2024年, 第50卷, 第01期　
刊出日期：2024-02-25

  

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  力学增强且降解延缓的编织型丝素纤维人工韧带材料研究

  万玥, 刘影, 王玥, 姜博宸, 刘明洁, 王璐, 关国平

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 1-10. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0433

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  针对人工韧带产品在临床应用中存在的问题，如不可降解、应力遮挡、中远期疲劳松弛、慢性炎症等，研究力学性能优良的可降解人工韧带材料是新的发展方向。以丝素纤维为原材料，设计并制备了一种“壳芯”结构的人工韧带原型材料(artificial ligament, AL),并以负载纳米羟基磷灰石(hydroxyapatite, Hap)的聚氨酯(polyurethane, PU)溶液对AL进行涂层得到人工韧带材料(coated artificial ligament, CAL),并对CAL的形态结构、显微结构、力学性能、降解性能、细胞和组织相容性等进行了系统表征。研究结果表明：“壳芯”结构的CAL结构规整、表面平整、孔隙均匀。相较于AL,CAL的力学性能得到了显著提高(P<0.05),且体外降解速率明显延缓。此外，CAL的细胞及组织相容性良好，炎症反应低。该项研究可为开发新型高强可降解人工韧带产品提供理论依据及实践参考。
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  用于乳腺肿瘤细胞三维培养的纤维-水凝胶复合支架的制备及表征

  傅思佳, 刘星星, 胡梦博, 李超婧, 王富军, 王璐

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 11-19. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0361

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  从力学性能和组成成分两方面还原乳腺肿瘤细胞的生长环境，开发了一种负载富血小板血浆的纤维-水凝胶复合结构支架。通过检测支架的元素组成和化学结构，确认支架中各组分的成功负载，并利用扫描电镜、溶胀测试和水接触角测试表征了支架的表面形貌和理化性能。研究表明：复合支架具有适用于物质传输的孔隙和利于细胞黏附的表面性能；加入纤维显著提高了水凝胶的力学性能，且复合支架具有与乳腺肿瘤组织接近的弹性模量((4.79±0.45)kPa);与二维(2D)培养和无纤维的水凝胶支架相比，复合支架上培养的乳腺肿瘤细胞增殖能力提高了33.1%,显示出细胞聚集成球的特性，并对化疗药物显示出更低的敏感性。复合支架有助于肿瘤学体外研究和预测抗肿瘤药物疗效。
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  Lyocell长丝热定型工艺对其结构性能的影响

  崔世强, 张阳, 王会杰, 张玥, 张玉梅, 王华平

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 20-29. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0271

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  针对Lyocell长丝热定型工艺尚不明确的问题，采用干喷湿纺技术制备Lyocell水洗丝，研究热定型张力、温度和时间等工艺参数对Lyocell长丝力学性能和尺寸稳定性的影响，并结合广角X射线衍射、小角X射线散射以及双折射率等测试分析了不同条件下长丝结晶、取向以及微孔等结构的变化规律，阐明了热定型条件下长丝结构与性能的关系。结果表明：温度为110～130℃时，3 min的热定型可保证长丝中水分的去除，在热定型过程中长丝的晶区结构基本不变，微孔尺寸的减小以及非晶区纤维素分子链段的收缩，提高了长丝的致密化程度并降低了取向程度；施加0.5～2.3 cN/dtex的张力，长丝的断裂强度、初始模量不易发生弱化，且干热收缩率低于0.7%。施加适当张力的热定型有效抑制了非晶区链段的解取向，保持了纤维高结晶、高取向的结构特点，从而保证了Lyocell长丝的力学性能和尺寸稳定性。
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  银/导电共聚物复合涤纶织物的制备与表征

  宋业诒, 陈卓明, 王艺琳, 吴小燕, 杨修美, 梁静

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 30-38. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0308

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  为优化涤纶织物的导电性能，拓展其在柔性电子器件领域的应用前景，以苯胺、吡咯为单体，纳米金属银为靶材，通过溶液聚合法和磁控溅射技术两步法制备了复合导电涤纶织物。研究了纳米金属膜在柔性纤维表面的生长模型，探讨了不同磁控溅射时间对复合织物的微观形貌、结晶性能、化学结构、电化学性能的影响规律。研究结果表明：通过磁控溅射的纳米金属银主要以“层状-岛状模式”在柔性织物基材表面生长；随着溅射时间增加，纳米金属银膜颗粒逐渐变得均匀，但时间过长时反而会变得粗糙，金属银膜在溅射时间为900 s时表现出较好的均匀性和致密性；磁控溅射金属银能够进一步改善复合织物的电化学性能，且在溅射时间为900 s、电流密度为1 mA/cm~2时，织物的面积比电容达到峰值(67.1 mF/cm~2),相比共聚物/涤纶织物(PANI-PPy/PET)增大了约3.3倍，因此在导电功能性纺织方面具有良好的应用前景。
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  基于n型柔性半导体的有机晶体管及其电子-离子双响应特性

  蒋浩, 钟岳桁, 王刚, 王宏志

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 39-44. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0479

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  为了研究n型有机混合离子电子导体电子-离子双响应特性及分子量对载流子迁移率的影响，采用具有平面刚性的梯形分子链结构的高分子量聚苯并二咪唑苯并菲绕啉二酮制备高性能有机电化学晶体管，并对晶体管紫外可见吸收光谱和晶体管器件电气性能进行表征。结果表明，利用高分子量聚苯并二咪唑苯并菲绕啉二酮制备的n型有机电化学晶体管表现出极高的响应速度(0.034 s)、高载流子迁移率(4.72×10~(-3) cm~2/(V·s)),以及在水系电解液中优异的稳定性(稳定运行超过120次脉冲循环)。
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  我国静电纺丝领域研究现状及其热点：基于CNKI数据库的可视化文献计量分析

  苏芳芳, 经渊, 宋立新, 唐志荣

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 45-54. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0347

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  基于CNKI数据库，利用CiteSpace可视化计量学方法分析国内静电纺丝领域的发文量、作者和机构合作状况以及研究主题的演化，并与国际上2018-2022年的研究主题进行对比。分析发现：国内作者在静电纺丝领域的发文量呈现逐年增加趋势；作者共现的局部网络密度大，整体网络密度小；参与静电纺丝研究的高校之间合作密切；国内静电纺丝领域的研究主要集中在纤维的制备，及纳米纤维在生物医药、空气过滤、水处理、能源器件、防护、传感等领域的应用等方面，与国际上在静电纺丝领域的研究热点有较高的相似性。
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  混合结构机械臂的设计与仿真分析

  袁雪莲, 孟婥, 张荣涛, 张玉井, 左明光

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 55-62. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0470

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  为减轻金属机械臂的重量，以六自由度机器人的大臂为研究对象，结合三维编织碳纤维复合材料的成型工艺，设计机械臂结构，提出基于CFRP/QT(碳纤维增强复合材料/QT 500-7铸铁)混合结构的机械臂轻量化设计方法。采用有限元分析方法对混合结构机械臂进行静力学分析，得到满足强度及刚度要求下混合结构机械臂的设计方案。力学仿真结果表明，混合结构机械臂质量减少24%,混合结构机械臂机器人具有良好的运动性能，在J1关节处所需驱动力矩更小。
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  基于改进自适应遗传算法的小径短绳自动打捆机步进电机PID控制

  代健超, 孟婥, 孙志军, 杜诚杰

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 63-69. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2021.0685

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  为提高小径短绳自动打捆机步进电机的控制精度，在分析经典遗传算法和经典自适应遗传算法的基础上，引入进化代数和个体适应值排名来指导自适应交叉率和自适应变异率，设计了一个基于改进自适应遗传算法的PID控制器，以削弱进化过程中优良参数的退化现象。MATLAB仿真结果表明，改进的自适应遗传PID提高了收敛精度，并具有更快的收敛速度。针对步进电机的实际测试结果表明，与经典遗传算法相比，改进的自适应遗传PID调整时间更短、超调量更低。
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  布料包装设备中翻折机构的结构设计与运动分析

  李彬, 孙志宏

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 70-76. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0408

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  为解决中小型染整企业需要机械设备实现布料包装的问题，利用公理化设计理论，根据用户需求解析其布料包装设备中翻折机构的功能要求和结构设计要素。通过耦合设计分析提出符合独立性公理的机构设计方案。选取右侧由曲柄滑块机构与凸轮机构串联而成的六杆机构作为设计对象，利用位移矩阵法得到曲柄滑块机构尺寸，解析滑块位置与曲柄转角的关系。同时，分别选用等速运动规律和正弦加速度运动规律设计推程阶段廓线和回程廓线。此外，对翻折机构进行运动仿真得到翻折板的角位移、角速度和角加速曲线。研究表明，翻折板的运动特性满足设计要求并符合实际需求。
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  摄影测量中环状编码标靶识别与定位方法

  李恒, 杨延竹, 柳俊先, 杨肖

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 77-84. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0386

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  为满足环状编码标靶精准定位与识别的要求，提出了一套定位精度和识别稳定性较高的算法。针对环状编码标靶的精确定位，提出了一种基于同心圆投影变换求解圆心的方法；在对编码标靶进行识别时，通过仿射变换将椭圆变为标准圆，进而对内部编码带进行解码得到其唯一解码值。试验结果表明：该圆心提取方法与理想圆心平均误差为0.225像素，与椭圆拟合提取外圆圆心平均误差为0.501像素，与内圆圆心平均误差为0.294像素，其精度分别提高了122.05%与30.26%;相机与编码标靶夹角需控制在75°以内，夹角小于75°时，编码标靶识别率可达100%。研究表明该编码标靶识别与定位方法能够满足摄影测量需求，且比椭圆拟合算法精度更高，具有一定的实际意义。
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  基于Unity3D的草坪毯修补机器人半物理仿真系统

  吴昊, 邹鲲, 唐龙, 闵康尧

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 85-92. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0360

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  机电一体化纺织机械的研发普遍存在现场调试工作量大、周期长及成本高等问题，针对目前主流仿真软件存在的三维展示效果差，或实时性不足，或无法连接机械电子软件进行综合仿真等缺点，研究设计了一套半物理仿真系统。基于Unity3D虚拟现实引擎搭建了仿真平台，以仿真电路板为载体，实现了虚拟机械与控制系统间数据的实时交互；以草坪毯自动修补机器人为仿真对象，证明该半物理仿真系统具有较好的实时性及三维展示效果；通过输出修补机器人关键结构的运动时序图、空间轨迹图，验证了修补机器人机电系统的工艺仿真可行性，可替代部分现场调试工作，减少工作量、缩短研发周期、节约成本，提高设备的研发效率。
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  基于sigmoid-sinh分段函数的变步长FxLMS算法

  李飞, 黄双, 郭辉, 徐洋, 傅伟

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 93-100. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0371

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  为改善滤波-x最小均方(filtered-x least mean square, FxLMS)算法在噪声主动控制时无法兼顾收敛速度和稳态误差的问题，提出了基于sigmoid-sinh分段函数的FxLMS(SSFxLMS)算法，并引入蚁狮算法对SFxLMS(sigmoid filtered-x least mean square)、ShFxLMS(sinh filtered-x least mean square)、 SSFxLMS算法的参数进行优化。分别采用高斯白噪声和实测簇绒地毯织机噪声为输入信号，采用FxLMS、SFxLMS、ShFxLMS、SSFxLMS算法进行噪声主动控制仿真，对比分析这4种算法的性能。结果表明：与其他3种算法相比，采用SSFxLMS算法对高斯白噪声和簇绒地毯织机噪声进行控制时，误差信号的平均绝对值更小，平均降噪量与收敛速度也有大幅度提升。由此可知，SSFxLMS算法有效改善了FxLMS算法无法兼顾收敛速度和稳态误差的问题，研究结果为噪声主动控制算法设计提供了一定的参考。
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  一株耐碱好氧反硝化菌的分离鉴定及其脱氮性能

  段兴帆, 亢昕, 赵毅彪, 陈小华, 沈根祥, 赵晓祥

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 101-109. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0398

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  为改善强碱环境下微生物脱氮效率低下的问题，从上海市稻田土壤中分离出一株具有强碱适应能力的好氧反硝化菌。经细胞形态学观察及16S rDNA分析，鉴定其为琼氏不动杆菌(Acinetobacter junii),并命名为琼氏不动杆菌5-2。结合单因素影响试验考察该菌株在不同环境条件下的脱氮效果，发现其在一定pH值(7.0～12.0)及盐质量浓度范围(10～30 g/L)内，均能保持较高的硝氮去除率(>90%)。在以乙酸钠为碳源、硝酸钾为氮源、碳氮质量比(m(C)/m(N))值为12、温度为35℃、转速为90 r/min、初始pH值为10.0、初始硝氮质量浓度为41.07 mg/L的条件下培养120 h后，该菌株对硝氮及总氮的去除率分别为97.83%及65.85%,同时，对该菌株好氧反硝化相关酶活性及基因进行检测。研究结果表明，琼氏不动杆菌5-2具有高效好氧反硝化能力，有望应用于处理实际含氮废水。
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  基于GA-BP神经网络和改进粒子群算法的碰撞射流和冷却顶板复合空调系统优化

  齐贺闯, 叶筱, 高延峰, 亢燕铭, 钟珂

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 110-117. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0464

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  对碰撞射流和辐射顶板(IJV/RC)复合空调在不同室内负荷条件下运行时的室内热环境进行数值模拟，基于遗传算法-反馈(GA-BP)神经网络建立运行性能(吹风感R_(PD),头足温差Δt,空气交换效率e_(ACE),工作区平均温度t_a)与设计变量(送风温度t_s、送风速度v_s、冷却顶板内表面温度t_c、房间负荷Q_c)之间的预测模型，通过相关性分析确定设计变量对运行性能影响的显著性并排序。结果表明，增大v_s可使Δt降低，但R_(PD)增大；增大t_c有助于降低Δt和R_(PD),但t_a升高；为使t_a下降，可通过降低t_s来实现，但室内空气质量变差。为确保IJV/RC复合空调能在保证室内热舒适的同时提供良好室内空气品质，利用改进粒子群算法对复合空调的运行性能进行多目标同时优化，建立不同房间负荷条件下的设计参量最优匹配关系。研究结果可为IJV/RC复合空调的优化设计和运行控制提供理论指导。
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  从营养平衡角度分析富营养化水体生态修复方法

  王铮, 张艾, 林旭萌, 何月玲, 臧学轲, 薛罡

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 118-126. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0497

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  调节水体营养平衡是控制富营养化水体碳、氮、磷营养负荷及恢复水体生态系统的重要手段。从微生物、水生植物和水生动物三方面剖析了基于营养平衡调控的水体生态修复机理。着重介绍了基于营养平衡调控的工程修复方法(生态浮岛，沉水植物，人工湿地，微生物修复)的原理、优缺点及改良方法。生态浮岛易受水生植物的根茎长度及系统碳源的限制，可悬浮复合填料或提供还原态无机物作为电子供体替代有机碳源；将水生动物、微生物与沉水植物结合可提高沉水植物修复法的环境适应性；人工湿地存在碳氧水平和基质碳源不足的问题，可通过增氧和向基质添加天然有机物质、无机底物等方法解决；微生物修复受到的限制因素较少。未来可在工程应用中组合使用上述修复方法，从而构建多级水生态平衡系统。
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  PDADMAC改性蒙脱土制备硝酸根吸附剂

  袁雨暄, 顾雨薇, 宋新山, 赵晓祥

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 127-133. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0423

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  硝酸根因其电负性强、水溶性大，难以形成沉淀，因而难以被快速吸附去除，通过化学改性增加吸附剂表面正电性可增强硝酸根吸附。用聚二甲基二烯丙基氯化铵(poly dimethyl diallyl ammonium chloride, PDADMAC)对蒙脱土进行改性，成功将PDADMAC负载在蒙脱土表面；通过对改性前后蒙脱土(Mt)进行表征，对比分析吸附机制。结果表明：改性后蒙脱土(PDM-Mt)的季胺氮含量增加，表面电势大幅提高；PDM-Mt对NO~-_3-N的吸附量在pH=7时为3.07 mg/g,相比改性前提升了86%;吸附过程符合准二级动力学模型以及Langmuir吸附等温模型，即主要是单分子层化学吸附；PDM-Mt对NO~-_3-N吸附过程在4 h内达到平衡，在pH值为5～7时有明显吸附效果；重复5次吸附后吸附量下降了21%,具有较高的可循环利用性。由此可见，PDADMAC具有作为改性剂促进硝酸根吸附的潜力。
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  污水处理厂碳排放核算方法的标准研究与修正建议

  郑凯远, 陈红, 绳俊, 蔡冬清, 薛罡, 曾可佳, 于鑫, 叶沁辉

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 134-144. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0298

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  对污水处理厂碳排放量的精准核算方法的标准进行研究。基于我国污水处理厂现有碳核算方法，结合国内外碳核算相关标准与指南，从核算边界、温室气体类型、排放源及排放过程等方面提出修正建议。建议在不引起重复计算的基础上，将核算边界扩展到污水处理厂及上下游活动，包括上下游管网及下游自然水体；将污水与使用的药剂产生的化石性CO_2纳入核算；补充识别厂界内燃料燃烧、运输设备、无组织排放源，增加考虑委外运输、污泥处置的碳排放和多种能源(电力、热力等)、多物质(药剂等)在制造及运输环节的碳排放，并考虑污水处理运行工况对碳排放产生的波动影响。建议将污水处理厂优化运营管理及多元形式的资源能源回收途径纳入碳减排。在此基础上，总结了污水处理厂的碳排放过程及碳排放源。此外，从碳核算边界、排放因子、模型应用、化石性CO_2等方面对如何优化污水处理厂碳排放计算进行展望。
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  混合随机波动模型下带随机工资的DC型养老金最优投资策略

  邵艳宇, 夏登峰, 费为银, 明健

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 145-151. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0257

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  针对养老金的保值增值问题，分析具有利率风险和波动风险的DC(defined contribution)型养老金最优投资策略。假设金融市场包含一种无风险资产和一种股票，其中股票价格服从混合随机波动(Heston-Hull-White)模型。设定养老金计划成员的工资是随机的。基于终端财富预期效用最大化标准，在CARA效用函数下，通过建立相应的HJB(Hamilton-Jacob-Bellman)方程，求解出最优投资策略，并利用数值算例分析主要模型参数对最优投资策略的影响。结果表明：风险规避系数的增大会导致投资者对股票的投资比例下降，利率风险和波动风险对DC型养老金的最优投资策略有显著影响。所得结果对基金管理者具有一定的指导作用。
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  一类分数阶时滞微分系统的精确解及Hyers-Ulam稳定性

  邬忆萱, 寇春海

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 152-162. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0466

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  为拓展整数阶微分系统的已有结果，研究了一类具有多个时滞的Caputo分数阶线性微分系统。运用不可交换矩阵的多项式定理，在不要求系数矩阵可交换的前提下，得到了系统的精确解表示。研究结果表明，该系统在有限时间内Hyers-Ulam稳定。
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  基于多重长PCR靶向捕获测序技术的高同源SNP鉴定

  王决恒, 周宇荀, 李凯, 肖君华

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 163-170. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2021.0679

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  为建立一种高同源区段的单核苷酸多态性(SNP)基因分型技术，通过构建本地Blast对SNP所在的200和400 bp区段进行同源性评估，并筛选出高同源区段的SNP。利用第一轮多重长PCR(polymerase chain reaction)捕获329个样本的9个高同源区段SNP所在的长片段，使用纯化后的第一轮PCR产物作为模板进行扩增子建库测序，检测样本共得2 928个SNP位点信息，测序成功率高达98.885 6%。利用Hardy-Weinberg(HWE)法则计算试验研究的9个高同源区段SNP位点的基因频率(p值均大于0.05,符合HWE法则),并与NCBI(national center for biotechnology information)中千人基因组数据库中获取的基因频率相比对，发现二者单碱基基因频率一致(误差限<0.15)。研究表明，利用多重长PCR靶向捕获技术结合二代测序技术为高同源区段的SNP分型提供一个准确、快速、大样本检测方案。
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  潮牌联名产品的价格溢出机制

  鲁成, 赵敏, 何松岳, 葛云祥

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 171-177. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2022.0490

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  针对潮牌联名产品在一、二手市场的价格差异现象，通过理论架构与数据实证分别解析联名产品在一、二手市场中的价格溢出机理。收集8个主品牌、102个副品牌合作的356条潮牌联名产品和交易信息进行实证研究。相关分析与回归分析结果表明：一手市场与二手市场溢价影响的机理不同。一手市场价格是由品牌方综合考虑产品成本、消费需求与市场竞争制定的，价格溢出影响因素主要包括副品牌奢侈性、主品牌知名度、品牌类型差异和非联名相似款售价；二手市场价格是消费者对产品价值感知的反映，价格溢出的影响因素主要包括主品牌知名度和非联名相似款售价，而副品牌奢侈性和品牌类型差异的影响不显著。这意味着尽管“傍大款”品牌联名策略能提高产品定价，但并不能显著提高潮牌产品的价值。
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  CEV模型下保险公司的最优不动产投资及再保险问题

  李国庆, 田琳琳

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 178-185. https://doi.org/10.19886/j.cnki.dhdz.2023.0185

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  针对保险公司的最优效用问题，在以往债券、股票及最优再保险的投资组合基础上，分析不动产及出租该不动产所获得的随机收益模型，研究保险公司不动产的最优投资组合及最优再保险策略。通过动态规划原理，建立Hamilton-Jacobi-Bellman方程，解得最优投资、再保险策略以及最优值函数的显式解，通过验证定理证明Hamilton-Jacobi-Bellman方程的经典解析解是最优值函数。研究结果量化了时间、财富值、利率、股票价格等变量对于最优策略及公司效用的影响，具有一定的经济学意义。
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  不变是变

  李娜, 沈华, 温润

  东华大学学报（自然科学版）. 2024, 50(01): 186-186.

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  <正>设计说明木棉纤维是一种天然纤维素纤维,被称为“长在树上的羊绒”和“植物软黄金”,具有高中空、细、软、拒水亲油特性,以及抗菌驱螨防霉等突出优点。故以“不变是变”为主题,采用本色木棉/棉混纺纱和棉色纱组合,设计并开发“海上世界”、“江南烟雨”两个系列创意袜品,既诠释了主题,同时具有柔软贴肤、抗菌防臭以及吸湿导湿等优点,符合舒适环保的着装要求。