Intensity-based quantitative fluorescence resonance energy transfer (FRET) is a technique to measure the distance of molecules in scale of a few nanometers which is far beyond optical diffraction limit. This widely used technique needs complicated experimental process and manual image analyses to obtain precise results, which take a long time and restrict the application of quantitative FRET especially in living cells. In this paper, a simplified and automatic quantitative FRET (saqFRET) method with high efficiency is presented. In saqFRET, photoactivatable acceptor PA-mCherry and optimized excitation wavelength of donor enhanced green fluorescent protein (EGFP) are used to simplify FRET crosstalk elimination. Traditional manual image analyses are time consuming when the dataset is large. The proposed automatic image analyses based on deep learning can analyze 100 samples within 30 s and demonstrate the same precision as manual image analyses.

为实现无人机航拍影像的实时稳像, 针对稳像过程中特征检测的速度问题和运动滤波的发散现象, 提出了一种改进的AGAST算法与自适应Kalman滤波相结合的实时稳像算法。对于无人机实时航拍视频序列, 以当前帧的前一帧为基准进行稳像处理。改进的AGAST特征检测算法在尺度空间的基础上快速提取AGAST角点特征, 用二进制描述符对其进行描述, 然后用汉明距离匹配特征点。对于已获得的匹配特征点对集合, 用RANSAC原则剔除误匹配点, 再计算运动矢量。最后使用自适应Kalman滤波提取出运动矢量中的无人机主动扫描分量, 进行运动补偿, 获得稳像结果。实验数据使用标准测试图集和自己采集的无人机航拍视频, 实验结果表明, 所提算法在连续视频序列处理时效果显著、速度快, 能够满足实时稳像的需求。

未来二极管抽运固体激光器的重要发展方向是实现“三高”,即高功率、高效率和高光束质量的激光输出,而热效应将严重影响固体激光器的激光性能。作为极具发展前景的增益介质材料,激光陶瓷具有连续激光输出能力强、热导率高、可以高浓度掺杂等优点,并且容易实现大尺寸、批量化以及复合结构样品制备,而复合结构的增益介质可以有效改善固体激光器的热效应。其中,通过在激光陶瓷中制备光波导结构,可以高效散热、提高抽运效率,获得紧凑且具有高增益的激光系统,该类激光陶瓷有望解决“三高”固体激光器的核心问题。对光波导激光陶瓷的研究进展及其设计原理、制备方法和材料性能做了综述和介绍,最后对光波导激光陶瓷未来的研究做了展望和分析。

针对四旋翼飞行器的非线性飞行控制模型, 提出了一种新改进的量化因子自整定二维直接控制量型模糊PID控制器。通过分析量化因子与模糊控制器输入输出的模糊逻辑关系, 对量化因子分别设计模糊整定器并确定了相应的模糊输入量以及模糊规则表, 然后利用自整定算法实现量化因子在线实时调整。通过对四旋翼飞行器进行动力学建模以及控制通道分析, 进行了姿态飞行控制仿真实验。与传统PID型模糊控制器相比, 本文设计的控制器在动态响应速度及抗外界干扰性能方面效果更优。

目的: 从异常核型人胚胎干细胞系中分离两种不同X染色体失活(XCI)状态的细胞, 建立亚系, 并进行对其XCI状态特征和多能性标记进行鉴定。方法: G显带鉴定人胚胎干细胞系chHESC-3早晚期代数细胞的核型, H3K27me3免疫荧光染色鉴定早晚期chHESC-3表观遗传差异, RT-PCR 检测早晚期chHESC-3中XIST基因的表达。利用单细胞克隆的培养分选亚系, H3K27me3、RNA polymeraseⅡ以及DAPI三种标记的共染后每种表观标记各选两株进行RT-PCR, 检测两种亚系中XIST基因的表达。 并对这四株细胞进行干细胞标记鉴定。结果: G显带结果证明早期chHESC-3为正常核型, 晚期代数核型为异常核型, 牵涉到8条染色体的复杂结构变异。H3K27me3免疫荧光染色证明异常核型chHESC-3中有部分细胞出现了H3K27me3凝集点, 而正常核型细胞中未发现。正常核型细胞(chHESC-3N)没有XIST基因表达, 异常核型细胞(chHESC-3C)中有表达。在RNA polymeraseⅡ着色缺口中发现H3K27me3凝集点的细胞亚株XIST基因表达阳性, polymeraseⅡ着色缺口中未发现H3K27me3凝集点的细胞亚株XIST基因表达阴性, XIST阳性和阴性细胞各选两株进行多能性标记免疫荧光染色均为阳性。结论: 成功从异常核型人胚胎干细胞系中分离两种不同XCI状态的细胞并建立亚系, 两种表观类型的亚系均保持多能性标记并能在长期培养中保持各自特性。

目的: 研究比较三种经典饲养层体系使用的成纤维细胞中Wnt基因的表达, 及其对共培养的人胚胎干细胞的影响。方法: PCR验证19种Wnt基因在三种不同来源饲养层细胞中的表达情况, qPCR验证各组共培养人胚胎干细胞的Wnt/β-Catenin信号通路相关基因表达水平, 流式检测其在不同密度饲养层条件下的增殖分化情况。结果: 在全部19种Wnt基因(Wnt1, Wnt2, Wnt2b, Wnt3, Wnt3a, Wnt4, Wnt5a, Wnt5b, Wnt6, Wnt7a, Wnt7b, Wnt8a, Wnt8b, Wnt9a, Wnt9b, Wnt10a, Wnt10b, Wnt11, Wnt16)的表达检测中, 昆明白小鼠来源饲养层细胞表达其中的16种, ICR小鼠来源饲养层细胞表达其中的10种, 人成纤维细胞来源饲养层细胞表达其中的10种; 增加饲养层细胞密度能够不同程度活化Wnt/β-Catenin信号通路下游基因的表达, 并激活人胚胎干细胞中的负反馈机制; 高密度小鼠饲养层条件促进人胚胎干细胞的分化, 高密度人饲养层条件促进人胚胎干细胞的增殖和分化。结论: 不同经典饲养层体系提供的Wnt环境不同, 其培养的人胚胎干细胞状态也有差异。

在体外受精过程中, 通过胚胎植入前遗传性诊断(PGD)对有遗传风险患者的胚胎进行植入前活检和遗传学分析, 选择无遗传性疾病的胚胎植入子宫, 而PGD诊断异常的胚胎则会被丢弃。本研究尝试将PGD异常胚胎用于分离人胚胎干细胞, 以获得携带遗传缺陷的人胚胎干细胞系。利用荧光原位杂交技术对第3-5天胚胎进行PGD检测, 结果异常的胚胎进一步用于分离获取胚胎干细胞系, 然后对hES细胞系进行核型及干细胞表面标记、多能性基因表达、端粒酶活性以及分化能力等特征性鉴定。总共从13个PGD异常胚胎中分离获得8个人胚胎干细胞系, 建系效率为61.5%, 其中1个核型正常, 5个核型异常。说明利用PGD异常胚胎可以获得携带遗传缺陷的人胚胎干细胞系, 不仅为评估PGD技术临床结论的准确性提供了一种新方法, 更重要的是为研究各种遗传性疾病的发病机理提供了有效的细胞模型。

研究视黄酸(RA)在限定性内胚层细胞向胰腺前体细胞诱导过程中的最佳作用方式。在无饲养层培养体系下联合多因子分阶段诱导经历10天时间获得胰腺前体细胞。获得的细胞不仅表达胰腺前体细胞的标记pdx1, 但是也同时表达肝脏前体细胞的标记afp。有研究表明在胰腺特化过程中RA能起到抑制afp的作用, 因此在不同的时间点添加RA并持续不同的作用时间来调节内胚层细胞向肝胰分化的命运。收集d7到d10的细胞用免疫组化和RT-PCR检测pdx1和afp的表达情况。结果显示RA从d3开始持续作用到d10可以获得更高的pdx1阳性细胞同时能有效的抑制afp的表达, 并且在d9可以获得最高比率的pdx1阳性细胞, 提示RA持续作用促进限定性内胚层细胞向胰腺前体细胞分化。

小鼠胚胎干细胞(Embryonic Stem Cells, ESCs)具有两种不同的多能性状态-原始态多能性(naive pluripotency)和始发态多能性(primed pluripotency), 这两种多能性干细胞在形态、自我更新维持条件、基因表达、表观遗传学特征以及单克隆形成率等方面都存在明显差别。传统条件下分离和培养的人胚胎干细胞(human Embryonic Stem Cells, hESCs)生物学特征更接近始发态多能性状态, 需依赖转基因操作才能获得和维持原始态多能性状态。本研究通过在培养体系中添加化学小分子成功地将已建系的始发态多能性hESCs转化为原始态多能性干细胞, 转化后hESCs呈紧密、圆形、隆起的三维克隆结构, 具有两条活化的X染色体, 单克隆形成率提高, 基因表达更接近原始态多能性特征。结果提示hESCs也存在两种多能性状态, 不同的体外培养环境可获得具备不同多能性特征的hESCs。原始态多能性状态的获得使hESCs在基因治疗、器官再生等领域具有广阔的应用前景, 而仅改变培养条件, 不依赖基因操作的培养方式大大提高了原始态多能性干细胞应用的安全性。