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  10月8日,国际学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)在线发表了中国科学院生物化学与细胞生物学研究所陈洛南研究组与苏州大学副教授马欢飞、东京大学教授KazuyukiAihara、复旦大学教授林伟合作的题为RandomlyDistributedEmbeddingMakingShort-termHigh-dimensionalDataPredictable(《高维短序列数据预测的随机嵌入分布方法》)的最新研究成果。该成果提出了基于非线性动力学的全新随机嵌入理论和方法(随机嵌入分布方法RDE:RandomlyDistributedEmbedding),通过低维嵌入映射获得目标变量预测值的分布,最终使得高维短序列时间序列数据的预测成为可能。即建立了由短时间观测的高维数据,预测目标变量动态行为的全新理论和方法。  在时间序列分析中,一般认为在获得低维系统的大量时间样本(时间序列数据)后,系统的重构或者预测是可行的,而短的时间样本数据一般不可预测。但是在大数据时代,人们往往获得大量的变量和有限的时间样本(如影像数据或组学数据),一方面高维变量使得系统的拟合所需要的参数快速增长带来维度灾难,另一方面较短的时间样本往往不能获得完整的系统动力学行为或统计规律,这就对数据分析方法提出了新的挑战。  基于这个问题,研究人员建立全新随机嵌入理论(RDE)和短时间数据预测方法,使用低维嵌入映射来构造弱预测器,在大量弱预测器的基础上构造强预测器,从而避免了维度灾难,并由高维系统中不同变量间的交互作用构建目标变量的动态信息,弥补了短时间样本的信息不足。研究人员从理论上给出了该框架的可行性分析,并通过基因表达数据、空气污染、疾病数据与气象数据等实际数据的预测进一步验证了该方法的可行性和优越性。特别是,随机嵌入分布方法转换高维数据为目标变量(低维)的动态信息,实现短序列数据的预测,同时RDE可看作是由高维小样本构建目标变量的大样本数据方法(见图1)。  即使学习数据只是吸引子的一部分样本(黑色),但RDE可预测那些没有学习过的动态行为(红色),见图2。  该工作对于大数据的分析,特别是高维短序列的时间序列数据分析提供了全新的概念和理论,不仅可用于时间序列的预测,也可应用于人工智能及脑科学中的大样本数据构建和全新学习建立等。  该研究得到中科院B类先导专项、国家重点研发计划和国家自然科学基金的经费支持。图1随机嵌入分布方法转换高维数据为目标变量(低维)的动态信息,实现短序列数据的预测,同时RDE可看作是由高维小样本构建目标变量的大样本数据方法图2即使学习数据只是吸引子的一部分样本(黑色),但RDE可预测那些没有学习过的动态行为(红色)

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      由蚌埠玻璃设计研究院有限公司承担的安徽省科技重大专项“硅质原料深度提纯及综合利用技术开发”项目顺利通过验收,该项目的顺利验收标志着安徽省在硅质原料分级利用、微粉制备、深度提纯、污染控制等方面取得新突破,为TFT-LCD玻璃基板用石英粉的国产化提供了重要技术支撑。      硅质原料深度提纯及综合利用技术是玻璃工业上游领域,是支撑新型显示、半导体、太阳能光伏、大规模集成电路及电工电子封装等硅基产业链发展的重要物质基础。针对安徽省玻璃产业发展需要,2015年省科技重大专项在高性能硅基材料领域组织专项攻关,针对光伏玻璃、硅基建筑节能材料、电子级多晶硅、玻璃纤维等方面的共性技术难题,组织实施了一批省科技重大专项项目。      蚌埠玻璃设计研究院有限公司依托浮法玻璃新技术国家重点实验室和硅基材料安徽省实验室,立足省内及周边丰富的石英资源,着眼硅基材料产业创新发展、绿色发展需要,承担了相关研究工作,省市财政共支持400万元。一是开发出“选矿提纯+控制磨矿+二次精确分级”及污染控制技术;二是研究了高纯石英原矿石的分级利用规律,开发出“煅烧水淬+粉碎+高梯度强磁+水力分级+阴、阳离子浮选+酸浸+高温氯化+深度清洗”工艺;三是研发了“选矿提纯+一次硅微粉制备+二次硅微粉制备+火焰熔融法”组合工艺及全氧燃烧悬浮球化装备;四是探究了石英矿物表面薄膜铁、裂隙浸染铁、含铁铝硅酸盐等与酸热化学反应机理,开发了一种连续的热化学选矿工艺及高温均化反应装备,解决了深度除铁难题,实现低档石英资源在低铁(超白)玻璃等行业的高端应用。上述技术均达到国际同类产品主要技术指标,达到国内领先、国际先进水平,并实现了产业化,部分技术填补了国内空白。      项目建成了高纯超细球形硅微粉中试线和TFT-LCD玻璃基板用石英粉中试线,为安徽省千亿元硅基新材料产业集聚发展基地原料建设提供了技术支撑,三年内可增加销售收入2亿元,新增利税2000万元。(来源:科技部门户网站)

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  积雪作为干旱区河川径流的重要补给源,在全球升温背景下,其时空变化对干旱区水资源的构成具有重要的影响。目前,积雪研究主要依靠站点数据、可见光数据和微波遥感数据且主要集中在对历史数据的分析上,对未来积雪变化的研究相对较少。随着全球气候模式和区域气候模式时空分辨率的不断提高,气候模式预估积雪变化成为研究热点。  中国科学院新疆生态与地理研究所陶辉副研究员、特聘研究员苏布达与国家气候中心和南京信息工程大学等单位合作,采用影响评估模型国际比较计划(ISI-MIP)的高分辨率全球气候模式,开展了全球升温1.5℃和2.0℃情景下中亚地区积雪深度时空变化研究。该成果对中亚干旱区水资源优化配置与绿洲可持续发展具有重要参考价值。  研究结果表明:四个全球气候模式对中亚地区积雪的年内、年际变化、概率分布及空间分布特征具有较强的模拟能力;全球升温1.5℃(2020-2039年)和2.0℃(2040-2059年)情景下,中亚地区冬季(1-3月)积雪深度变化的空间分布特征较为一致:中亚中西部地区积雪深度呈现减少态势;哈萨克斯坦东北地区及帕米尔高原地区积雪深度呈现增加态势;不同升温情景下降水和气温的联合概率密度分布表明:未来中亚地区冬季暖湿化趋势比较明显。鉴于哈萨克斯坦东北地区及帕米尔高原地区冬季平均气温远低于0℃,未来升温1.5℃和2.0℃,尚不足以导致该地区未来积雪深度减少,降水的增加是该地区未来积雪深度增加的一个重要原因。  研究成果以Impactsof1.5°Cand2°CglobalwarmingonwintersnowdepthinCentralAsia为题发表于ScienceoftheTotalEnvironment杂志。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.10.126论文框架图全球升温1.5℃(a-d)和2℃(e-h)情景下中亚冬季(1-3月)积雪空间变化

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  动态代谢组学是揭示胞内代谢调控机制与发现代谢瓶颈的重要方法,代谢组样品制备方法会直接影响代谢组数据的真实性,但目前在许多重要的工业菌株中尚无可靠的标准化样品制备方法。  近日,中科院天津工业生物技术研究所孙际宾研究员带领的系统生物学中心研究团队和郑平研究员带领的系统与合成生物技术研究团队,针对黑曲霉这一重要的工业菌株,优化建立了基于液质联用的胞内代谢组样品制备方法:采用快速抽滤与液氮速冻相结合的淬灭方法可大大减少细胞损伤保证胞内代谢物的回收率,利用-20°C酸性50%乙腈结合100°C75%乙醇提取胞内代谢物可获得完整无偏好性的胞内代谢物。利用该代谢组样品制备方法,本研究系统解析了黑曲霉柠檬酸发酵过程中的动态胞内代谢谱变化,发现丙酮酸、草酰乙酸与苹果酸等前体的充足供给是柠檬酸快速积累的关键。本研究建立的胞内代谢组样品制备方法为黑曲霉代谢组研究提供了标准化的技术流程,为黑曲霉的系统代谢工程研究奠定坚实基础。  本研究得到国家自然科学基金(31700085与31370113)、中国科学院国际人才计划CASPIFI(2018VBA0013与2018PB0036)和天津市科技计划项目(15PTCYSY00020)的支持,相关研究成果已经在期刊BiotechnologyJournal发表。中科院天津工业生物技术研究所的助理研究员郑小梅博士为论文第一作者。黑曲霉柠檬酸发酵过程的动态胞内代谢物谱  

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  海洋资源开采与运输日趋频繁,由此带来的海洋事故与海洋污染也越来越严重,如海洋溢油事件,给环境和经济带来巨大的损失。日趋频繁的海洋运输、油气开采活动,也使得海洋石油泄漏等突发事件发生频率越来越高。近些年,石油泄漏事件给海洋生态带来巨大危害。“埃克森·瓦尔迪兹号”油轮泄漏、美国墨西哥湾原油泄漏等事故,导致的损失高达数百亿美元;大连新港油罐区原油泄漏、蓬莱油田溢油事故对海洋生态环境造成严重的污染损害,损失达数十亿人民币。  溢油事件发生后,对溢油的快速处置是降低灾害的重要途径;而利用吸附材料对溢油进行吸附、回收与再利用,是溢油处置的有效方法。由于溢油容易扩散、挥发,且在海浪作用下容易乳化,因此,用于溢油处置的吸附材料必须具备吸油速率快、吸油率高、吸水率低、对薄油层吸附能力强等特征。  近年来兴起的仿生技术为溢油处置吸附材料的发展提供了新思路。自然界中如鸭子、鹅等的羽毛遇水而不粘水但很容易粘油,因为这些动物羽毛表面具有微结构及低表面能分子膜。基于此,通过表面微纳结构的设计和低表面处理,可有效提高吸油材料吸油、憎水性,同时由于表面微纳结构导致的毛细作用力,使得其对薄油层的吸附能力大大增强。  然而,构造微纳结构与低表面能,通常需要较高的成本,微纳结构的强度相对较低,且低成本大面积生产相对困难。为解决这些问题,实现高效、快速的溢油应急处理,中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋环境材料团队研制了系列亲油疏水材料,并基于这些材料开发新型智能溢油应急装置。通过对材料的孔径控制、结构设计及表面能调控(ChemicalCommunications,2013,49:2424-2426;ACSAppliedMaterials&Interfaces,2014,6:1053-1060;RSCAdvances,2015,5:27242-27248),研制了系列亲油疏水金属和高分子材料(ACSAppliedMaterials&Interfaces,2015,7:26184-26194;PolymerChemistry,2014,5:5942-5948;JournalofColloidandInterfaceScience,2018,526:106-113;专利CN201310703409.5、CN201510392570.4),分别实现对水上原油、重油、轻油、柴油汽油、有机化学液体及水下有机化学液体等的高效吸附与回收;针对分散在水中的乳化油,研制了疏油亲水乳化油分离材料(GreenChemistry,2015,17:3093-3101、专利CN201410778473.4)。此外,为适应苛刻的海洋环境,研制了高耐蚀涂层(RSCAdvances,2016,6:40641-40649)。  目前,相关技术及生产线已经转移给上海仪耐新材料科技有限公司,公司在上海奉贤、山东东营建立了两个生产基地,形成日产60000平方米生产规模,其中单条生产线的生产效率最高达200平方米/小时。基于该技术开发了超疏水吸油毡材料、超疏水三维织物材料、超疏水网材料、高性能围油栏材料、水下有机物吸附材料等系列产品。产品在胜利油田、中石化、中石油、中船重工等相关企业进行储备与广泛应用。2016年相关产品的销售规模达到1500多万元,2017年相关产品销量达到2500万元以上。  基于研制的吸油网和吸油多孔材料,海洋环境材料团队正在联合上海北斗产业园区相关企业开发5万平方米的智能海洋溢油应急装备系统。该智能溢油应急系统能够利用北斗导航系统和无人机,通过溢油海域图像处理系统检测溢油事件。当发现溢油时,系统会选择相应溢油回收装置,并自动指挥无人船及溢油回收装置前往溢油事故地点,进行海域溢油事故的处理。由于亲油疏水材料的超疏水特性,其在水面中拖行时具有极低的阻力,因此该系统采用两艘无人船将吸附材料高速拖行至溢油事故地点。吸附材料内置仿生吸油管道、网状结构体、管道泵、两级提纯系统、在线油含量检测系统。材料吸附油渍后,通过管道泵,逐级进入提纯储油囊,利用储油囊中的超疏油-超亲水材料,对油进行逐级分离与提纯,最后运至储油船,吸附材料外层采用网状柔性纤维结构,防止波浪打散或损坏材料,在线监测装置对吸油后的海水进行在线检查,检查海域水质是否达标,如果海域水质不达标,系统将再次进行清理。该研究成果有望在溢油事件发生时实现溢油的快速、高效处理与回收。图1亲油疏水金属网结构与性能图2亲油疏水及亲水疏油多孔海绵结构与性能图3东营生产基地及成品材料图4智能海洋溢油应急装备系统示意图

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  近日,中国科学院合肥物质科学研究院核能安全技术研究所研究团队基于强流氘氚中子源科学装置HINEG,与合肥研究院技术生物与农业工程研究所合作开展了高能中子辐射损伤效应实验,研究发现了高能中子对线虫的超敏感性剂量范围,相关结果发表在医学期刊InternationalJournalofMolecularMedicine上。  线虫体内有人类60%~80%的同源基因,利用线虫开展中子辐照损伤效应实验对中子辐射防护研究具有重要意义。由于缺少单色高能高流强的中子源,迄今国际上对高能中子的辐射损伤研究还很少见。  本次实验基于核能安全所研究团队牵头研发的强流氘氚中子源科学装置HINEG,它能够产生直流稳态的单能或混合谱中子,中子流强达6.4×1012n/s,处于同类装置在运国际第一水平。实验发现,在个体层面上,高能中子辐射对生物的寿命、后代都表现出清晰的剂量正相关,在特定的低剂量范围(~2Gy)内高能中子还表现出超敏感性;在细胞层面上,高能中子可以引发HO-1(血红素氧化酶-1)介导的应激保护机制,通常情况下该机制会在人体受到自由基、紫外线照射等不良情况下激活,这提示了高能中子辐射防护的新方向。  此项研究不仅为高能中子低剂量辐射防护提供了科学依据,还为肿瘤放射治疗的临床剂量设置和新型抗辐射药物的研发提供了指导。研究团队表示,作为先进核能系统研发及核技术交叉应用研究的重要实验平台,HINEG面向海内外研究者开放合作实验。高能中子辐射诱导线虫寿命与高能中子辐射损伤通路

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