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预测固体电解质界面的原子模拟软件
本技术提出了基于多尺度理论模拟结合深度机器学习的一整套解决方案,即利用先进多尺度模拟方法精准解析SEI原子结构,建立新一代SEI模型,阐明SEI结构和形成机制,完整构建SEI与电池性能之间的内在联系,定向设计符合不同商用条件的新型电解液配方,为开发新一代高能量密度电池提供可能。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、技术分析 随着智能手机、笔记本电脑等消费电子产品的快速发展,锂离子电池(Lithium Ion Battery, 简写为LIB)已经成为最成功的电化学储能设备之一,并从根本上影响并改变了人们的日常生活方式。随着制造工艺的逐步成熟,LIB的能量密度已经接近其理论极限。另一方面,可移动电子设备的快速普及和汽车电动化的蓬勃发展也不断要求开发具有更高能量密度的充电电池以满足实际使用的需求,而最先进的LIB依然无法完全满足上述需求。因此,寻找更高能量比的锂电池电极材料,加快下一代新型锂电池关键技术的相关研究,已成为制约锂电池技术产业发展进步的关键问题。锂金属电池的能量密度虽足以达到下一代电动车的要求,但其自身的稳定性仍令人担忧,这主要是因为Li金属的反应活性过高,其几乎可与所有的电解液均能自发地发生化学反应。在电池的运行过程中,Li电极和电解液之间通过自发化学反应和电化学反应导致了固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)的形成。当所形成的SEI结构不均匀时会诱发电池体积膨胀,此外,充放电过程中锂的不均匀沉积会导致锂枝晶的形成,锂枝晶的不规则生长会刺穿SEI,导致SEI膜发生破裂,并产生死锂,降低锂金属电池库伦效率;更严重的是,锂枝晶的不断生长会刺穿隔膜,造成电池内部的短路,导致火灾和爆炸等安全事故,大大缩短了电池的使用寿命,严重阻碍了其大规模商业化发展。因此,SEI对LMB的性能具有至关重要的影响。良好且稳定的SEI可以阻止(或者大幅度减缓)负极界面上反应的持续发生,起到保护Li电极的作用。针对下一代高稳定性锂金属电池设计中存在的关键问题,结合国际研究进展与本团队前期研究基础,我们提出了基于多尺度理论模拟结合深度机器学习的一整套解决方案,即利用先进多尺度模拟方法精准解析SEI原子结构,建立新一代SEI模型,阐明SEI结构和形成机制,完整构建SEI与电池性能之间的内在联系,定向设计符合不同商用条件的新型电解液配方,为开发新一代高能量密度电池提供可能。本方案已形成完整的工作流,相关自动化软件已开发完成并交付使用,且具有完全的自主知识产权,可用于国内外上游电池生产研发企业积累原始电池性能数据,大范围筛选有效电解液组分,指导下一代高能量密度锂电池研制。 我们的技术优势与创新主要表现在: 1)首次在电池体系中实现了QM与MM的混合模拟与混合加速; 2)在电池体系模拟中实现了开放电子体系对电化学反应的热力学和动力学预测; 3)在保证精度的前提下,实现了在纳米尺度上对真实的实验SEI结构直接模拟; 4)通过耦合深度机器学习,实现了电解液组分大范围筛选与性能优化。
苏州大学 2022-08-15
新型冠状病毒传播建模预测和模拟推演平台
南方科技大学科研部、工学院、计算机科学与工程系(下简称“计算机系”)和南方科技大学-东京大学超智慧城市联合研究中心紧急组织科研力量,成立“新型冠状病毒传播建模预测项目组”,由计算机系副教授宋轩担任负责人,迅速启动针对新型冠状病毒传播感染的“大数据分析和AI建模推演平台”研发工作。该平台是一个针对新型冠状病毒传播的大数据分析和AI建模平台(如图1),
南方科技大学 2021-04-14
预测微生物学建模技术及应用
以肉类食品为主要基质,构建了单增李斯特菌、肠炎沙门氏菌、副溶血性弧菌、金黄色葡萄球菌、气单胞菌、生孢梭菌等主要致病菌或条件致病菌或研究替代菌的生长、残存、失活、损伤、修复等状态以及低温、酸化、渗透压、气调包装等环境条件下的动力学和概率模型,特别是通过生长模型探讨了在货架期预测方面的应用可能性,设计了电子 TTI 结构模式,并对冷冻损伤型的气单胞菌建立了适用的失活模型,初步探讨其冷冻损伤和修复机制,另外完善了两菌竞争拮抗建模理论(单增李斯特菌与植物乳杆菌、肠炎沙门氏菌与铜绿假单胞菌),构建了新型防腐剂
上海理工大学 2021-01-12
重要建筑地震经济损失精细化预测技术
本技术是一种构件级别的建筑地震经济损失精细化评估方法,具体包括 3 个模块:构件震害评估模块、损失评估模块和可视化模块,构件震害评估模块用于根据建筑信息模型(building information model,BIM)和易损性数据库评估每个构件的震害;损失评估模块用于根据 BIM、易损性数据库和修复标准库计算每个构件及建筑整体的地震经济损失;可视化模块用于建筑震害和损失的三维可视化展示。本技术可以将损失评估精确到构件,而且提供具体的构件损失分布,为建筑投保、地震修复策略、防灾设计等提供重要参考。
北京科技大学 2021-04-13
一种智能物流系统预测性调度优化方法
本发明提出一种智能物流系统预测性调度优化方法及系统,具体包括:实时采集智能物流系统内设备的运行状态数据,对运行状态数据进行预处理,并划分训练集和测试集;对预处理后的运行状态数据进行时域分析,从中提取关键故障特征,对设备进行健康状态评估;建立预测性调度模型,基于得到的健康状态评估结果进行调度策略切换,并对生产物流调度方案进行多目标优化;采用三维建模技术进行可视化管理,并结合虚拟仿真进行调度优化验证。本发明所提出的方法,能够有效应对动态物流环境中的设备故障等问题,优化物流调度性能,减少配送延误,并提高物流系统的整体效率与资源利用率,实现高智能化、高效生产物流调度。
南京工业大学 2021-01-12
罗云波、朱鸿亮教授团队揭示番茄SlRBP1蛋白在转录本翻译调控水平维持叶绿体功能的重要机制
SlRBP1通过与SleIF4A2翻译起始复合物结合促进靶标RNAs翻译以调节叶绿体功能。该发现阐明了RNA结合蛋白依托细胞器调控番茄生长发育的机制,为番茄增产、品种改良提供了潜在育种价值。
中国农业大学 2022-05-31
羊草水孔蛋白及其编码基因与应用
羊草水孔蛋白及其编码基因与应用,目前对于羊草的研究仅限于人畜的食用及成份分析等方面,而将其作为耐旱植物对其分子生物学方面的研究还少见报道.羊草水孔蛋白,是具有以下氨基酸序列的蛋白质:(1)序列表中的SEQ IDNo:1;(2)序列表中SEQ ID No:1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代,缺失或添加,且与SEQ ID No:1蛋白质序列具有相同活性的,由SEQ IDNo:1衍生的蛋白质.将本发明的水孔蛋白的编码基因转入其它植物,可增强转基因植物的抗旱能力.本发明应用于植物基因工程领域.
哈尔滨师范大学 2021-05-04
高品质胶原蛋白的提取及成果转化
胶原蛋白是人体含量最多的蛋白质,主要存在于人体的血管、皮肤、跟腱、韧带、软骨和骨组织中。胶原中含有 21 种氨基酸,主要为甘氨酸、脯氨酸、羟脯氨酸组成。氨基酸或成多肽链,三个多肽链形成三螺旋结构,进而形成胶原纤维。 江南大学药学院药剂学与药剂材料学研究室,致力于研究高纯度及无免疫原的胶原蛋白的提取方法,并开发其在医药和医美产品中的应用。本团队长期与无锡贝迪生物科技股份有限公司产学研合作,已将科研成果转化为三类产品,分别为胶原贴敷料,医用胶原复配型凝胶敷料以及医用胶原蛋白海绵,并都获得了医 疗器械注册证编号。双方于 2017 年 5 月起在江南大学协同创新中心成立联合研发实验室,着手胶原蛋白类相关医疗器械的开发。
江南大学 2021-04-13
谷氨酸棒杆菌医药蛋白表达体系
谷氨酸棒杆菌(Corynebacterium glutamicum)被广泛用于食品工业生产,是一种安全性很高的工业菌株;具有包括 Sec 和 Tat 分泌途径在内完善的蛋白分泌系统;没有类似于大肠杆菌(E. coli)所带来的内毒素和宿主细胞蛋白污染等问题。这些显著优点使它成为一种有吸引力的外源蛋白表达生产用的底盘细胞。目前国内生物医药领域主要依赖于 E.coli 表达体系生产医药蛋白,原创性外源蛋白表达体系的缺失,在知识产权方面将制约到我国生物医药产业的发展。该项成果有望为我国生物医药产业提供一个具有自主知识 产权的谷氨酸棒杆菌安全高效外源蛋白表达体系。
江南大学 2021-04-13
蛋白非经典分泌过程关键步骤成果
日前,清华大学生命学院葛亮课题组在《细胞》(Cell)期刊上在线发表题为“蛋白跨膜转运调节非经典蛋白分泌”(A translocation pathway for vesicle-mediated unconventional protein secretion)的研究论文,首次报道了非经典分泌过程中的蛋白跨膜转位机制。蛋白质的分泌是细胞间信息传递的重要方式。分泌蛋白通常具有N端信号肽序列以指导新生多肽链进入内质网(endoplasmic reticulum,ER)被加工、修饰,之后被运输到高尔基体(Golgi apparatus)经过进一步的加工,最终抵达细胞质膜并被释放到细胞外,这一过程被称为经典分泌途径。近年来的研究发现,许多分泌蛋白不具有典型的信号肽序列,其分泌不依赖于ER-Golgi途径,这类分泌途径被称为非经典分泌(unconventional protein secretion, UPS)途径。直接跨质膜转位(I型)与细胞内囊泡结构介导的分泌(III型)是最主要的两种UPS途径。III型UPS中,蛋白首先进入一个囊泡载体(例如autophagosome, endosome等),然后通过膜泡运输系统被运送到细胞外。由于这类蛋白缺少信号肽,一个需要解决的关键问题就是这类UPS蛋白是如何进入囊泡载体中的。 图1. TMED10介导的蛋白质非经典分泌途径工作模型在这项研究中,研究人员鉴定出一个膜蛋白TMED10可能形成一个蛋白通道介导UPS蛋白进入囊泡结构。细胞实验发现,TMED10能够调控大量非经典分泌蛋白的分泌,包括炎症因子IL-1家族成员,galectin1和galectin3,以及小分子伴侣蛋白HSP5B。CLP诱导的败血性休克(Cecal Ligation and Puncture (CLP)-induced septic shock)小鼠模型中,TMED10髓系敲除的小鼠分泌更少的IL-1β, 进而导致更低的炎症反应与更高的存活率。进一步的研究发现,TMED10的C末端区域与分泌蛋白的一个motif的相互作用对蛋白的选择性转运与分泌非常重要。体外脂质体实验证明,TMED10直接介导UPS蛋白进入脂质体,并且这一过程依赖于蛋白质的去折叠。在细胞中,TMED10定位于ERGIC(ER-Golgi intermediate compartment)并且能够指导分泌蛋白进入这一膜性细胞器中。此外,研究还发现货物蛋白与TMED10的结合会诱导TMED10寡聚化形成蛋白通道从而介导蛋白的转位。基于这些实验数据与之前的研究成果(Zhang et al., 2015),作者提出如图所示的TMED10介导的蛋白质非经典分泌途径(TMED10-channeled UPS , THU)工作模型(图1)。UPS蛋白在胞质分子伴侣HSP90A的帮助下去折叠并被运送到ERGIC,结合TMED10诱导其发生寡聚化形成蛋白通道,在腔内分子伴侣HSP90B1的帮助下转位进入ERGIC,之后可能通过ERGIC形成运输小泡,直接运送到细胞质膜,或进入分泌型自噬体或分泌型自噬溶酶体/MVB,分泌型自噬体又可以直接和质膜融合或首先与溶酶体融合,最终将蛋白释放到细胞外。生命学院研究员葛亮为本文的通讯作者,实验室张敏老师与生命学院博士生刘磊为本文共同第一作者。本研究受到基金委和科技部的经费资助。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.03.031
清华大学 2021-04-11
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