摘要：定量工程生物学是合成生物学、定量生物学和系统生物学交叉互补,并融合数学、物理、信息与工程等多个学科思路和方法而形成的一个新兴领域.它旨在揭示天然和人工生物系统分别及共同遵循的内在规律,并在此基础上理性设计和构建人工生物系统,从而解答生命科学前沿问题,通过干预和改造,应对人类社会面临的重大挑战.这里所谓的理性设计,是指在可预测的规律或模型指导下,有计划地创造、执行、构建研究对象[1].正如有了流体力学的指导,人们才得以预测飞机机翼产生举力的条件,并制造出飞机;这种“可预测性设计构建”是定量工程生物学的内核.

摘要：基于《义务教育课程方案(2022年版)》实施要求,学校以跨学科课程的构建与实施研究为突破口,依照“人与自我、人与自然、人与社会”的内在逻辑关系,确定一到六年级的十二个学习主题,进行跨学科年级主题课程的实践。学生在跨学科课程的学习中,经历“感受情境-选题分组-设计与实施-改进与展示”的学习历程;教师在跨学科教学中,探索出基于跨学科学习特征的教师组织形式,激励教师在“做中反思”,在更新课程观基础上,优化国家课程的校本实施。

摘要：A central goal of synthetic biology is to apply successful principles that have been developed in electronic and chemical engineering to construct basic biological functional modules, and through rational design, to build synthetic biological systems with predetermined functions. Here, we apply the reverse engineering design principle of biological networks to synthesize a gene circuit that executes semi-log dose-response, a logarithmically linear sensing function, in Escherichia coil cells. We first mathematically define the object function semi-log dose-response, and then search for tri-node network topologies that can most robustly execute the object function. The simplest topology, transcriptional coherent feed-forward loop （TCFL）, among the searching results is mathematically analyzed; we find that, in TCFL topology, the semi-log dose-response function arises from the additive effect of logarithmical linearity intervals of Hill functions. TCFL is then genetically implemented in E. coil as a logarithmically linear sensing biosensor for heavy metal ions [mercury （II）]. Functional characterization shows that this rationally designed biosensor circuit works as expected. Through this study we demonstrated the potential application of biological network reverse engineering to broaden the computational power of synthetic biology.

摘要：合成生物学研究常用基因开关来调控细胞的状态以实现相应功能。已有的基因开关往往需要持续的输入信号来维持特定的开关状态,开关功能的维持需要持续消耗能量,并且对扰动较为敏感。文中利用了位点特异性重组酶的倒位效应反转终止子,构建了一种转录层次的状态调控开关,使得脉冲信号即可触发开关状态改变,并在下一次信号来临前稳定维持当前状态。应用自下而上的工程化思想,文中先后对重组酶和终止子进行了单独表征和组合表征,探究了二者之间的相互影响,筛选出了相互兼容的组合,成功实现了细胞的单次、二次状态切换。最后,此开关成功地被用于构建生物七段译码器,显示出了其较好的应用潜力。

摘要：以地球同步轨道卫星群为研究对象,开展"多对多"在轨加注任务规划问题研究。首先建立了任务规划的数学模型,该任务规划属于多目标规划问题,求解过程中需要解决TSP问题。其次,给出了该规划问题的求解方法及流程,采用遗传算法进行求解并设计了相应的遗传算子。最后,选取了14颗地球同步轨道卫星作为目标星进行求解,并在小角度近似条件下对计算结果进行了分析,计算结果验证了算法的有效性。

摘要：提出一种新型多孔单细胞观测芯片的设计和实现方法,结合多孔板操作简单和微流控芯片单细胞观测的优势,为微流控芯片的推广利用提供新思路。在芯片中设计由小孔、特定高度的培养腔室和栅栏组成的并排对称单元,这三层高度结构把细胞限制在培养室单层固定生长。利用PDMS材料在等离子体处理后对液体的浸润性和对气体吸收的特性,在小孔加入菌液后细胞很快被自动吸入细胞培养室。只用10μL液体就可以完成长时间观测细菌所有单层形态变化过程以及高通量并行对比,实现不同大肠杆菌菌株在不同抗生素浓度下的并行对比分析。此芯片制作的方便性与能在单层细胞程度下实现高通量并行对比的优越性,使它在大肠杆菌的抗药性以及流式分选后期研究等方面应用前景十分广阔。

摘要：设计了一个试验来验证有关生物体如何适应涨落环境的新进化理论,即当环境变换频率和生物体多表型间跳转的内在频率相等的条件下,生物体的适应度最大的理论结果。在开始试验之前,需要对它的可行性进行理论评估。首先根据生物学试验过程建立一个两种生物体竞争的模型;然后考察环境变化频率、生长或死亡速率等参数对最短竞争时间的影响,找到了最优的竞争策略。在合理的参数条件下,模拟结果发现48小时的竞争时间能够把两个不同的物种区分开。

摘要：根据液压AGC系统的构成,同时考虑轧机辊系及背压回油管道的影响,并参考典型的液压元件的作用机理,建立了轧机液压AGC系统的数学模型。分析结果表明,所建立的模型有利于分析轧制过程中各种因素对最后轧制精度的影响,为系统的优化设计及系统的控制性能的研究提供了基础。

摘要：通过建立圆管状燃烧室内煤粉燃烧的数学模型,对燃烧室回流区的温度场数值模拟。结果表明,不同的喷嘴对燃烧有着重要影响,钝体喷嘴最适合本燃烧室的要求。数值模拟与实验结果能基本吻合,所建立的数学模型为燃烧室几何结构设计和燃烧过程操作中进行定量分析的有效手段。

摘要：高温颜色釉属于陶瓷制作中的装饰材料,主要的色彩组成部分为金属氧化物和天然矿石。在将此装饰材料应用于陶瓷艺术创作中时,能赋予陶瓷作品极强的美感和艺术感。通过对现代陶瓷作品创作中高温颜色釉的应用表现状况及其相关问题进行分析和研究,提高人们对此装饰材料的熟悉和了解程度。