A simple and sensitive colorimetric pH meter based on DNA conformational switch and gold nanoparticle aggregation

A simple and rapid colorimetric pH meter has been developed based on the conformational switch of i-motif DNA and non-crosslinking AuNP aggregation, the average accuracy of the nano-meter was found to be +/- 0.04 pH unit across the physiological operating range.

Flow Rate Measurement in Multiphase Flow Using Turbine Flow-meter

对涡轮流量传感器进行了理论分析,给出了涡轮流量计仪表常数的计算方法,讨论了获得较大固有仪表常数K_0时涡轮传感器结构参数（如叶片数、涡轮半径、口径等）的优化组合问题,通过多相流动实验,总结出K_0与流动密度之间的实验关系,由此给出用涡轮流量计测量多相流的半理论半经验公式,并在油井多相流量测量中得到了实际应用,符合较好。

MEASUREMENT OF SOLID SLURRY FLOW VIA CORRELATION OF ELECTROMAGNETIC FLOW METER, ELECTRICAL RESISTANCE TOMOGRAPHY AND MECHANISTIC MODELLING

The study presented here was carried out to obtain the actual solids flow rate by the combination of electrical resistance tomography and electromagnetic flow meter. A new in-situ measurement method based on measurements of the Electromagnetic Flow Meters (EFM) and Electrical Resistance Tomography (ERT) to study the flow rates of individual phases in a vertical flow was proposed. The study was based on laboratory experiments that were carried out with a 50 mm vertical flow rig for a number of sand concentrations and different mixture velocities. A range of sand slurries with median particle size from 212 mu m to 355 mu m was tested. The solid concentration by volume covered was 5% and 15%, and the corresponding density of 5% was 1078 kg/m(3) and of 15% was 1238 kg/m(3). The flow velocity was between 1.5 m/s and 3.0 m/s. A total of 6 experimental tests were conducted. The equivalent liquid model was adopted to validate in-situ volumetric solids fraction and calculate the slip velocity. The results show that the ERT technique can be used in conjunction with an electromagnetic flow meter as a way of measurement of slurry flow rate in a vertical pipe flow. However it should be emphasized that the EFM results must be treated with reservation when the flow pattern at the EFM mounting position is a non-homogenous flow. The flow rate obtained by the EFM should be corrected considering the slip velocity and the flow pattern.

光系统I及其亚组分的分离纯化与光破坏特性的研究

光系统I（photosystem I，PSI）是光合膜上参与光合作用原初反应过程的主要膜蛋白超分子复合体之一。高等植物的PSI是由核心复合体（14个亚基）和捕光色素蛋白复合体I（light-harvesting complex I, LHCI，含4个Lhca蛋白）组成的超分子复合体，它的主要功能是调节光诱导的从囊腔侧的质体兰素（plastocyanin，PC）向基质侧的铁氧还蛋白（ferredoxin，Fd）的电子传递。研究PSI的结构与功能对于揭示植物光合作用高效吸能、传能的分子机理具有重要意义。在本文中，我们首先建立了分离制备PSI及其亚组分的方法（Qin et al., 2007），并在此基础上对PSI在强光破坏的过程中结构与功能的变化进行了比较深入的研究。本论文的主要研究结果如下： 1．快速、高效分离纯化PSI及其亚组分方法的建立。 国际上传统的PSI分离方法（Bassi and Simpson, 1987; Croce et al., 1998; Påsllon et al.1995; Schmid et al. 2002），耗时长较长（分离PSI颗粒一般需要多于20h的蔗糖超速离心过程，而分离PSI的亚组分则需要25-60h的蔗糖超速离心过程）、得率较低，这不便于PSI方面的研究，为此我们首先改进了传统的分离纯化方法。新方法以高等植物菠菜叶片作为原材料，使用Triton X-100作为增溶剂，通过差速离心技术获得的粗制品，然后使用十二烷基麦芽糖苷(n-Dodecyl β-D-maltoside, DDM)增溶PSI粗制品，之后采用100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）0.1-1 mol/L蔗糖梯度离心3h获得纯度较高的PSI颗粒。然后使用DDM和3-(N, N-Dimethylpalmitylammonio) propanesulfonate （zw 3-16）两种增溶剂处理PSI，后经100,000×g，垂直转头（Beckman VTi 50）蔗糖梯度离心4h获得纯度较高的PSI core、LHCI-680、LHCI-730复合体。采用吸收光谱、荧光光谱技术研究了各样品的基本光谱学特性，采用HPLC分析了各样品的色素组成，结果显示平均每个Lhca蛋白结合1.5-1.6黄体素，1.0紫黄质, 0.8-1.1 β-胡萝卜素，该方法制备的LHCI比传统方法制备的LHCI减少了类胡萝卜素的丢失。这一工作为以后结构与功能的研究工作奠定了良好的基础。 2．PSI复合体及其亚组分的特性研究。 PSI颗粒具有一定的适应环境酸碱变化的能力，在我们的试验条件下PSI颗粒在pH 5-10相对稳定。PSI、LHCI很难通过加入Mg2+、Ca2+、Na+阳离子聚集沉淀。经绿胶鉴定我们制备的LHCI-680、LHCI-730是二聚体形式;而把PSI绿胶后再进行第二向十二烷基硫酸钠－聚丙烯酰氨凝胶电泳（SDS-PAGE）电泳，结果发现在稍强烈的绿胶增溶条件下，LHCI-730是以二聚体的形式存在，但是LHCI-680却是以单体的形式出现。这说明LHCI形成的二聚体，尤其是LHCI-680，较容易受到增溶处理而分离成单体形式，解释了以生化分离手段得到的LHCI-680的聚集形式是单体还是二聚体这个目前国际上还有有争议的问题。 3．PSI、LHCI光破坏的基本特点。 采用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射PSI颗粒，通过SDS-PAGE及室温吸收光谱检测光照过程中PSI复合体的变化，结果表明：去氧处理能够大大延缓PSI的光破坏，而PSI脱辅基蛋白不会发生光破坏，这说明PSI发生的光破坏可能与Chl与O2的相互作用有关。采用白光（1000 μmol•m-2•s-1、300 μmol•m-2•s-1）处理LHCI-680、LHCI-730，发现LHCI-680被破坏的速度明显快于LHCI-730被破坏的速度，这是首次在体外分离的水平上揭示了不同LHCI光破坏方面的差异。LHCI-680与LHCI-730在光破坏方面的差异可能与两种天线蛋白结合的类胡萝卜素的种类和数量不同有关，还可能与二者结合的长波长Chl的情况有关，但是具体的原因还有待于进一步的研究。 4．结合不同的捕光色素蛋白复合体（light-harvesting complex，LHC）对PSI光破坏的影响。 为了研究结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响，我们制备了PSI-LHCII、PSI、PSI core三种复合体。使用白光（2500 μmol•m-2•s-1）照射这三种复合体，并通过测定各复合体在光破坏过程中蛋白亚基、吸收光谱、PSI活性及P700含量的变化，对比三者光破坏的速度，结果发现PSI-LHCII在这三种复合体中光破坏速度最快，而PSI和PSI core两种复合体光破坏速度基本一致。我们推测在光照过程中部分光系统II捕光Chl a/b蛋白复合体II（light-harvesting complex II，LHCII）能够向PSI core传递能量，另外PSI-LHCII绿胶分析的结果表明发生了LHCII三聚体向单体的转变，这种强光下发生的LHCII聚合形式的转化可能是高光强下调节光能捕获的一种机制，由于植物体内具有较完整的保护系统，体内PSI-LHCII的光破坏可能与体外情况不同;另外LHCI与PSI core的解离可能发生在强光照射的早期，具有保护PSI core减少光破坏的积极作用。该部分的研究首次观察了结合不同的捕光天线对PSI光破坏的影响。

蓝藻应答高 pH 胁迫的亚细胞蛋白质组学研究

蓝藻是迄今地球上发现的最古老、分布最广和最具多样性的光合自养原核生物，其细胞结构简单，具有类似于植物的光合作用，是研究光合作用及其它代谢过程重要的模式生物。由于这类生物起源于远古前寒武纪，但至今依然繁多，在极端寒冷的南北极冰湖和近于沸腾温度的温泉，以及高盐、强碱的极端环境中均有存在,它们在漫长的进化过程中如何应对灾难性环境、针对随时可能遭遇的不同胁迫环境因子形成了怎样的分子适应机制，是近年来倍受关注但仍未诠释的问题之一。由于蓝藻与高等植物叶绿体在进化上密切相关，搞清楚这类生物适应不同胁迫环境因子的分子基础及其作用机制，对从进化的角度理解光合生物与环境相互作用、通过同源性发现作物抗逆育种新靶标，有重要的理论和实践意义。 逆境应答蛋白的表达是细胞对逆境胁迫的主要适应机制之一。在特定的逆境条件下，细胞通常会表达一组蛋白质，用于识别与传递环境胁迫信号、稳定细胞内环境、消除并修复逆境造成的损伤等。因此，逆境应答蛋白的系统鉴定和功能确认，是揭示逆境条件下细胞代谢网络及抗逆性分子机制的关键。单细胞模式蓝藻基因组序列的确定，极大地推动了蓝藻细胞蛋白质组成模式研究，也为系统发掘蓝藻逆境应答蛋白、理解和揭示分子适应机制提供了新的切入点。Synechocystis 6803是第一个完成基因组测序的放氧光合模式生物。由于其具有易培养、可转化、对环境条件变化反应快等优点，以该藻种为材料所展开的逆境应答特别是盐胁迫蛋白质组研究方面已经取得了重要的进展，而对高pH胁迫的蛋白质组研究还鲜有报道。因此，本论文以Synechocystis 6803为材料，从分离纯化的亚细胞组分入手，采用蛋白质组学研究手段，对蓝藻细胞应答高pH胁迫的蛋白质代谢网络进行探讨。利用蔗糖密度离心和水溶性两相分离法相结合的方法，分别获得了对照（pH7.5）和处理（pH11）细胞的质膜、外膜和类囊体膜，并分别构建了包括可溶性蛋白和膜组分的一维和二维蛋白质凝胶电泳图谱。分析结果表明，高pH胁迫下质膜和可溶性蛋白蛋白组分的变化较外膜和类囊体膜蛋白组分更为明显。在考马斯亮兰染色胶上共发现有近110个蛋白点上调或下调表达，其中有82个蛋白点来源于质膜。对质膜蛋白进行的差异荧光标记双向电泳（2-D DIGE）分析结果与考马斯亮兰染色结果基本一致。对质膜上的82个蛋白点进行胶内消化和MALDI-TOF和MALDI-TOF/TOF质谱鉴定，得到了39个不同基因产物，其中25个是上调蛋白，14个是下调蛋白。在这些发生变化的蛋白中，近1/3是ABC型转运蛋白，如3个磷转运蛋白（Sll0679，Sll0683，Sll0684）均在高pH胁迫下明显上调。其它高pH响应蛋白包括参与光合作用（PsaF，Sll0819；CpcA，Sll1578）、呼吸作用（CoxB，Sll0813）以及细胞分裂过程的蛋白（MinD，Sll0289）。还有LexA repressor (Sll1626)和Guanylyl cyclase(Cya2，Sll0646)等起调控作用的蛋白质。此外发现8个高pH胁迫响应蛋白为功能未知的新蛋白。生物信息学预测结果显示，在已鉴定的质膜响应蛋白中有17个蛋白具有信号肽。6个蛋白为具有跨膜域的膜蛋白，其中的3个膜蛋白是首次被证明定位于质膜上，且其表达与高pH胁迫有关。这些研究结果对从分子水平理解蓝藻细胞主动应对高pH胁迫、维护细胞内pH相对稳定机制有重要启示。