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Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2023 Vol.24 No.10 P.841-936
Review
Changyi XU, Wenya LI, Xuhui LIU, Yong LI, Chao ZHANG
DOI: 10.1631/jzus.A2300104 Downloaded: 825 Clicked: 1384 Cited: 0 Commented: 0(p.841-858) <Full Text><PPT> 341
机构：1大连理工大学，控制科学与工程学院，中国大连，116024；2北京控制工程研究所，中国北京，100190；3浙江大学，机械工程学院流体动力与机电系统国家重点实验室，中国杭州，310058
概要：实现空间引力波探测、地球重力场高精度测量、参照系阻力效应测量等基础空间物理量的高精度测量，需要高性能卫星平台在接近"纯重力"的飞行环境中实现"无拖曳控制"。无拖曳控制的关键技术是微牛顿尺度下的变推力控制。推力噪声是实现无阻力飞行最重要的技术指标。因为推力噪声的形成机理和影响规律的物理因素，噪声抑制技术的发展受到限制。针对推力噪声的主要挑战，本文对微牛顿变推力控制技术和无拖曳卫星平台的推力噪声问题进行了系统的综述，并对今后的研究方向进行了讨论。该工作为实现下一代无阻卫星的低噪声变推力控制提供了详细的理解和支持。
关键词组：空间物理探测；卫星平台；无拖曳控制；微牛级变推力技术；推力噪声
Research Articles
Jinchi SUN, Xiongwei TIAN, Zhangqing LIU, Jie SUN, Menglian ZHENG
DOI: 10.1631/jzus.A2300087 Downloaded: 810 Clicked: 1135 Cited: 0 Commented: 0(p.859-874) <Full Text><PPT> 453
1浙江中医药大学生命科学学院，中国杭州市，310053
2浙江医院，浙江省老年医学重点实验室和浙江省老年医学研究所，中国杭州市，310030
3浙江工业大学生物工程学院，中国杭州市，310014
4浙江省肿瘤医院，浙江省核酸适体与临床诊治重点实验室，中国科学院基础医学与肿瘤研究所，中国杭州市，310022
5浙江大学医学院，中国杭州市，310058
6浙江科技学院生物与化学工程学院，中国杭州市，310023
摘要：新冠病毒感染疫情严重威胁着世界各国人民的生命健康。目前，对病毒感染的防治研究主要集中在抑制病毒与分子受体的结合上。AXL作为新发现的严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）受体，在协助病毒感染人体呼吸系统中发挥着重要作用，是未来临床干预的潜在靶点。本研究对已发表的单细胞测序数据进行整理和分析，发现AXL在年轻人肺细胞中的表达水平明显高于老年人。人胚肺二倍体成纤维细胞（2BS）是衰老研究的公认细胞株。本文采用2BS细胞构建复制性细胞衰老模型，发现年轻细胞中AXL的蛋白水平明显高于衰老细胞，据此推测年轻人感染的风险可能更高，需要注意防护。我们发现一种羊栖菜褐藻多糖硫酸酯组分（SFW-3）可显著下调年轻2BS细胞中AXL的表达水平，表明SFW-3具有一定的抗SARS-CoV-2感染的研究价值，同时表明2BS细胞株也可作为潜在的SARS-CoV-2体外感染模型。
关键词组：新冠病毒；褐藻多糖硫酸酯；酪氨酸蛋白激酶受体；血管紧张素转化酶2；年龄
Using pipette tips to readily generate spheroids comprising single or multiple cell types
Rong PAN, Xiaoyan YANG, Shiming WU, Yuanyuan XIE, Feng CHEN, Ke NING, Wei SUN, Ling YU
DOI: 10.1631/jzus.A22D0235 Downloaded: 926 Clicked: 1187 Cited: 0 Commented: 0(p.875-885) <Full Text><PPT> 388
机构：1西南大学，材料与能源学院，清洁能源与先进材料研究所，发光分析与分子传感教育部重点实验室，中国重庆，400715；2海南师范大学，化学化工学院，中国海口，571158
目的：三维细胞培养相较于常规的二维培养在模拟肿瘤微环境上具备很大的优势。本文旨在将移液器吸头（商品化且实验室通用的一种耗材）作为独特的细胞培养容器进行细胞培养，以实现高通量、简单、省时且经济高效的三维细胞球培养。
创新点：1.将移液器吸头作为细胞培养容器，其实验过程未涉及任何机械加工和化学处理，因此极大地简化了肿瘤球培养实验过程，为实验条件有限的实验室提供了三维细胞培养的替代方案；2.该培养平台集稳定、便捷、省时、低成本和高通量于一体；3.该平台在培养过程中可进行原位观测；4.除了用于细胞球的培养外，该培养方式还展示出在肿瘤球融合和药物筛选等方面的应用潜力。
方法：1.将细胞悬液吸到移液器吸头中，并将吸头置于吸头盒内，然后放入细胞培养箱里进行常规细胞培养。2.培养24 h后，在显微镜下观察细胞团聚形成三维细胞球；可直接推动移液器按钮进行细胞球的转移和后续分析。3.将两个或多个在吸头内形成的细胞球转移到同一个吸头，实现多个肿瘤球的配对和融合。4.待细胞成球后，在移液器吸头内加入药物，评价药物的细胞毒性。
结论：1.将移液器吸头作为三维细胞培养平台，通过简单地抽吸和培养，即可在短时间内高通量地获得细胞球。2.成功构建了两种肿瘤细胞（DU145）与血管内皮细胞（HUVEC）的共培养模型。3.两个或多个细胞球可通过配对和融合组装成更大的细胞聚集体，显示了该平台在微组织工程领域中的应用前景。4.成功在移液器吸头内完成了原位药物筛选；不同浓度的阿霉素会对移液器吸头中的细胞球造成不同程度的损伤。
关键词组：移液器吸头；三维细胞培养；肿瘤球；共培养；原位观测
Minlu WANG, Shuang LUO, Ba Tung PHAM, Tung-Chai LING
DOI: 10.1631/jzus.A2200571 Downloaded: 1177 Clicked: 1104 Cited: 0 Commented: 0(p.886-897) <Full Text><PPT> 378
机构：湖南大学，土木工程学院，中国长沙，410082
目的：本文旨在探究不同CO2搅拌剂量对于水泥浆体新拌及硬化性能的影响，通过延长搅拌时间来提升其性能，并通过热重分析、扫描电镜观察等微观分析探究CO2与新拌水泥浆体之间的反应机理。
创新点：1.采用定制的具有气密性的搅拌仪器；2.通过延长搅拌时间改善CO2搅拌水泥浆体的流动性和微观结构。
方法：1.通过流动性、凝结时间、水化热测试对水泥浆体的新拌性能进行表征；2.通过抗压强度、吸水性及吸水率测试对水泥浆体的硬化性能进行表征；3.通过热重分析、扫描电镜观察、背散射电子图像分析对样品的微观结构进行表征。
结论：1.随着CO2剂量的增加，水泥浆体的流动性急剧下降，甚至失去塑性，这主要与水泥熟料表面生成的水合物和碳酸盐所形成絮凝网络有关。2在施加1min的后续搅拌后，新拌水泥浆体的流动性可以提高53%~85%，这是因为絮凝结构被破坏，被束缚的自由水释放。3.CO2搅拌会造成抗压强度降低约10%~20%，这是由于新拌水泥浆体的流动性差，导致硬化基质中形成了更多的孔隙结构。4.在施加1min的后续搅拌后，其抗压强度提高18%~32%；与对照样品相比，早期强度提高3%~15%，这是由于沉积的CaCO3的水化促进作用和其更致密的微观结构。5.样品的28d抗压强度与吸水率之间存在较强的线性相关性，说明孔隙分布对CO2搅拌水泥浆体强度变化起着重要作用。
关键词组：CO搅拌；碳酸钙；水泥早期水化；流动性；微观结构
Haoliang WU, Heng SONG, Xinpo SUN, Yuzhang BI, Shenjing FU, Ning YANG
DOI: 10.1631/jzus.A2200531 Downloaded: 1002 Clicked: 1339 Cited: 0 Commented: 0(p.898-911) <Full Text><PPT> 377
机构：1中山大学，土木工程学院，广东省海洋土木工程重点实验室，中国广州，510275，中国；2南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海），中国珠海，519082；3四川轻化工大学，土木工程学院，中国自贡，643002；4东南大学，交通学院，中国南京，211189
目的：传统水泥材料普通硅酸盐水泥（OPC）处置总金属污染土面临高碳排及长期环境安全性的问题。本文旨在利用新型低碳探讨多尺度的形式获取新型绿色低碳固化剂石灰石煅烧粘土水泥（LC3）修复锌污染土的关键环境岩土工程参数，揭示LC3固化稳定化锌污染土的微观机理。
创新点：1.探明LC3固化多浓度梯度Zn污染土的物理化学特性、力学强度和环境安全性特征规律；2.揭示LC3固化土重金属固定及强度增长的关键机理。
方法：1.通过无侧限抗压强度（UCS）和渗透试验，获取LC3固化多浓度梯度Zn污染土的力学参数发展规律（图3）；2.通过毒性特征浸出试验（TCLP）和合成沉降浸出试验（SPLP），得到LC3固化剂符合毒性浸出安全指标的浓度（图6）；3.采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜-能谱仪（SEM-EDS）等微观测试技术，明确LC3固化Zn污染土的微观机理（图7和8）。
结论：1.证明了LC3替代OPC处理锌污染土壤的可行性；2.LC3和OPC固化污染土的UCS和渗透率k之间为负增长关系；3.LC3固化土壤中的锌离子及提高污染土强度的主要取决于水化产物的形成。
关键词组：石灰石煅烧粘土水泥（LC3）；固化/稳定化（S/S）；锌污染土；微观机理
Rui SU, Yue LV, Qian SU, Yanfei PEI
DOI: 10.1631/jzus.A2200550 Downloaded: 653 Clicked: 793 Cited: 0 Commented: 0(p.912-924) <Full Text><PPT> 397
1电子科技大学信息与通信工程学院，中国成都市，611731
2中国科学技术大学网络空间安全学院，中国合肥市，230026
3中国科学技术大学信息科学技术学院，中国合肥市，230026
摘要：本文提出一个新颖的RFPose-OT模型框架以实现从无线射频信号中估计三维人体姿态。与现有直接从射频信号中预测人体姿态方法不同，本文考虑射频信号与人体姿态之间的结构特征差异，提出基于最优传输理论在特征空间上将射频信号变换到人体姿态域，再根据变换后的特征预测人体姿态。为评估RFPose-OT模型，本文构建了一个无线电系统和一个多视角相机系统获取无线信号数据以及真实的人体姿态标签。在室内基本环境、室内遮挡环境以及室外环境中的实验结果表明，RFPose-OT模型能精确地估计三维人体姿态，优于现有方法。
关键词组：无线射频感知；人体姿态估计；最优传输；深度学习
Peihao ZHANG, Xingshuang LIN, Hao WANG, Jiawang CHEN, Zhenwei TIAN, Zixin WENG, Ziqiang REN, Peng ZHOU
DOI: 10.1631/jzus.A2200351 Downloaded: 1545 Clicked: 1449 Cited: 0 Commented: 0(p.925-936) <Full Text><PPT> 457
机构：1浙江大学，海洋学院，中国舟山，316021；2浙江大学，海南浙江大学研究院，中国三亚，572025；3海洋感知技术与装备教育部工程研究中心，中国舟山，316000
目的：海底地层钻探机器人作为一种新型的海底地层地质调查手段具有广阔的应用前景。本文旨在分析并设计一种新型的自推进式螺旋钻头，以减小机器人在地层中运动时的前端阻力。
创新点：1.通过理论建模分析，推导出新型自推进螺旋钻头的螺旋升角与土壤钻屑排出运动的关系；2.建立仿真模型，成功模拟钻头在海底土壤中的钻进过程，并通过其贯入力和扭矩分析其自推进效果；3.设计试验装置，成功模拟钻头在土壤中的钻进过程，并通过其贯入力和扭矩进一步验证其自推进效果。
方法：1.通过理论推导，构建螺旋叶片升角与土壤钻屑排出运动之间的关系，得到具有设计优势的新型自推进钻头。2.通过Abaqus有限元仿真软件，采用耦合欧拉-拉格朗日方法进行钻头钻进过程的仿真分析，可视化观察钻头钻进过程对周围土壤的扰动范围（图9）；对比自推进钻头与传统锥形钻头在相同转速下轴向贯入力上的差别，确定其自推进效果的优势（图10）。3.通过试验，进一步验证所设计的自推进钻头在配制的模拟海底土壤中的减阻钻进效果（图14）。
结论：1.自推进钻头钻进过程对周围土壤的影响范围小于传统锥形钻头；2.自推进钻头能够靠排出土屑提供推进力，因而有着更小的钻进阻力；3.自推进钻头的轴向推进力随着转速的增加而不断增大，所以较高转速有着更好的钻进减阻优势；4.自推进钻头的扭矩高于传统锥形钻头。
关键词组：海底地层调查；钻探机器人；自推进钻头；钻进阻力