纳米级超声造影剂的理论研究进展

为了克服超声造影剂中微米级气泡尺寸较大的局限性,大量研究人员对超声应用的替代造影剂(纳米级造影剂)进行了研究。随着生物纳米技术的飞速发展,纳米级超声造影剂在诊断与治疗领域有着广阔的发展前景。与超声造影剂中的微米级气泡相比,纳米级造影剂粒径较小,渗透能力极强,可以通过血管内皮间隙,进而可以实现血管外病变部位的显影。文中详细论述了超声造影剂在超声作用下的行为以及2种主要的纳米级造影剂:纳米气泡和纳米液滴造影剂,对其理论研究进展进行了总结,并提出了目前仍存在的一些问题及其未来的研究方向。     

Optimization of E. coli tip-sonication for high-yield cell-free extract using finite element modeling

Optimal tip sonication settings, namely tip position, input power, and pulse durations, are necessary for temperature sensitive procedures like preparation of viable cell extract. In this paper, the optimum tip immersion depth (20–30% height below the liquid surface) is estimated which ensures maximum mixing thereby enhancing thermal dissipation of local cavitation hotspots. A finite element (FE) heat transfer model is presented, validated experimentally with (R² > 97%) and used to observe the effect of temperature rise on cell extract performance of Escherichia coli BL21 DE3 star strain and estimate the temperature threshold. Relative yields in the top 10% are observed for solution temperatures maintained below 32°C; this reduces below 50% relative yield at temperatures above 47°C. A generalized workflow for direct simulation using the CONSOL code as well as master plots for estimation of sonication parameters (power input and pulse settings) is also presented.     

Experimental investigation of gas-liquid flow in a vertical venturi installed downstream of a horizontal blind tee flow conditioner and the flow regime transition

A venturi device is commonly used as an integral part of a multiphase flowmeter (MPFM) in real-time oil-gas production monitoring. Partial flow mixing is required by installing the venturi device vertically downstream of a blind tee pipework that conditions the incoming horizontal gas-liquid flow (for an accurate determination of individual phase fraction and flow rate). To study the flow-mixing effect of the blind tee, high-speed video flow visualization of gas-liquid flows has been performed at blind tee and venturi sections by using a purpose-built transparent test rig over a wide range of superficial liquid velocities (0.3–2.4 m/s) and gas volume fractions (10–95%). There is little ‘homogenization’ effect of the blind tee on the incoming intermittent horizontal flow regimes across the tested flow conditions, with the flow remaining intermittent but becoming more axis-symmetric and predictable in the venturi measurement section. A horizontal (blind tee) to vertical (venturi) flow-pattern transition map is proposed based on gas and liquid mass fluxes (weighted by the Baker parameters). Flow patterns can be identified from the mean and variance of a fast electrical capacitance holdup measured at the venturi throat.     

基于自回归谱外推的全聚焦成像分辨力提升

针对相邻缺陷全聚焦超声成像混叠问题，结合低阶、宽有效频带自回归谱外推方法，压缩超声波时域脉冲宽度，实现亚波长级全聚焦（Total focusing method，TFM）成像分辨力。建立碳钢试块模型，设置两个中心间距1.8 mm，直径1.3 mm圆孔，选用中心频率2.25 MHz，32阵元相控阵探头采集全矩阵数据。针对全矩阵数据，选择自回归阶数为2，信号频谱最大幅值下降14 dB为有效频带，建立自回归模型并外推有效频带外的高频与低频成分，随后对全矩阵数据进行延迟叠加处理和TFM成像。仿真结果表明，低阶、宽有效频带自回归谱外推处理方法具有较高的鲁棒性和准确性，TFM成像后可有效分离中心间距0.7λ（λ为超声波长）圆孔，保留缺陷横向位置信息的同时，定位误差不超过0.73%。对碳钢试块中相同位置及尺寸的圆孔进行试验验证，定位误差不超过1.06%，有效地提高TFM成像分辨力。     

超声波辅助插层-剥离法制备煤系高岭土微粉的研究

我国煤系高岭土储量丰富,为满足造纸、纺织等行业个性化的需求,通常要对其进行深加工。以山西朔州煤系高岭土为原料,分别在恒温磁力搅拌和超声波作用下探究了煤系高岭土/二甲基亚砜(DMSO)插层复合物制备的最佳条件,在插层复合物的基础上对煤系高岭土进行超声辅助剥离,制备得到高岭土微粉,并利用XRD、SEM、BET、TG-DSC等方法分析表征样品。正交实验结果表明在磁力搅拌条件下DMSO用量、插层时间以及插层温度均对插层率具有一定的影响,引入超声波有利于高岭土插层率的提升。插层复合物经超声辅助剥离后晶粒厚度明显减小,高岭土片层状结构大体上呈现碎片化,仅保留少部分大的片状结构,其边缘碎化,整体上也出现碎裂的趋势。剥离样品的比表面积和孔径均大幅度增加,为硬质高岭土的剥离和超微细粉体的制备提供了新的思路。     

超声波辅助酶法提取地瓜渣中不可溶性膳食纤维工艺研究

以地瓜渣为原料,在单因素的基础上,选取超声功率、酶解时间、超声温度、加酶量四个因素,以地瓜渣不溶性膳食纤维提取率为响应值,采用Box-Behnken响应面法优化超声波辅助酶法提取地瓜渣膳食纤维的工艺条件。结果表明:地瓜渣中不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF)提取的最佳工艺条件为:超声功率60 W,酶解时间50 min,超声温度50℃,加酶量0.6%,此时IDF提取率为68.98%,与模型的预期值69.05%基本相符,表明实测值与理论值之间拟合度良好。产品为淡黄色,地瓜渣不溶性膳食纤维持水力和持油力为0.897g/g和0.574g/g。     

小麦麸皮淀粉的提取及其结构分析

以小麦麸皮为原料，分别采用碱性蛋白酶法和超声波辅助碱性蛋白酶法提取麸皮淀粉，优化两种方法的提取条件，并对麸皮淀粉的颗粒结构及分子结构进行了初步测定分析。结果表明，碱性蛋白酶法最优提取条件为固液比1∶10（g∶mL），酶用量529.92 U/mL，酶作用时间50 min，反应温度45 ℃，pH 12，麸皮淀粉得率为30.40%，淀粉含量59.24%，小麦麸皮淀粉呈淡褐色粉末状。超声波辅助碱性蛋白酶法的最优条件：固液比为1∶15（g/mL），超声功率为200 W，超声时间为15 min，麸皮淀粉得率为21.06%，淀粉含量为90.64%，麸皮淀粉呈白色粉末。超声波辅助碱性蛋白酶法提取麸皮淀粉的纯度及提取率均优于碱性蛋白酶法。经测定分析小麦麸皮淀粉中支/直比为4.69，破损淀粉含量1.78%。淀粉麸皮颗粒呈椭球型，平均粒径为15.86 μm，具有径向结晶结构，为A型结晶。     

罗汉果茶色素提取方法比较及对棉织物染色研究

通过探讨提取时间、提取剂乙醇浓度、超声波功率、提取温度以及料液比对超声波法提取天然染料罗汉果茶色素的影响,得出在超声波提取条件下,提取时间为30 min、提取剂乙醇质量分数为40%、超声波功率为300 W、提取温度为60℃、料液比为1:15可以使罗汉果茶色素提取效果达到最佳。在此基础上,利用罗汉果茶染液对棉织物进行超声波染色,探讨染色温度、染色时间、浴比以及染色超声波功率对染色效果的影响,得出最佳染色工艺条件为:染色温度70℃、染色时间50 min、浴比1:60、超声波功率300 W。同时试验发现:使用硫酸铜作媒染剂进行预媒染,棉织物染色上染率有明显提高;使用罗汉果茶染液对棉织物进行染色,其耐水洗和耐摩擦色牢度均可达到国家服用标准。     

超声波解冻对羊肉品质的影响

以20 ℃静水解冻组为对照，在相同水温条件下，研究不同超声波功率（120、180、240、300 W）对解冻 后羊肉品质的影响。结果表明：与对照组相比，超声波解冻组解冻时间显著缩短，解冻后羊肉红度值（a*）和嫩度 显著提高，180 W超声波解冻处理组羊肉黄度值（b*）最高（P＜0.05）；随着超声波功率的增加，解冻后羊肉的 汁液损失率显著增大（P＜0.05），pH值和亮度值（L*）显著降低（P＜0.05）；随着超声波功率的增加，解冻后羊 肉菌落总数显著降低（P＜0.05），其中180、240 W超声波处理组显著低于120 W处理组（P＜0.05）。综合分析可 知，超声波解冻与静水解冻相比显著提高了羊肉的解冻速率和羊肉新鲜度，且对羊肉的脂肪酸组成和相对含量没有 显著影响，但超声波解冻后羊肉肉色偏暗，解冻汁液流失率偏高。240 W超声波解冻对羊肉品质的负面影响最小， 因此选择240 W作为羊肉最佳解冻功率。     

4种常见果蔬保鲜运输超声波加湿的生命周期模拟研究

通过生命周期评估显示:与传统供应链相比,超声波加湿可将部分水果和蔬菜的环境影响(包括气候变化影响)降低23%,当加湿器应用于果蔬供应链,且总固有损失>24%时,加湿器的加入能使损失减少20%以上,说明超声波加湿技术能使果蔬供应链管理更具可持续性。