增高而变大等缺陷，利用液晶材料的双折射原理，提出了一种基于向列相液晶材料的微波波段小型移相器设计方案。利用液晶各向异性的特性，液晶分子的轴向通过薄膜定向层进行初始化锚定，分子的长轴取向通过改变外置偏压形成的电场进行调节，从而改变液晶作为器件衬底材料的介电常数。本文设计并制作了移相器样品，通过改变外加偏压值，成功地控制了液晶分子团簇的局部轴向取向，完成射频调制功能。设计样品中采用的液晶材料的介电各向异性为0.45。器件可工作于三个频段，在高频段中移相范围最大，当工作频率为20 GHz时移相范围可达到33°。测量结果验证了设计和制作工艺的有效性。采用相同的制备工艺，可进一步优化设计以扩大差分相移的范围和设计制作基于向列型液晶的毫米波可调器件。
基于双编码器的多层级有机化学的反应预测
朱林星;姜舒;黄嘉爽;丁卫平;有机化学的正向反应预测作为人工智能的一个重要应用，一直受到研究者的关注。简化分子线性输入规范(SMILES)提供了一种使化学分子线性化编码的方法。因此，可以将正向反应预测任务转换为机器翻译中序列到序列的生成任务。传统的Transformer模型只关注化学式中原子间的注意力权重，而忽略分子内的全局信息，此外，传统的Transformer模型面对同一个分子的不同表示的时候，存在着预测性能下降、泛化能力不强的问题。为了解决上述的问题，提出了一种基于双编码器的多层级有机化学的反应预测方法。首先，通过使用两个编码器分别处理分子层级和原子层级的信息，使得模型专注于各自层面的特征提取。其次，提出分子特征表示算法，对原子嵌入取平均获得分子间的相互作用。最后，利用自动调节的门控单元对原子编码器和分子编码器的输出结果进行多层级特征融合，融合结果输入到解码器。实验结果表明，提出的方法在三个USPTO数据集上获得比基线更好的结果，并且提高了模型的泛化能力和长序列的处理能力。
人类视觉启发的模糊卷积神经网络
顾苏杭;李晨阳;朱培逸;卷积神经网络(convolutional neural networks，CNN)在深度学习领域展现了良好的数据表示和分类能力，并在图像分类方面取得了显著的成果。然而，图像数据中的不确定性会在CNN提取特征的过程中逐层传播，导致其无法实现精确的特征表示并影响模型的分类性能。针对该问题，提出一种人类视觉启发的模糊卷积神经网络。该网络中的卷积操作可模拟人类视觉的处理机制，具体包含基于中央视觉和周围视觉的卷积操作。基于中央视觉的卷积操作用于提取目标的主要特征，而基于周围视觉的卷积操作则通过模糊规则推理实现增强目标特征的表示能力，有助于目标特征的精准提取。分析结果表明，基于周围视觉的卷积操作在理论上与NIN（Network In Network）等价，并且基于模糊规则推理，可在一定程度上提升所提CNN卷积过程的可解释性。在MNIST、17flowers以及BreastMNIST数据集上的分类实验结果验证了所提方法的有效性。
增量式PID控制在温控系统中的应用
严晓照;张兴国;温度的控制在科学实验和工业过程中极为普遍,具有典型的意义,而温控系统通常是时变的、非线性的、具有纯滞后的复杂大惯性系统,控制效果与采用的控制算法有很大的关系.针对这一问题,在温度控制实验系统中,设计了一种增量式PID控制算法实现了对温度的控制.通过实验表明,该算法的控制效果要优于传统的PID控制算法,对于工程实际应用具有较强的借鉴作用.
印染废水处理技术的研究与进展
景晓辉,尤克非,丁欣宇,蔡再生文章系统综述了国内外印染废水处理技术研究与进展,特别是近年来出现地一些新技术,如膜分离技术、超声波技术、高能物理法、电催化氧化技术和光催化氧化技术;探讨了印染废水处理的发展趋势。
ANSYS在钢筋混凝土梁有限元中的应用
王亚萍,陈建平,陈五洲文章结合钢筋混凝土材料的特殊性,利用大型有限元计算软件ANSYS计算受弯构件梁的变形及其正截面应力应变。最后将有限元计算的结果(裂缝开展深度、钢筋应力、混凝土应力)与精确解比较,分析误差存在的原因及改进的方法和措施。
增量式PID控制在温控系统中的应用
严晓照;张兴国;温度的控制在科学实验和工业过程中极为普遍,具有典型的意义,而温控系统通常是时变的、非线性的、具有纯滞后的复杂大惯性系统,控制效果与采用的控制算法有很大的关系.针对这一问题,在温度控制实验系统中,设计了一种增量式PID控制算法实现了对温度的控制.通过实验表明,该算法的控制效果要优于传统的PID控制算法,对于工程实际应用具有较强的借鉴作用.
碳纳米材料的功能化及其储能应用
李奇;秦天;葛存旺;在过去的几十年里，功能碳纳米材料（functional carbon nanomaterials,FCMs）由于其优异的理化性质，如超高电导率和质量传输速率、丰富的活性位点、良好的化学稳定性和机械强度，引起了材料科学界的广泛关注。基于FCMs所带来的各向异性和协同效应以及纳米尺度上的小尺寸效应，这些FCMs在锂离子电池、锂硫电池、燃料电池、有机太阳能电池和超级电容器等能源领域表现出巨大的应用价值。这篇综述全面总结了近5年来碳纳米材料的功能化策略，并详细介绍了FCMs在能源存储与转化器件中的应用。最后，根据科学研究的发展趋势，探讨了FCMs所面临的紧迫挑战和未来的研究方向。
生物炭制备方法及其在环境污染治理中的应用研究
汪佳玥;凌茜;张雲豪;王芯羽;林佳琪;张伟涛;刘志欣;王祥科;生物炭是一种原材料易获取、制备成本低的环境友好多孔材料。由于其比表面积大且含有丰富的表面功能基团，在环境污染治理和污染修复等方面具有广泛的应用前景。介绍了生物炭的制备技术和工艺，分析对比了不同制备条件对制备的生物炭性质和性能影响，综述了生物炭对环境中不同污染物的吸附固定和催化降解效果和原理。生物炭对重金属具有非常强的吸附络合能力，并且对高价态金属离子具有还原固定作用，通过吸附-还原-固定的模式，可以将重金属离子固定在生物炭上。对有机污染物的吸附主要由表面络合、氢键和π-π共价作用，生物炭及其复合材料在光照条件下能够光催化降解有机污染物。文章就生物炭对废水和土壤中重金属的吸附固定和有机污染物消减等方面的效果和应用进行了归纳总结，进一步从分子层面研究和讨论了生物炭应用于污染物去除方面的进展，为废水处理和土壤修复提供数据和理论支持，对降低污染物在环境中的迁移转化，减轻环境污染风险，具有重要的科学意义。
质子交换膜电解水制氢系统建模与仿真
王辉东;姚海燕;郭强;夏红军质子交换膜（proton exchange membrane,PEM）电解水制氢技术将电能转化为化学能和热能，是一种绿色的制氢方式，具有响应速度快、电流密度高、结构紧凑等优点。对于质子交换膜电解水制氢系统建模，现有文献中鲜有整体描述电解槽电压、电流变化及系统各组件温度动态的集总参数模型。文章根据电化学基本原理及热力学定律，建立了PEM电解槽电压稳态模型和系统的温度动态模型，基于MATLAB/Simulink软件进行了仿真分析，将仿真结果与实验数据进行了对比，其中电压误差不超过0.02 V，温度误差不超过1.6 K，验证了模型的有效性，且所建立的模型能够描述和预测系统参数的变化，为系统设计及控制优化提供支撑。根据PEM电解槽的效率模型和仿真结果，分析了不同温度、压强对电解槽性能的影响，结果表明升高温度、降低压强能提高电解槽效率，其中温度是影响电解槽效率的主要因素。在搭建的仿真模型基础上，使用前馈PID控制器进行了温度控制，其中温度超调不超过0.6 K，调节时间在400 s以内，并与传统PID控制器进行了对比，结果表明前馈PID控制器具有超调小、响应速度快的优点。
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期刊动态
期刊信息
期刊名称：南通大学学报（自然科学版）
创办日期：2002年
主管部门：江苏省教育厅
主办单位：南通大学
刊 期： 季刊
电 话：0513-85012868
Email：xbzkb@ntu.edu.cn
标准刊号：CN 32-1755/N
ISSN 1673-2340
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