面向短QT综合征的药物作用建模与仿真研究

短QT综合征(short QT syndrome,SQTS)是以心电图QT间期、心室和心房不应期明显缩短为主要显性特征,并伴有晕厥、高发心源性猝死(sudden cardiac death,SCD)和恶性心律失常风险的一类遗传性心肌离子通道病.据目前资料信息,关于SQTS致病机理的报道比较多,而对SQTS药物治疗的报道罕见.为了揭示在SQTS下的药物作用,本文通过计算机仿真构建人体心室细胞和组织的药物作用模型,利用该模型,从亚细胞、细胞、组织三个尺度,模拟SQT1、SQT2和SQT3下的普罗帕酮药物作用过程,并仿真心电图的变化情况.仿真结果表明:在SQT1下普罗帕酮延长了动作电位时程(action potential duration,APD)和心电图QT间期,并降低T波幅值;相反,在SQT2和SQT3下普罗帕酮缩短了APD和QT间期.计算使用药物前后细胞间膜电压和APD空间离散度的变化,定量分析了普罗帕酮降低T波振幅的原因.总之,对SQT1,普罗帕酮有效;对SQT2和SQT3,普罗帕酮没有改变其致心律失常的危险.仿真结果为普罗帕酮用于临床治疗SQTS提供理论参考.     

基于演化博弈的煤炭矿区生态修复管理机制研究

地方政府环境监管部门和煤炭企业是煤炭矿区生态修复保证金制度实施的重要责任主体。从演化博弈论的研究视角探讨了地方政府与煤炭企业在生态修复保证金制度实施中的决策演化过程,构建了地方政府与煤炭企业演化博弈模型,根据复制动态方程规律得到了参与者的行为演化规律和行为演化稳定策略,分析了生态修复保证金制度实施的策略选择影响因素。选择龙口矿区为研究对象进行了实证研究,结果表明:地方政府的监管力度随煤炭企业的生态修复比例变化而变化,生态修复初期比例低;随着地方政府监管力度加大,生态修复比例相应提高,地方政府可以适当放松监管,但监管力度应保持在一定范围内,确保系统向最优状态演化。可通过动态调节保证金收缴金额,增加税收优惠,降低煤炭企业的治理成本,加强对地方政府环保政绩考核,引导地方政府与煤炭企业共同促进煤炭矿区生态修复工作有效实施。     

基于无人机RGB光学相机的漂浮绿藻探测研究

绿潮是我国近海常见的一种海洋生态灾害。为利用无人机(UAV)RGB光学相机准确高效地监测绿潮,建立高分辨率RGB光学影像中绿藻快速提取算法,本文提出了一种新的指数用于增强漂浮绿藻的信号,即以绿色和红色波段形成一个虚拟基线,此基线以下蓝波段信号的线高即为红绿波段虚拟基线漂浮绿藻指数(RG-FAH)。此外,利用不同条件的无人机影像与其他植被指数对比进行验证。试验结果表明,RG-FAH在不同条件下的准确率、kappa等指标都在0.91以上。在正常与过曝光的条件下及提取大面积绿藻斑块时,RG-FAH与绿波段和蓝波段的差值(GB)相当,但在太阳耀光耐受性和小斑块提取方面比GB及其他指数表现更好。该RG-FAH指数在绿藻及类似的水体漂浮绿色植物的监测方面有应用潜力,能为绿潮的监测、管理提供有效的信息支持。     

计算机辅助药物筛选平台及应用

先导化合物发现是创新药物研发的最重要环节之一。针对目前海量功能不明确的小分子化合物,本文构建了一个用来实现快速发现先导化合物,有效降低药物研发成本的计算机辅助药物筛选平台。该平台采用分布式架构思想,集成了Auto Dock Vina和多个小分子库,具有数据安全、计算与存储的负载均衡以及实时监控的特点。应用平台进行先导化合物筛选,在较短时间发现了有针对性的活性小分子化合物,命中率高,大大缩短先导化合物发现周期。该平台具有很好的实用性和良好的扩展性。     

面向虚拟筛选的GPU加速的分子对接方法

虚拟筛选是在计算机上对化合物分子进行模拟预筛选,找出容易和药物靶标结合的小分子(配体),从而降低实际实验测试次数,提高药物先导化合物的发现效率。常用的分子对接软件可以用于基于结构的虚拟筛选,寻找配体与靶标的最佳的作用模式和结合构象,并通过打分函数来筛选出潜在的配体。现有的对接软件如AutoDock Vina等在分子对接过程中需要耗费大量时间和计算资源,特别是面对大规模分子对接时,过长的筛选时间不能满足应用需求,因此,本文在最高效的QVina2对接软件基础上,提出一种基于GPU的QVina 2并行化方法QVina2-GPU,利用GPU硬件高度并行体系加速分子对接。具体包括增加初始化分子构象数量,以扩展蒙特卡罗的迭代局部搜索中线程的并行规模,增加蒙特卡罗的迭代搜索的广度以减少每次蒙特卡罗迭代搜索深度,并利用Wolfe-Powell准则改进局部搜索算法,提高了对接精度,进一步减少蒙特卡罗迭代搜索深度,最后,在NVIDIA Geforce RTX 3090平台上在公开的配体数据库上验证了QVina2-GPU的性能,实验表明在保证分子对接精度的基础上,我们提出的QVina2-GPU对Qvina2的平均加速比达到5.18倍,最大加速比达到12.28倍。     

基于“互联网+”的“成就驱动式教学法”在“酶工程”教学中的探索

针对“酶工程”教学中存在的学生不愿学、学习效率低等问题,我们提出“成就驱动式教学法”这一概念。“成就驱动式教学法”是利用青少年对于解锁成就这一行为的主观能动性,将课程内容与解锁成就相结合来驱动其学习。我们通过在超星学习通中引入成就系统,同时结合酶工程课程内容设定成就及相应的奖励机制,达到了提高学生自主学习能力的效果。     

体外循环血栓非侵入在线电阻抗成像方法

目的 在体外循环系统中,血栓的在线检测和可视化具有重要意义。本文提出了基于电阻抗成像（EIT）的体外循环血栓非侵入在线检测方法。方法 首先通过联合仿真研究了传感器尺寸对成像效果的影响。其次,根据仿真结果设计了直径为20 mm的16铜质电极EIT传感器,搭建了循环流动实验平台,并设计了静态和循环流动实验。使用尺寸为3～6 mm的猪血块代替血栓,将血块置于新鲜猪血样本中,采用Tikhonov正则化算法进行成像。将3 mm和5 mm的血块分别置于循环系统中,重建血块在传感器截面的大小和位置图像,并与高速相机拍摄结果进行对比。结果 仿真结果显示当目标物与传感器面积比（AR）不小于0.01时,传感器直径为20 mm和30 mm对应的图像相关系数（IC）均大于0.06,成像效果较好。静态成像结果显示,相对尺寸覆盖率误差（RCR）小于等于0.1。循环流动实验显示,血块经过传感器时,检测到归一化后的相对电导率变化值分别为80和200,结果显示该方法能够检测到循环系统中的血块。结论 该方法具有实时性和非侵入的优点,有望应用于体外血栓的检测。     

基于群体协同交互式学习模式的“微生物生理学”虚拟仿真实验教学方法

随着我国虚拟仿真实验教学工作的开展,群组式学习模式被越来越多地探讨并应用到实际教学中,但将此学习模式与虚拟仿真类实验课程相结合进行教学研究的实例相对较少。针对微生物类实验实践教学中存在的典型问题,以哈尔滨工业大学“微生物生理学”研究生精品课程建设研究为例,提出基于群体协同交互式学习模式的“微生物生理学”虚拟仿真实验教学研究,以期打造微生物学科一流实验/实践类教学课程。本文阐述了群体协同交互式学习模式的内涵、构成要素及优势,论述了群体协同交互式学习模式在“微生物生理学”虚拟仿真实验教学中的实现过程,并总结了该模式的不足与未来发展方向。     

靶向基质金属蛋白酶14类血红素结构域特异活性位点的确定及反义肽虚拟筛选

目的:确定基质金属蛋白酶14(MMP-14)类血红素结构域(HPX14)特异活性位点,虚拟筛选获得能与HPX14特异结合的短肽。方法:用metaPocket预测HPX14的活性口袋,多序列比对分析活性口袋的氨基酸残基特异性;基于M-I和R-B理论设计以特异活性位点为正义肽的反义肽库,并进行虚拟筛研究及结合特异性确定。结果:生物信息学分析确定了KGRGLTD为HPX14的特异活性位点,并构建了其1036条反义肽;通过2轮虚拟筛选,获得10条得分居前的与HPX14结合较好的反义肽,它们与HPX14具有较高的亲和力,并可能影响MMP-14同源二聚体的形成和MMP-14活性的抑制;VSETAPF、IGEPPPF是对接打分最好的2条短肽,与HPX14的结合具有特异性。结论:KGRGLTD是HPX14的特异活性位点,虚拟筛选得到的VSETAPF、IGEPPPF等反义肽与HPX14具有较高的亲和力,这为基于MMP-14的HPX结构域的靶向小分子多肽先导药物的发现提供了重要的前期工作基础与新思路。     

Adaptive Control for Passive Kinesiotherapy ELLTIO

Exoskeletons are mechatronic devices used to increase human muscle strength and resistance. In the last decade these devices have become a very useful tool to assist active kinesiotherapy. This paper presents the design of exoskeleton focused on the rehabilitation of ankle and knee for the right leg. The construction of prototype like Exoskeleton for Lower Limb Training with Instrumented Orthoses （ELLTIO） using Series Elastic Actuator （SEA） to reduce the effort in the human joints, and a control law to perform a rehabilitation routine using an adaptive control scheme were first implemented in simulation to verify the control strategy and make a real rehabilitation test. The adaptive control law is proposed with the intention that the exoskeleton can adapt to user parameters at the time when performing the exercise. The results show the parameters estimation and tracking trajectory for the exoskeleton were proposed, and this trajectory could be a routine rehabilitation proposed by the therapist.