关键词： 有机太阳能光电器件   海洋材料   硅藻土   壳聚糖   活性层  

摘要： 能源危机和环境污染等问题使人们不断的去寻找高效环保的能源。人们对太阳能的不断开发促进了光电器件的发展,有机太阳能器件尤其表现出制作成本低,重量轻等一系列优势。使用获得成本低且环保的材料去优化器件性能无疑是一个值得深入研究的方向。丰富的生物资源蕴藏在海洋中,包括廉价的藻类资源和大量的鱼虾资源。将这些资源同有机太阳能光电器件的制备结合起来是一个非常有趣的研究方向。本论文研究的方向就是利用海洋材料去对器件的光电性能进行优化。本文的主要内容包括以下两个方面:首先,通过将纳米级硅藻土nanoscale diatomite(DIA)添加进器件活性层中增加薄膜的表面粗糙度进而改变薄膜表面的光散射能力。硅藻土具备多孔结构,是一种天然的二氧化硅吸光材料,之前已经有相关研究表明硅藻土在催化及光学领域有很好的前景。最终的实验结果表明硅藻土对于有机光电探测器的性能有着增益效果。硅藻土器件的光电流相较于没有DIA的器件提升了将近100%并且增强了器件的响应率和探测率。其次,通过碳化过程成功合成了富勒fullerene(C)与壳聚糖Chitosan(一种甲壳素的脱乙酰基产物,COS)的共混产物C-COS。C-COS相较于富勒烯而言具备更加突出的光吸收能力。在活性层中使用C-COS可以提升器件在可见光区域的光吸收能力并且优化器件的性能。实验结果表明基于同样的条件,掺有C-COS的有机光电器件比没有掺杂的和掺有富勒烯的器件性能要好。

关键词： 有机锡污染   中国东部沿海港口   沉积物   海洋生物   风险评价  

摘要： 有机锡化合物(organotin compounds,OTCs)是锡与碳结合的金属有机化合物,也是内分泌干扰物质之一,自上世纪中期开始OTCs逐渐被应用于海洋防污涂料中并逐渐污染海洋环境,被认为是迄今为止人类引入海洋环境中毒性最大的物质之一。中国在2011年正式生效国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)制定的《国际控制船舶有害防污底系统公约》(International Convention for the Control of Harmful Anti-Fouling Systems on Ships,AFS),但由于上世纪末期中国港口和海洋运输的飞速发展,以及OTCs在沉积物中长时间不易降解的特性,中国沿海一直受到OTCs的困扰。为全面了解中国东部沿海港口OTCs的污染状况,同时调查其生态风险和对人体健康带来的风险,本研究以中国东部沿海典型港口的海岸沉积物和附近海域的海洋生物(包括软体动物、甲壳类和鱼类)为目标,利用气相色谱-三重四级杆串联质谱仪(gas phase triple quadrupole tandem mass spectrometer,GC-MS/MS)对其体内三丁基锡(tributyltin,TBT)、二丁基锡(dibutyltin,DBT)、一丁基锡(monobutyltin,MBT)、三苯基锡(triphenyltin,TPh T)、二苯基锡(diphenyltin,DPh T)、一苯基锡(monophenyltin,MPh T)等共6种OTCs的含量进行测定。结果显示,中国东部港口海岸沉积物ΣOTCs浓度水平在6.79 ng Sn g-1 dw之间,平均浓度为14 ng Sn g-1 dw。附近海域的海洋生物均有检出OTCs,浓度范围分别为0.81900 ng Sn g-1 dw,平均浓度为130 ng Sn g-1 dw。其中包含苯基锡(phenyltin,Ph Ts:MPh T、DPh T和TPh T)和丁基锡(butyltin,BTs:MBT、DBT和TBT)两大类,海岸沉积物主要是BTs污染,贡献率在35%00%之间,平均贡献率为77%;各港口附近海域海洋生物OTCs以Ph Ts为主,贡献率在51%7%之间,平均贡献水平为71%。从内部空间上看,东南沿海港口群附近海域OTCs污染水平相对更高。与世界上其他地区比较,中国东部港口海岸沉积物OTCs处于较低水平,附近海域海洋生物OTCs污染平均水平处于中等水平。中国东部沿海港口的OTCs污染来源复杂多样,主要可能是历史残留和农业农药使用。另外,BTs污染下降的主要原因可能是和中国生效AFS公约控制管理TBT防污涂料;而Ph Ts污染出现上升并且东南沿海港口群较高,可能与农药用药等多种因素有关,但关于与农业发展的具体关系还需要进一步研究追溯。基于对中国东部沿海港口海岸沉积物的TBT和TPh T残留水平进行生态风险评价,按照荷兰国家海岸与海洋管理研究所(Netherlands National Institute for Coastal and Marine Management,RIKZ)提出的《沿海海洋沉积物质量指南》中的给出的最大限值,中国东部沿海的渤海湾港口群和东南沿海港口群可能存在一定的生态风险。基于食用海产品对人体暴露OTCs的健康风险评价则表明,中国东部沿海港口附近海域部分海洋生物对人体健康可能存在潜在风险,主要集中在东南沿海港口群附近海域。对海洋生物类型来说,软体动物的风险要高于甲壳类和鱼类;对于不同人群来说,食用海产品对儿童的风险最大,其次是青少年和成人。海洋生物中TPh T的残留水平最高,其对人体风险的贡献高达66%,但是残留水平较低的TBT由于毒性影响对人体风险的贡献也达到了仅次于TPh T,达到了14%。因此,今后还是有必要对我国东部沿海及附近海域的BTs和Ph Ts污染都需要进行持续监测,尤其是东南沿海港口群,并采取一定措施保护海洋生态系统和人体健康。

摘要： 此书稿系一本海洋怪奇生物图文书，主要以海洋生物作为蓝本，收集有200幅原创海洋精怪生物图像，辅以相应的海洋精怪传说及所对应生物的科普知识。本书稿集合民间信仰、民间故事传统及相应的科学考证于一体，是一本不可多得的奇异文本。整部书稿从结构上全书拟照《本草纲目》的类目形式共分为异幻部、鳞甲部、海虫部、海藻部等五个门类，将海洋生物的奇幻传说以分类的方式归结出来。作者是致力于海洋怪奇生物研究的作家、画者，将多年搜集的资料整理成册，填补了相应领域的研究空白。

关键词： 图像增强   Retinex   目标检测识别   YOLOv5s   轻量化   注意力机制  

摘要： 我国是一个海洋占地大国,占地面积高达300万平方米,拥有着及其丰富的海洋资源。随着我国人口的不断增长,陆地资源已经不足以满足人们的日常生产和生活需求,因此越来越多的人将目光转移到海洋资源上。近年来,海洋目标检测技术已经广泛应用于海产品捕捞、海洋生态系统健康评估和海洋生物多样性检测等领域。与传统图像检测相比,海洋目标检测相对困难,因为自然光在水下传播的过程中会被水中的悬浮微粒散射和被水吸收,导致人类所获取的水下图像清晰度较低。另外,光在水下的散射往往会模糊水下图像的细节,而光被水吸收通常会导致水下图像颜色的扭曲,导致相机摄取到的水下图像存在严重的蓝绿色色偏、对比度降低等问题。而水下图像是海洋生物目标检测的基础,以上问题的存在使得海洋生物目标检测面临着重大挑战。此外,现有的检测方法精度较好,但网络模型尺寸较大,计算速度较慢,难以满足对海洋生物实时检测的需求。针对以上问题,本文将水下图像处理算法作为海洋生物目标检测网络的预处理部分并对海洋生物目标检测网络进行优化改进,设计了一种基于深度学习的海洋生物目标检测系统,该系统分为网络预处理部分和海洋生物目标检测部分。在网络预处理部分中,设计了一种基于多尺度Retinex的水下图像增强算法,该方法通过转换水下图像的颜色空间,然后利用双边滤波作为多尺度Retinex算法的环绕函数估计V分量,获得反射V分量,最后利用CLAHE对反射V分量、初始H分量和初始S分量分别进行对比度增强后合并转换至RGB颜色空间得到最终增强后的水下图像。选取五个图像质量评价指标,从主客观两个方面对增强效果进行对比分析,验证了本文算法的有效性,为后续海洋生物目标检测提供优质的海洋生物图像数据集。在海洋生物目标检测部分中,基于YOLOv5s网络框架,Shufflenet轻量级网络以及嵌入CBAM注意力模块设计出一种基于注意力机制的轻量化网络(S＿CYOLOv5s),随机选取5350张海洋生物图像作为训练集对不同网络进行训练,从平均精度均值、精确率、召回率、参数量和推理时间五个方面对比分析,经过600次训练后,S＿CYOLOv5s网络的平均精度均值在交并比为0.95时达到了79.99%,相比原始YOLOv5s网络略有下降,约0.83%,但是模型大小减小了14.45MB,约53.9%。该网络不仅能大幅度降低模型的大小,还能保证较高的识别精度,实现了精度和速度的平衡。

关键词： 多环芳烃   海洋生物   污染特征   源解析   健康风险评估  

摘要： 多环芳烃(PAHs)是一种广泛存在于自然界中的持久性有机污染物(POPs)。大量研究表明,大多数PAHs具有致畸性、致癌性和致突变性等毒理学危害。PAHs具有生物富集性,易在生物体中不断积累,通过食物链传递并逐级放大,进而在人体内蓄积,最终对人体健康造成危害。环境中的多环芳烃(PAHs)因其普遍性、环境持久性、远距离迁移、毒性以及对人类健康和环境的潜在不利影响而受到全球关注。浙江省作为我国东部沿海的发达城市,水产品的捕捞产量巨大,水产品在居民日常膳食中具有很大的消费比重,其食用安全性也受到人们的广泛关注。本研究使用超声萃取/GS-MS法检测了浙江省近岸海域海洋生物体中16种PAHs的残留水平,分析了样品体内16种PAHs的组成特征,并且基于这些数据,对研究区域内海洋生物体中16种PAHs的来源进行解析,对浙江省近岸居民日常膳食健康风险水平进行评估。主要研究内容以下:1.2019年4月,在浙江省近岸海域使用拖网对海洋生物进行样品采集,采集到鱼类6种、虾类1种和蟹类1种,样品数量共计48个。采用超声萃取/GS-MS法检测样品,现得到如下结论:1)浙江沿岸海域中海洋生物多环芳烃浓度为29.73ng/g dw7.02ng/g dw,平均浓度为53.35ng/g dw。其中,最低值出现在斑鰶体内,最高值出现在宽体舌鳎体内。和国内外其他水域相比,浙江省近岸海域海洋生物体内PAHs的浓度水平属于轻等污染水平。2)总体来看,浙江省近岸海域海洋生物体内的PAHs以低环为主,中环为辅,高环含量最低,二环占比22.38±17.67%,三环占比72.45±16.96%,四环占比3.56±3.01%,五环占比1.59±2.78%,六环仅占比0.01±0.03%。研究得到的PAH组成及分布特征,与许多国家报道的鱼类中所得出的结论基本一致。3)PAHs含量受到物种自身的生理习性、食性以及所处的栖息地环境等多重因素共同影响。底栖鱼类体内PAHs残留水平高于中上层鱼类。肉食性鱼类对PAHs的积累高于植食性鱼类。2.利用比值法、主成分分析法和正定矩阵因子分解模型对浙江省近岸海域海洋生物体内PAHs的来源进行了解析。比值法结果判断出污染来源为主要为燃烧源,尤其是木材和煤炭燃烧。主成分分析法对污染来源进行了定性判断,并对来源贡献率进行了定量分析,结果表明浙江省近岸海域海洋生物体内PAHs主要受煤燃烧和海上交通运输排放。正定矩阵因子分解模型的结果也表明煤燃烧和交通排放污染是PAHs的主要来源。三种源解析方法结果综合得出,浙江省近岸海域海洋生物体中PAHs受浙江省近岸以及周边城市的化工厂和船舶交通作业排放影响,主要可能是燃烧来源。3.食用浙江省近岸海域海洋生物的PAHs日均暴露量为0.03.58ng/(kg·d),属于低暴露水平。浙江省近岸海域中海洋生物中PAHs产生致癌性健康风险的每日允许的最大摄入量为2.2631.28g/d;产生非致癌性健康风险的每日允许的最大摄入量为5.002.66g/d。根据USEPA健康风险模型得出浙江省近岸居民食用水产品引起的PAHs终生致癌风险值。浙江省近岸海域海洋生物的ILCR范围是4.32×10-7.54×10-5,均值为5.88×10-6,其中三疣梭子蟹的ILCR最小,真鲷的ILCR最高。除黄鲫和真鲷,本研究中其他样品的ILCR均低于ARL,表明食用浙江省近岸海域中海洋生物摄入PAHs的致癌风险较低,但是潜在的风险仍然需要谨慎对待。

摘要： 依据世界卫生组织统计数据显示，全球每年大约有23.6万人溺水死亡，当然，人类并不是唯一会被淹死的生物，狗、蛇、鸟和其他动物被困在水中无处可逃时也可能被淹死，但鱼类和其他海洋生物会淹死吗？生活在水中的生物是否会窒息死亡？海洋科学家弗朗西斯·威思罗说：“海洋生物也需要氧气才能生存，只是它们依靠溶解氧生存，而我们从空气中获取氧气。”当水从鱼鳃流过时，大多数鱼类都需要呼吸，但如果鱼鳃受损或者水无法穿过鱼鳃，鱼就会窒息而死。从技术上讲，它们不会溺水，

关键词： 儿童认知   增强现实   知识科普   海洋生物  

摘要： 儿童的互动科普是指运用数字软件、交互技术等现代科技手段,对儿童开展科普教育的活动。本研究旨在通过调研用户需求和相关产品现状,分析当前儿童科普教育产品中存在的问题,提出基于儿童认知的创新解决方案,进而通过对互动科普产品的研发,实现促进儿童更好地学习成长的目的。本论文在国内外学者关于儿童认知研究成果的基础上,评析其特点及对本研究的可借鉴之处,并把研究重点聚焦于儿童认知理论和互动交互技术的结合,根据儿童科普认知需求,对交互技术应用于儿童科普进行了探索,总结出适合于儿童认知发展特点的AR互动科普方式,也为未来交互技术更多地运用于儿童认知教育提供新的可能性。笔者通过问卷调查及教育互动活动,在对部分设有科普内容的博物馆进行实地调研的基础上,收集并整理了关于儿童科普及认知需求的信息,为本研究的有效性奠定基础。在研究过程中,本文采用比较研究法、问卷调查法及定量、定性研究法展开研究,探究互动科技对儿童认知的影响。笔者认为,儿童使用AR互动产品,可较快地促进其认知的提升,消除认知过程中存在的问题,因此本研究根据儿童认知的行为特征,以海洋生物知识科普为主题,提出符合儿童认知规律的AR互动科普方案,并设计出适合儿童互动科普的应用范例。本论文分为六个章节,各章内容如下:第一章,绪论,介绍相关领域的研究现状以及本论文架构;第二章,根据儿童认知理论将交互设计应用于儿童科普的可行性;第三章,对儿童科普教育中的交互设计展开调研;第四章,对儿童科普产品中的互动需求与设计原则进行研究;第五章,介绍儿童互动科普产品设计实践;第六章,研究总结与展望。

关键词： 冷泉及海山   内生真菌   基因组及转录组   次级代谢产物   生物活性  

摘要： 天然产物是药物先导化合物的重要来源,许多天然产物被研发、批准成为药物。据1981-2019年的统计数据表明约有65%的FDA批准上市的药物与天然产物相关。然而在经历了天然产物发现的黄金时期后,新天然产物的发现几率开始下降,重复发现率升高。为应对这些问题,本论文通过从深海极端环境中获取微生物资源,结合基因组及转录组等组学分析,深入挖掘菌株次级代谢潜力,获得了结构新颖且活性显著的天然产物。 本论文从南海冷泉及麦哲伦海山采集到的动物样品中分离得到内生真菌,并对其通过不同培养基进行筛选,采用高效液相色谱(HPLC)和薄层色谱(TLC)为检测、评估手段,最终选定菌株Curvularia verruculosa CS-129及Penicillium steckii AS-324为目标菌株,对其进行规模发酵。采用大米固体培养基静置发酵,后经乙酸乙酯处理得到粗提物,并对其粗提物进行分离纯化最终得到单体化合物。 从南海冷泉动物来源内生真菌*** CS-129中共分离鉴定了20个单体化合物,其中8个为新化合物(CV1-CV8),2个为新天然产物(CV9-CV10),出新率约为50%,通过核磁共振、高分辨质谱、NOESY谱图、DP4+分析、ECD计算以及X射线单晶衍射等实验确定了新化合物的绝对构型。所分离获得的20个单体化合物中19个为细胞松弛素类化合物,1个为弯孢菌素类化合物。对所得化合物进行了抗肿瘤活性、血管紧张素转换酶抑制活性以及抗菌活性测试,发现化合物CV1具有较强的血管紧张素转化酶抑制活性,化合物CV6、CV13和CV16具有显著的细胞毒活性,大多数细胞松弛素类化合物对人类及水产病害细菌表现出较强的抑制活性。 从麦哲伦海山动物来源内生真菌*** AS-324中分离得到34个单体化合物,均为聚酮类化合物,其中24个为新化合物(PS1-PS23和PS33),通过核磁共振、高分辨质谱、NOESY谱图、ECD计算以及X射线单晶衍射等实验确定了新化合物的结构。主要结构类型为tanzawaic acid类化合物及其衍生物,另外包括一个新的和一个已知的烯内酰胺类化合物。对所有化合物进行了抗肿瘤活性、神经氨酸酶抑制活性、抗菌活性及抗氧化活性测试,结果表明化合物PS1、PS9、PS18、PS26、PS29对水产病害细菌具有较强的抑制活性。 利用生物信息学的手段,结合基因组及转录组分析,对海藻来源真菌鲜红青霉*** EN-480次级代谢产物进行了深入挖掘。实验室前期研究发现该菌株使用大米固体培养基进行培养时可产生一系列结构新颖的混源萜类化合物,且具有较强的抗菌活性。通过对菌株基因组测序及数据库比对发现,其具有合成萜类、聚酮类、混源萜类、多肽类等多种次级代谢产物的潜力。为了进一步激发其代谢潜力,促进沉默基因的表达,采用一菌多产物(OSMAC)策略,通过对不同培养基及发酵方式的筛选,转录组分析,最终确定其规模发酵方式。对改进的大米培养基及MH2培养基的发酵产物进行选择性的分离,从中分离得到8个新化合物(PCR1-PCR5以及PCM1-PCM3),其中4个为结构新颖的混源萜类化合物(PCR1-PCR4),1个为骨架类型新颖的甾体类化合物(PCR5),3个为法尼基酯化成环形成的特殊结构类型的倍半萜类化合物(PCM1-PCM3)。对新化合物进行了抗菌活性测试,所有化合物均表现出较强的抗人类及水产病害细菌、抗植物病害真菌活性。 本论文通过获取深海极端环境中不同动物来源内生真菌资源,结合多种组学手段及生物信息学分析,对海洋真菌次级代谢产物进行深入挖掘,从南海冷泉潜铠虾来源内生真菌*** CS-129、麦哲伦海山珊瑚来源内生真菌*** AS-324和海藻来源内生真菌*** EN-480中共分离鉴定62个次级代谢产物,其中40个新化合物,2个新天然产物,提高了菌株次级代谢产物的出新率以及新天然产物的发现效率,活性筛选表明若干结构新颖的化合物具有显著的生物活性,为海洋真菌次级代谢产物的研究及应用提供了科学依据。

摘要： Q:What is the difference between dogs and marine biologists?A:One wags a tail, and the other tags a whale.

关键词： 粘附性水凝胶   紫外光交联   皮肤损伤   甲基丙烯酰化多巴胺  

摘要： 皮肤损伤是机体受到外界冲击造成的最常见的疾病之一,随着生物材料科学的不断发展,传统创口敷料例如纱布、绷带等逐渐暴露出诸多弊端,现有研究表明,为创口环境提供一种微氧的、湿润的、无菌的环境,更加有利于创面的愈合,但显然传统干性敷料在伤口处无法有效提供微氧、湿润条件,并且随着组织渗出液的增多,传统敷料吸收量有限,同时易发生敷料与组织粘连的情况,增加二次创伤开裂的风险,阻碍创伤愈合进程,至此,开发出一种工序简单,不粘连组织,能够提供最佳愈合环境的创口敷料被迫切需要。水凝胶作为一种柔性材料广泛的应用于各个领域,具有柔韧性好,抗性强,伸展性优良等特点,许多研究学者也在探索水凝胶的医学应用,但由于机体创伤环境复杂,水凝胶作为伤口敷料时通常由于机械性能差,粘性不足,无菌化困难,制备工艺繁琐,阻碍了新型敷料的开发,本文受到海洋生物贻贝的启发,开发了一种粘性好,机械强度好,伸展性优良的水凝胶,并负载药物探索了作为水凝胶类敷料对创面修复的影响,以期为水凝胶在医学领域应用和开发新型创伤敷料提供新思路,主要研究内容如下:(1)基于海洋生物贻贝的粘附机理,将具有邻苯二酚基团的多巴胺分子以及明胶分子引入双键结构,使其具有紫外光交联的能力,后进一步制备了具有共价交联能力的N-羟基琥珀酰亚胺酯结构,综合红外、核磁、质谱图谱分析,均已制备成功。(2)采用紫外光交联方法,将制备好的单体分子引入丙烯酸长链中,制备了PAAc/Gel-MA、DMA-(PAAc/Gel-MA)、NAS-DMA-(PAAc/Gel-MA)水凝胶,相比于采用热聚合方法,紫外光交联凝胶化时间更快,最快6.9分钟即可凝胶化,另外引发剂用量更少,不需额外添加交联剂,极大的降低了生物毒性。随着天然分子明胶链的引入,形成了半互穿的水凝胶网状结构,使得制备得凝胶生物相容性更好,网状结构更加紧密,在引入NAS分子后,水凝胶与组织之间既存在氢键相互作用力,又存在共价相互作用力,水凝胶得粘附力大大增强,结果表明,具有NAS分子链得水凝胶剪切粘附强度达到13.09KPa,但断裂伸长率(254.6%)要比仅含DMA分子链的要低(324.2%),可能是由于分子内部网状结构更为紧密,从而导致断裂伸长率降低,并且在拉伸强度上,含有NAS分子的水凝胶表现出更高的性能,达到0.524Mpa。除此之外,为了进一步验证粘附性能,选取了有机材料、无机材料、生物材料进行粘附测试,结果显示在引入DMA分子以及NAS分子后均显示出优良的粘附性能。(3)最后本课题通过血液相容性试验、体外细胞实验对各组水凝胶进行了生物安全性评估,结果表明各组水凝胶未发生溶血现象,溶血率均低于5%,满足医用材料标准,在体外细胞实验中,由于邻苯二酚基团的引入,大大降低了细胞毒性,并改善了细胞增殖的环境,DMA-(PAAc/Gel-MA)水凝胶细胞活度最高可达219.63%,在确认凝胶材料无毒,生物安全性优良后,将模型药物载入凝胶内,进行了药物体外释放行为评估,结果显示,水凝胶具有一定的缓释效果,在第3天时,最终累积释放度为83%,以时间对累积释放量绘制释放曲线并对其进行方程拟合,发现符合多种释放行为,是一个以一级动力学为主,并存溶蚀和缓释行为的复杂过程,进一步证明了该类水凝胶在负载药物后,有一定的缓释效果。综上所述,本文通过紫外光交联制备了一种氢键作用力与共价相互作用共存的粘附性水凝胶,具有机械性能优良,柔韧性好,粘附力强,生物安全性高等特点,为水凝胶在皮肤创伤修复领域的应用提供了一种新的思路和新的敷料开发方法。