1 西安交通大学人居环境与建筑工程学院, 西安 710049
2 安徽中铁工程材料科技有限公司, 合肥 230041
3 西安交通大学化学工程与技术学院, 西安 710049
4 中南大学土木工程学院, 长沙 410083
水泥基材料具有高度的亲水性, 服役环境中的侵蚀性物质往往通过水的传输渗透到水泥基材料中, 从而导致钢筋腐蚀、混凝土碳化等耐久性问题。本工作利用具有疏水性的微生物菌体提高水泥基材料的疏水性能。研究发现熊蜂生假丝酵母和球形芽孢杆菌掺入砂浆后均可提高砂浆的疏水性能, 接触角可分别提升至122.7°和112.1°, 水滴在砂浆断裂面的扩散速率和吸收速率显著减缓, 毛细吸水最高下降39%左右。通过对内部微结构的分析初步得出菌体通过粗糙结构的构造及自身疏水性的共同作用提升了砂浆基体的疏水性能。虽然加入菌体后砂浆的流动性能和疏水性能得到提升, 然而力学性能显著下降, 这也为后续使用微生物菌体作为水泥基材料疏水剂提出新的挑战。
菌体 接触角 毛细吸水率 流动度 孔结构 microorganisms pellets contact angle capillary water absorption flowability pore properties
辐射研究与辐射工艺学报
2022, 40(5): 050402
1 佛山科学技术学院 1. 物理与光电工程学院
2 2. 粤港澳智能微纳光电技术联合实验室， 广东 佛山 528225
文章首先介绍了紫外发光二极管(UV LED)器件以及目前研发阶段遇到的技术瓶颈。然后分析了UV LED对水中有害微生物的灭活机理。在微生物灭活过程中，详细考察了UV LED的不同应用类型，包括UV LED在不同类型UV反应器中的应用、基于UV LED的高级氧化工艺(AOPs)、不同波长UV LED的组合使用等。最后，总结了深紫外发光二极管在饮用水杀菌消毒领域存在的问题并进行了展望。
紫外线LED 微生物 饮用水 灭菌 应用 UV LEDs microorganisms drinking water sterilization application
中国海洋大学 信息科学与工程学部 物理与光电工程学院，山东青岛266100
针对海洋水体及悬浮颗粒物吸收和散射所导致的水下显微图像的颜色信息失真问题，本文提出了一种改进的循环一致性对抗网络（Cycle-consistent Adversarial Network， CycleGAN）算法，实现对水下目标物图像的颜色校正。通过在原始水下降质图像和重构水下图像之间加入R、G、B三个通道的结构相似性（Structure Similarity Index Measure， SSIM）损失函数，度量二者图像之间的信息损失，进而实现R、G、B三个通道颜色的精准调控，不仅增强了CycleGAN网络的整体性能，也提高了生成器生成图像的质量。然后，利用水下多色自制标靶及天然矿石的显微图像组成的训练数据集对本文所提的改进网络进行训练，所得的模型可用于实际矿石样品表面的显微图像颜色校正。结果表明，本文所提的改进的CycleGAN算法较其它方法在颜色校正方面有着明显的优势。与传统的Retinex算法相比，处理后的图像峰值信噪比（Peak Signal-to-Noise Ratio， PSNR）和结构相似性指标分别提高41.85%、35.62%，而且，从主观视觉角度可发现经过校正的水下显微图像与空气中图像颜色相似度最高。综上，本文方法可以有效地对水下目标物图像进行颜色校正，并提升水下显微图像的质量，有望在海洋地质和海洋生物学方面得到应用。
海底深部微生物观测 水下显微成像 SSIM损失函数 CycleGAN 颜色校正 observation of microorganisms in deep seabed underwater microscopic imaging SSIM loss function CycleGAN color correction 光学 精密工程
2022, 30(12): 1499
1 淡水鱼类发育生物学国家重点实验室, 湖南师范大学生命科学学院, 微生物分子生物学湖南省重点实验室, 长沙 410081
2 亥姆霍兹抗感染国际实验室, 山东大学亥姆霍兹生物技术研究所, 微生物技术国家重点实验室, 青岛 266237
3 青岛科技大学, 化学与分子工程学院, 青岛 266042
4 禹城保立康生物饲料有限公司, 德州 251200
山东省德州市禹城市和湖南省长沙市望城区分别属于我国北方和南方地区, 环境和气候差异明显。本试验以禹城市和望城区两地的草鱼(Ctenopharyngodon idella)、鲫鱼(Carassius auratus)和鲤鱼(Cyprinus carpio)为研究对象, 对肠道中的菌群进行16s rRNA V4高变区扩增, 基于IonS5TM XL测序平台进行测序, 并对相关数据进行分析。结果表明, 在门水平上鲫鱼、鲤鱼、草鱼的肠道优势菌主要为变形菌门(Proteobacteria)、梭杆菌门(Fusobacteria)、硬壁菌门(Firmicutes), 拟杆菌门(Bacteroidetes), 各组中这四种菌门所占比之和均在80%以上; 基于Bray-Curtis距离值的秩次进行组间差异显著性检验, 山东草鱼组和湖南草鱼组比较中组间差异大于组内差异(R=0.307, P<0.05), 且线性判别分析显示湖南草鱼组的特征性菌群为弧菌属, 而山东草鱼组的为梭菌纲, 推测特征性菌群差异与环境的影响有关; 有害菌种的统计分析表明, 湖南鲫鱼组和鲤鱼组的嗜水气单胞菌属相对丰度明显高于对应的山东鲫鱼组和鲤鱼组, 山东草鱼组和鲤鱼组的弧菌属相对丰度高于对应的湖南草鱼组和鲤鱼组, 可能受外界环境的影响, 不同地区抵御外来有害细菌的能力也不一样。本研究对两地的淡水鱼类肠道微生物群落结构进行了比较和分析, 为进一步的鱼类发育研究奠定基础。
鲫鱼 鲤鱼 草鱼 16rRNA测序 肠道微生物 Carassius auratus Cyprinus carpio Ctenopharyngodon idella 16rRNA sequencing intestinal microorganisms
1 中国科学院 苏州生物医学工程技术研究所 中科院生物医学检验技术重点实验室, 江苏 苏州 215163
2 复旦大学 工程与应用技术研究院, 上海 200433
3 苏州高新区自来水有限公司, 江苏 苏州 215011
为了实现对饮用水中细菌快速定量检测, 建立了基于流式细胞术的高通量定量检测系统。对该系统的信号采集系统、绝对计数方法以及在细菌检测方面的综合性能进行了研究和评估。根据饮用水中典型细菌的荧光染料及其荧光激发光谱特点, 介绍了流式细胞术快速检测细菌的工作原理及硬件平台。通过简化细菌的荧光信号强度计算模型, 评估了信号采集系统的信噪比。建立了基于流量传感器的绝对计数方法, 将检测系统与以参比微球法进行绝对计数的BD LSR Fortessa进行了一系列对比实验和统计学分析, 测试和评估了检测系统在饮用水中细菌检测的综合性能水平。实验结果表明: 对于4 MHz宽带的荧光信号, 信号采集系统的信噪比可达86 dB; 对于一定浓度内的微球, 系统对它测试cv值低于2%, 与BD仪器测试结果的相关系数高达0.999 6, 对等比例稀释的微球测试线性度高达0.999 8, 最低可检测细菌浓度可达102 particles/mL; 系统对E.coli和S.aureus含量测试结果的cv值均低于7%, 与BD仪器测试结果的相关系数均高于0.995 9, 两仪器测试结果的相对误差均在4%以内。该仪器能实现对细菌的高精度快速定量检测, 为饮用水中典型细菌快速检测仪器的开发提供了参考。
流式细胞术 细菌 饮用水 微生物 自来水 绝对计数 flow cytometry bacteria drinking water microorganisms tap water absolute counting
1 中国科学院城市环境研究所,城市环境与健康重点实验室,厦门 361021
2 厦门大学环境和生态学院,厦门 361102
氮是维持生命活动最重要的营养元素之一,环境微生物在氮的生物地球化学循环中起着重要作用,但由于大部分微生物不可培养,对其认识非常有限。本文结合表面增强拉曼光谱(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)与15N稳定同位素标记,证明15N可引起细菌SERS谱峰明显偏移。偏移谱峰可作为细菌同化氮的良好指示。另外15N比例与SERS谱峰呈现良好的线性关系,说明SERS可以用于研究氮相关的功能和活性微生物,并根据偏移程度判断活性。我们也比较了15N、13C、氘代葡糖糖和氘水引起的SERS谱峰偏移,结果显示位于腺嘌呤环上的C和N引起的偏移要大于氘重同位素引起的偏移。以上研究有助于选择合适的拉曼-稳定同位素标记方法,针对不同元素进行研究。
表面增强拉曼光谱 15N稳定同位素 微生物 surface-enhanced Raman spectroscopy 15N stable isotope probing microorganisms
1 天津工业大学环境与化学工程学院, 天津 300387
2 天津工业大学膜材料与膜过程教育部重点实验室, 天津 300387
聚砜中空纤维膜由于其独特的性质成为广泛使用的基膜之一, 微生物污染是其使用过程中常见的一个严峻问题, 量子点具有粒径小, 生物毒性强等特点, 在抑制微生物的生长方面有重要作用.本文主要研究量子点修饰的聚砜中空纤维膜表面的抗菌性能, 通过在水相中合成了稳定的具有窄而对称荧光发射带的量子点CdTe, 以巯基丙酸作为表面修饰剂, 对其进行了荧光光谱、透射电镜表征, 得到了粒径约为3 nm的CdTe半导体纳米粒子；以二苯甲酮为光敏剂, 通过连续化紫外辐照的方法将亲水性单体甲基丙烯酸β羟乙酯接枝到中空纤维膜的表面, 利用羟基和羧基的反应成功地在其表面组装上量子点, 通过红外光谱进行表征；从野外环境中分离培养了棒状细菌B1, 其形态通过偏光显微镜和扫描电镜表征, 利用紫外分光光度计测量光学密度, 分析中空纤维膜上量子点的抗菌性能.结果表明, 经过改性, 细菌的光学密度由原膜的0.88降低到量子点改性膜的0.27.表明中空纤维膜的抗菌性有了较显著的改善.进而表明, 连续化紫外辐照改性的方法切实可行, 并展现了在工业应用领域的潜力.
纳米生物技术 生物学 接枝 量子点 中空纤维膜 微生物 Nanobiotechnology Biology Grafting Quantum dots Hollow fiber membranes Microorganisms
