目的:基于微剂量学方法计算钆中子俘获治疗( 157GdNCT)中释放低能电子的相对生物效应(RBE)值。 方法:使用蒙特卡罗(MC)程序Geant4-DNA包模拟钆中子俘获治疗中释放的低能电子在不同敏感靶标体积和物理模型中径迹结构的能量沉积分布情况及微剂量学参数，并基于微剂量动力学模型(MKM)获取其RBE值。结果:低能电子RBE值在不同的敏感靶标体积下差异性较大，且随着敏感靶标体积增大而减小。以敏感靶标直径6 nm的RBE值1.77为参考，敏感靶标直径10 nm的RBE值1.53，相比于6 nm的差异百分比为13%，而直径15 nm的RBE值1.40，相比于6 nm的差异百分比高达21%。不同Geant4-DNA物理模型对低能电子RBE影响较小。以物理模型option2的RBE值1.53作为参考，option6和option7的RBE值分别为1.49和1.52，相比于option2的差异百分比分别为2.6%和0.6%。结论:利用MKM计算 157GdNCT释放低能电子在不同敏感靶标体积及物理模型下的RBE值为1.40~1.77。

目的:研究氚水对早期发育阶段的斑马鱼造成的辐射剂量，并与其造成的生物效应相结合，初步观察剂量-效应关系。方法:模拟真实实验条件，建立物理模型，计算斑马鱼受精后24 h (24 hpf）胚胎和96 hpf幼鱼在3.7×10 3、3.7×10 4、3.7×10 5 Bq/ml 3种不同浓度氚水中的吸收剂量率。观察经3种不同浓度氚水染毒后24 hpf胚胎和96 hpf幼鱼的翻转频率和心率，并与对照组（E3溶液）进行比较。多组间比较采用单因素方差分析，对照组与处理组之间的比较采用LSD- t检验。 结果:随着斑马鱼发育时间的延长，其吸收剂量有所提高。24 hpf斑马鱼胚胎在3种不同浓度的氚水中对应的吸收剂量率分别为2.15×10、2.21×10 2、2.55×10 3 μGy/h；96 hpf斑马鱼幼鱼对应的吸收剂量率分别为2.95×10、3.03×10 2、3.47×10 3 μGy/h。24 hpf斑马鱼胚胎翻转实验结果显示，与对照组比较，3.7×10 3 Bq/ml氚水处理组的翻转频率明显减少（ t=3.94， P<0.001）。96 hpf斑马鱼幼鱼心率随着不同氚水浓度的变化明显，与对照组比较，3.7×10 3 Bq/ml氚水处理组心率明显下降（ t=2.86， P=0.01），而3.7×10 5 Bq/mL氚水处理组心率上升（ t=-12.12， P<0.001）。 结论:随着吸收剂量率的变化，24 hpf斑马鱼胚胎翻转频率和96 hpf斑马鱼幼鱼心率均出现显著改变。

目的:在基于纳剂量学模型（LNDM）的治疗计划中，应用日本国立放射线综合医学研究所（NIRS）积累的临床经验，验证γ分析方法在LNDM和微剂量动力学模型（MKM）间处方剂量转换研究中的可行性。方法:通过开源的多种射线放疗计划设计平台matRad，采用γ分析的方法对基于MKM和基于LNDM的碳离子治疗计划进行比较，得到不同模型的转换因子。通过水模体研究靶体形状及大小、靶体位置深度、处方剂量和照射方式对模型转换因子的影响，并采用C型靶模型和肝癌患者病例对转换因子进行初步验证。结果:模型转换因子与靶体形状无关，与照射方式有关。在单野照射条件下，其与靶体大小、靶体位置深度及处方剂量成正相关。并且C型靶模型和肝癌患者病例成功验证了转换因子，其基于MKM和LNDM的治疗计划所生成的物理剂量分布的γ通过率（2%/2 mm）分别为92.79%和91.19%。结论:本文所计算的转换因子（f=D LNDM/D MKM）可用于指导基于LNDM的碳离子治疗计划设计时处方剂量的设置。γ分析可用于不同模型处方剂量间的转换研究。

目的 探讨人类半规管在3种基本旋转感知过程中的生物力学响应.方法 采用3D打印技术及水凝胶物理交联技术成功制备了与人体等比例的一维可视化半规管物理模型,并通过施加恒定角速度刺激、恒定角加速度刺激以及正弦摆动刺激来探究嵴顶的响应变形情况.结果 仿生半规管模型的时间常数基本稳定在3 s左右,且与人体时间常数数值接近,壶腹嵴顶运动的位移变形与施加的角加速度成正比;在0.07～5.00 Hz正弦摆动刺激下,半规管的增益从1.54μm/°上升到42.34 μm/°,但相位差从109.72°下降到11.27°.结论 制备的仿生半规管模型能够准确模拟人体半规管的工作机制,有望在人体前庭半规管的机理研究和疾病诊断中发挥一定作用.

目的 通过基于气相色谱-飞行时间质谱联用(GC-TOF/MS)技术的代谢组学方法探讨藿香正气滴丸干预湿困脾胃型大鼠的作用机制.方法 将雄性SD大鼠随机分为正常组、模型组和藿香正气滴丸组(1 g·kg-1).采用综合物理模型复制方法结合饮食失节制备湿困脾胃大鼠模型.灌胃给药,每日 1 次,连续给药 10 d.观察大鼠宏观体征和行为学指标(体质量、体长、尾长、腹围指数与自主活动次数).利用GC-TOF/MS方法对大鼠血清和尿液代谢组进行分析,鉴定与湿困脾胃相关的潜在生物标志物,分析藿香正气滴丸干预湿困脾胃型大鼠的代谢通路.结果 与正常组比较,模型组大鼠的体质量、体长、尾长、自主活动次数明显减少(P＜0.05),腹围指数明显升高(P＜0.05).与模型组比较,藿香正气滴丸组大鼠的体质量、体长、自主活动次数明显增加(P＜0.05),腹围指数明显降低(P＜0.05).在大鼠血清、尿液中分别鉴定了 38、44 个与湿困脾胃相关的潜在生物标志物.藿香正气滴丸对模型大鼠的血清和尿液代谢表型能产生有效的干预,并能使血清、尿液中的17、13 个潜在生物标志物水平显著回调,共涉及 7 条代谢通路.结论 藿香正气滴丸对湿困脾胃型大鼠的干预机制可能与调节色氨酸代谢、组氨酸代谢、谷氨酸-谷氨酰胺代谢、能量代谢及肠道菌群等有关.

物理模型的具象化和直观性优势,能帮助学生高效习得生物学核心概念,并发展思维能力和建模能力.基于物理模型在生物学领域的应用价值,掌握物理模型的构建原则与程序,探索其在生物学概念教学中的应用策略和路径,从而阐明概念本源、概念内涵和外延,促使学生透彻理解生物学概念.

中国北方农牧交错带是我国重要的生态安全屏障之一,面临经济发展与脆弱生态环境保护间的突出矛盾.生态系统服务的定量研究是生态可持续管理的重要科学依据,也是当前的研究热点之一.以北方农牧交错带的核心区域——内蒙古中西部地区为例,结合中高分辨率遥感数据和生物物理模型准确量化了 2000-2018年关键生态系统服务,基于Getis-Ord G*方法分析了生态系统服务的空间格局,考虑地理数据的空间自相关性选取了空间回归模型探索其影响因子.结果表明:(1)净初级生产力(NPP,Net primary productivity)、土壤水蚀控制服务(SC,Soil conservation)、产水量(WY,Water yield)及三层土壤含水量(SM1,Soil moisture of top layer;SM2,Soil moisture of middle layer;SM3,Soil moisture of bottom layer)在东部较高,防风固沙服务(SF,Sand fixation)在南部和西部较高;(2)以上生态系统服务受气候变化、景观格局、地形和土壤条件等综合影响,不同影响因素对生态系统服务的作用存在差异.NPP受森林景观格局和归一化植被指数的影响最为显著;WY、SM1、SM2、SM3及SC受降水量的影响较为显著;风速和表层土壤砂粒含量对SF影响最为显著.研究结果可以为优化景观格局和土地系统,缓解中国北方农牧交错带的社会—生态矛盾提供科学依据和案例参考.

模型教学不仅可以让学生直观而真切地感受到知识的内涵,还能发展学生的科学思维.以初中生物学为例,通过物理模型、概念模型、数学模型在教学中的应用,引导学生运用模型构建的方法开展学习,发展学生科学思维,提高学生学习兴趣.

以浙科版高中生物学必修1为研究材料,通过学生自选材料模型制作,问卷调查反馈学生和教师的意见及评价,介绍和比较了几种制作物理模型材料,讨论相关材料的特点,并对日后物理模型构建的教学给予建议.

以普通高中人教版必修1实践项目“尝试制作真核细胞三维结构模型”教学为例,介绍如何围绕生物学学科核心素养的培养,突出生物学学科特点,结合高中生物学教学实际,以项目式学习或实践活动为载体,灵活运用STEAM理念和方法,科学设计STEAM融合教学方案,通过课前预制作模型;课堂反思、完善、应用、创新和评价模型;课后归纳、巩固、拓展和研究模型,促进学生在自主、合作、体验和探究中构建物理模型及开展生物学创新、创客活动的方法途径,激发学生学习的原动力,掌握生物学概念,提高学习效能,培养学生的实践能力和创新能力.