乳腺癌是世界上对于女性非常危险的疾病, 其患病率逐年增长, 是世界妇女死亡的主要原因。 在大样本情况下, 乳腺癌临床诊断受优质医疗资源相对短缺的限制, 诊断周期长、 检测费用高。 因此, 高效、 准确、 性价比高的乳腺癌诊断方法具有广阔的应用前景, 为临床诊断迫切需求。 荧光光谱检测是一种可以表征细胞中物理和化学综合变化的方法, 可用于表征正常和癌变细胞的特征。 机器学习擅长从大量数据中挖掘有用信息, 是进行分类和预测的有效手段。 以往机器学习多使用包含部分生化信息的数据库训练模型, 易导致信息缺失。 荧光光谱是细胞多种物质的叠加光谱, 使用荧光光谱特征峰诊断乳腺癌存在量化不确定性问题。 因此, 提出了机器学习结合乳腺癌样本荧光光谱的诊断方法。 使用405 nm波长的激光, 采集了正常和癌变乳腺组织(已做出病理诊断)的荧光光谱数据, 以此作为数据集, 比较了K-近邻(KNN)、 支持向量机(SVM)、 随机森林(RF)三种算法对正常和癌变乳腺组织荧光光谱的分类能力。 判别结果显示: 与SVM算法相比, KNN和RF算法的准确率更高、 平衡召回率和精度的能力更强, 对乳腺癌荧光光谱的分类能力更好, 其准确性、 召回率、 精度以及F1-score函数结果均在95%之上, 更利于乳腺癌的诊断。 进而探讨了权重KNN(WKNN)算法对正常和癌变乳腺组织荧光光谱的分类能力。 WKNN较KNN算法的分类评估结果有小幅度提升, 且具有更好的抗噪和适应能力, 算法简单。 综上所述, 本文提出的机器学习结合荧光光谱的乳腺癌诊断方法, 精度高、 速度快、 性价比高, 是未来乳腺癌诊断方法的发展方向, 具有重要的临床应用价值。
荧光光谱 乳腺癌 机器学习 Fluorescence spectrum Breast cancer Machine learning K-nearest Neighbor KNN 光谱学与光谱分析
2023, 43(8): 2407
河南科技大学 材料科学与工程学院,河南 洛阳 471000
采用水热法和电化学沉积法，成功制备了包覆有SnO2纳米颗粒的WO3纳米棒阵列薄膜，退火处理后形成WO3/SnO2异质结复合薄膜。通过改变SnO2的沉积时间得到了复合薄膜的最佳制备条件。采用XRD，FESEM对WO3/SnO2复合薄膜的物相和形貌进行了分析，通过电化学工作站对WO3/SnO2复合薄膜的光电性能进行了研究，结果表明，电沉积时间为120 s时，WO3/SnO2复合薄膜具有最小的阻抗，且在0.6 V的偏压下光电流密度为0.46 mA/cm2，相比于单一WO3纳米棒薄膜，表现出更好的光电化学性能。
复合薄膜 电沉积 光电性能 WO3 WO3 SnO2 SnO2 composite film electro-deposition photoelectric property
Author Affiliations
Abstract
1 Shaanxi Key Laboratory of Artificially-Structured Functional Materials and Devices, Air Force Engineering University, Xi’an 710051, China
2 School of Electronic Science and Engineering, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
Chiral mirrors can produce spin selective absorption for left-handed circularly polarized (LCP) or right-handed circularly polarized (RCP) waves. However, the previously proposed chiral mirror only absorbs the designated circularly polarized (CP) wave in the microwave frequency band, lacking versatility in practical applications. Here, we propose a switchable chiral mirror based on a pair of PIN diodes. The switchable chiral mirror has four working states, switching from the handedness-preserving mirror to the LCP mirror, RCP mirror, and perfect absorber. The basis of these advances is to change the chirality of two-dimensional (2D) chiral metamaterials and the circular conversion dichroism related to it, which is the first report in the microwave frequency band. Surface current distributions shed light on how switchable chiral mirrors work by handedness-selective excitation of reflective and absorbing electric dipole modes. Energy loss distributions verify the working mechanism. The thickness of the switchable chiral mirror is one-tenth of the working wavelength, which is suitable for integrated manufacturing. The measurement results are in good agreement with the simulation results.
Photonics Research
2023, 11(7): 1154
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光及应用技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
高功率窄线宽光纤激光器在遥感测量、引力波探测、光束合成等领域中应用广泛，但硅基光纤中的受激布里渊散射效应限制了其输出功率。对单频种子源进行相位调制以展宽线宽是常见的抑制受激布里渊散射的方法。然而，单一机理的射频相位调制对受激布里渊散射效应的阈值提升能力有限，已经不能满足近5 kW的激光功率需求。分析了伪随机二进制序列和正弦信号级联的相位调制对光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制的影响，搭建了级联相位调制的高功率窄线宽光纤激光器，采用四级功率放大结构，在46 GHz均方根线宽下，实现了4.93 kW激光输出，中心波长为1067.5 nm，斜率效率为78%，光束质量为M2<1.2。
激光器 光纤激光器 受激布里渊散射 相位调制 中国激光
2023, 50(10): 1001005
Author Affiliations
Abstract
1 Shaanxi Key Laboratory of Artificially-Structured Functional Materials and Devices, Airforce Engineering University, Xi’an 710051, China
2 Electronic Materials Research Laboratory, Key Laboratory of the Ministry of Education, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China
3 e-mail: liyf217130@126.com
4 e-mail: 18066540235@163.com
Three-dimensional chiral materials with intrinsic chirality play a crucial role in achieving a strong chiral response and flexible light manipulation. Reconfigurable chirality through the 3D morphological transformation of chiral materials is significant for greater freedom in tailoring light but remains a challenge. Inspired by the unique 3D morphological memory capability of shape memory alloys (SMAs), we demonstrate and discuss a chiral resonator in the microwave regime that can realize reconfigurable chirality through 3D morphological transformation. The introduction of heating film realizes voltage control of SMA’s morphology for utilizing the temperature sensitivity of SMA better, enabling arbitrary control of circular dichroism (CD) flip and CD intensity. The qualitative and quantitative analysis of the surface current distribution of chiral enantiomers reveals that the chirality of meta-atoms originates from the surge of electric dipole and electric quadrupole Q. It is worth mentioning that the proposed strategy to achieve reconfigurable chirality using 3D morphological transformations can be directly extended to other higher frequencies, such as visible, infrared, and terahertz bands. Significantly, our paradigm to study the relationship between complex 3D morphology and chirality holds potential for application in biosensing, spin detection, and spin-selective devices.
Photonics Research
2023, 11(3): 373
Author Affiliations
Abstract
1 Department of Basic Sciences, Air Force Engineering University, Xi’an, 710051 Shaanxi, China
2 Beijing Engineering Research Center of Mixed Reality and Advanced Display, School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
Spin light manipulation based on chiral metasurfaces is a striking hotspot that has intrigued huge attention. Circular dichroism, a unique phenomenon of chiral atoms/molecules, has been regarded as another auxiliary dimension for guiding electromagnetic waves, which has been explored in the field of artificial material sciences yet a challenging issue. Here, a generic strategy based on dynamic chiral meta-atom for revealing strong circular dichroism as well as applicable electromagnetic functionality is proposed in microwave regime. We demonstrate a dynamic metasurface that enables the fully independent holograms reconstruction for one circular polarization or the other at the active operating state. On the other hand, the electromagnetic scattering is realized for lowering observable backward reflection at the passive state. Numerical simulation and experimental verification are conducted to manifest the feasibility. It is expected that the proposed strategy can be applied to broaden the horizon for dynamic chiral meta-devices and may find applications in information encryption, anti-counterfeiting, and other dynamic systems.
硅锰渣是硅锰合金生产中产生的主要固废，对环境产生巨大威胁，现行处理工艺消纳能力有限，亟需探索新的处置方法。以硅锰渣为原料、不外加成核剂，采用Petrurgic烧成法制备硅锰渣微晶铸石，讨论了晶化温度、晶化时间对成品物相组成及性能的影响规律，从而得到最佳热处理制度。结果表明：将热熔渣冷却至950 ℃保温60 min和760 ℃退火处理，能够制备出性能优良的微晶铸石。所得微晶铸石结构致密，析出的晶相主要为辉石族矿物，包括透辉石和铝透辉石，其次是钙长石和硅灰石，具有较好的综合性能，其体积密度可达3.11×103 kg·m-3，显微硬度达8.77×103 MPa，抗折强度和抗压强度分别为86 MPa和222.9 MPa。
硅锰渣 微晶铸石 热处理工艺优化 力学性能 silico-manganese slag microcrystalline cast stone heat treatment process optimization mechanical properties
1 山东省济宁市生态环境局, 山东 济宁 272004
2 山东省生态环境监测中心, 山东 济南 250013
3 呼和浩特市生态环境监控中心, 内蒙古 呼和浩特 010010
4 合肥中科光博量子科技有限公司, 安徽 合肥 230088
5 中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室, 北京 100029
6 解放军陆军炮兵防空兵学院基础部, 安徽 合肥 230031
大气气溶胶通过直接效应影响到达地表的辐射量以及间接效应影响云的生消和降水等过程, 还因其含有的各种有毒物质颗粒, 影响城市能见度, 导致霾过程频发, 而这些颗粒进入人体会对人体健康造成一定危害。 利用济宁市2018年—2019年期间多台气溶胶激光雷达的垂直观测廓线数据与区域空气质量监测数据, 分析了不同大气污染过程中的颗粒物时空演变特征。 结果显示, 济宁市夏季的细粒子污染存在一定的区域差异性, 主要呈现两种日变化特征。 一种是部分区域在夜间消光强, 白天消光弱, 主要是因为夜间受到湿度偏大与污染源排放叠加的影响; 另一种是部分区域白天消光相对较强且整体无明显日变化特征, 原因在于周围污染源较少且受人工湖的影响。 此外, 近地面气溶胶消光系数变化显示辰欣制药站与金马酒店站附近颗粒物浓度相对更高。 沙尘观测结果显示, 济宁市的沙尘天气多出现于4月和5月, 沉降过程中颗粒物浓度可高达平时浓度的5倍。 同时对比扫描观测结果显示, 局地污染的轮廓无规则、 范围小、 突发且消光很强, 而大范围污染过程则轮廓面积大且其消光逐渐增大。
激光雷达 气溶胶 沙尘 大气污染 变化特征 Lidar Aerosol Dust Air pollution Variation characteristics 光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3467
1 惠州经济职业技术学院，广东惠州 516057
2 华中科技大学计算机科学与技术学院，湖北武汉 430074
针对现有基于可见光的目标检测算法存在的不足，提出了一种红外和可见光图像融合的目标检测方法。该方法将深度可分离卷积与残差结构相结合，构建并列的高效率特征提取网络，分别提取红外和可见光图像目标信息；同时，引入自适应特征融合模块以自主学习的方式融合两支路对应尺度的特征，使两类图像信息互补；最后，利用特征金字塔结构将深层特征逐层与浅层融合，提升网络对不同尺度目标的检测精度。实验结果表明，所提网络能够充分融合红外和可见光图像中的有效信息，并在保障精度与效率的前提下实现目标识别与定位；同时，在实际变电站设备检测场景中，该网络也体现出较好的鲁棒性和泛化能力，可以高效完成检测任务。
目标检测 红外与可见光图像 深度学习 自适应融合 object detection, infrared and visible light image
1 山西农业大学 a. 植物保护学院
2 山西农业大学 b. 创新创业学院
3 山西农业大学 c. 农学院，太谷 030801
4 b. 创新创业学院
5 c. 农学院，太谷 030801
6 2. 杂粮种质创新与分子育种山西省重点实验室，太原 030031
谷子白发病是威胁谷子产量和品质的重要系统性侵染病害。在抵抗病原菌的过程中，抗病相关基因起着尤为重要的作用。几丁质酶(Chitinase，EC.3.2.1.14)是植物抗病反应过程中的一类重要的病程相关蛋白，在植物防御病原菌侵染和害虫危害中扮演重要的角色。本研究在前期对白发病菌侵染抗感谷子品种转录组分析的基础上发现几丁质酶家族基因在抗感品种中显著差异表达，推测该家族基因可能参与谷子对白发病的抗病反应过程。基于此，本研究运用生物信息学相关技术对筛选出的30个谷子候选抗病相关几丁质酶家族基因进行染色体定位，利用TBtools等软件对该基因家族的理化性质、基因结构、发育树构建、蛋白序列及其转录水平进行分析。结果表明，30 个谷子几丁质酶家族基因分布在8条染色体上(第6条染色体除外)。几丁质酶蛋白均含有分泌信号肽，预测为分泌蛋白，且具有保守蛋白基序。系统发育树分析显示，该基因家族成员可分为3个亚组。结合白发病菌侵染抗感谷子转录组数据，根据其表达模式的差异，可分为上调、下调和不表达3 类基因。荧光定量 PCR 结果表明，Seita.1G225300、Seita.4G286000、Seita.5G389900、Seita.7G150600、Seita.7G150700和Seita.8G076900这些基因表达在抗感品种中存在显著差异，很可能参与抗白发病的调控过程。其研究结果有望为谷子抗病基因克隆及分子育种提供一定的理论参考。
谷子 白发病菌 几丁质酶 基因家族 抗病 foxtail millet Sclerospora graminicola chitinase gene family disease resistance
