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化学工业与工程
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玻璃钢/复合材料
2025年 42卷 1期
刊出日期 2025-01-15
目录
化学反应与工艺
生物与制药化工
化工模拟与计算
化工过程与设备
能源与环境化工
目录
0
目录
2025 Vol. 42 (1): 0-0 [
摘要
] (
28
) [
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26
)
化学反应与工艺
1
徐露, 孙崇庆, 许德华, 严正娟, 李雪, 钟本和, 王辛龙
响应面法优化豆渣制备粗微晶纤维素
以豆渣为原料,利用氢氧化钾与湿法磷酸联合处理制备粗微晶纤维素(Crude Microcrystalline Cellulose,CMCC)。以结晶指数为响应值利用单因素实验、Plackett-Burman实验、响应面优化实验对工艺条件进行优化。结果表明:碱解温度、酸解温度、酸解时间对CMCC的结晶指数影响较为显著,最适宜工艺条件为:碱解温度90℃、碱解时间60 min、氢氧化钾溶液浓度4%(质量分数)、湿法磷酸质量分数35%(P
2
O
5
的质量分数,下同)、酸解时间60 min、酸解温度95℃。验证试验表明最适宜条件下所得CMCC产品结晶指数为42.89%,仅比预测值低0.12%,表明利用响应面优化法得到的优化结果合理可行。
2025 Vol. 42 (1): 1-8 [
摘要
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12
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33
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9
葛浩栋, 吴林波
以草酸二甲酯为原料高效合成2,2’-双(2-噁唑啉)
针对2,2’-双(2-噁唑啉)(BOZ)合成存在原料成本高、反应时间长、产率低和提纯复杂等问题,以草酸二甲酯(DMO)和乙醇胺(MEA)为原料,采用三步法合成BOZ,最适宜条件为:在乙醇中,
n
(MEA)∶
n
(DMO)按2.6∶1.0在40℃反应20 min得到N,N-双(2-羟乙基)乙二酰胺(BHEOA);在甲苯中,
n
(BHEOA)∶
n
(SOCl
2
)按1∶3在50~90℃逐步升温反应得到N,N-双(氯乙基)乙二酰胺(BCEOA);最后在含吸水剂的乙醇中,
n
(BCEOA)∶
n
(NaOH)按1∶2回流反应1 h得到BOZ。3步产率分别为98.1%、96.3%和73.6%。第3步所得滤液经二次结晶,产率进一步提高到85.8%。
2025 Vol. 42 (1): 9-18 [
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18
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39
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19
张家财, 段兴宇, 孙一萍, 张晓焜, 曲红梅
具有AIE特性的有机凝胶剂的合成及其可逆酸/碱响应性能
合成了2种具有聚集诱导发光(AIE)特性的香豆素类有机凝胶剂cou-C8b和cou-C10b。这2种凝胶剂可以在一些醇类溶剂(如乙醇、异丙醇和叔戊醇等)及丙酮中形成稳定的凝胶,通过加热-冷却处理可实现溶液-凝胶的多次循环转变。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和浓度依赖性
1
H NMR测试分析表明氢键、π-π相互作用和范德华力等作用促进了自组装过程。紫外可见吸收光谱和荧光光谱研究了2种凝胶剂的光学性质,结果表明体系在热溶液状态下基本没有或很弱的荧光,而在冷却的凝胶状态却出现很强的黄色荧光,表现出明显AIE效应。此外,理论计算表明AIE效应可能是由于分子间非共价相互作用造成分子内运动受限(RIMs)。另外,2种凝胶均表现出可逆酸/碱响应性能,凝胶结构在加入NaOH溶液后塌陷并呈现出明亮的青蓝色荧光,然而再加入HCl溶液可以再次成胶并恢复原始的黄色荧光。这表明此类凝胶剂在发光纳米结构器件的制造中具有潜在的应用价值。
2025 Vol. 42 (1): 19-31 [
摘要
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15
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24
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32
丁丽芹, 刘思凡, 刘欣怡, 徐海升, 梁生荣
聚(甲基丙烯酸甲酯-1-癸烯)黏度指数改进剂的可控合成
以Schiff碱Ni配合物为催化剂,二甲苯为溶剂,研究偶氮二异丁腈(AIBN)引发甲基丙烯酸甲酯与1-癸烯自由基聚合的共聚反应。采用单因素法优化聚合反应的工艺条件,通过GPC、FT-IR、
1
H NMR、TGA对聚合物进行结构表征和性能测试,并考察其黏温性能。结果表明:在90℃,1-癸烯与MMA的质量比为1∶2,引发剂用量占总单体质量的0.5%,催化剂与引发剂物质的量之比为1∶100,反应时间为10 h时,催化活性为1.021×10
5
g·mol
-1
·h
-1
。共聚物(PDM)的数均相对分子质量范围为1.05×10
4
~1.26×10
4
,多分散性指数PDI范围为1.31~1.82,该反应具有可控性。共聚物在温度为264℃时开始分解,说明聚合物具有良好的热稳定性。将PDM以0.5%的用量加入到玉门润滑油基础油中,可使油品的黏度指数增加31,共聚物PDM可作为一种黏度指数改进剂。
2025 Vol. 42 (1): 32-40 [
摘要
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16
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33
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41
史磊, 马志, 闫海俊, 臧龙, 曹杰, 宋颖, 郭锦棠
高效率制备双亲性纳米粒子及采油应用前景分析
针对纳米粒子在驱替过程中降低油水界面能力差和乳化能力差的问题,通过pickering乳液界面保护法非对称修饰纳米SiO
2
,成功制备具有双亲性结构的Janus-纳米SiO
2
。通过验证,亲油改性剂十六烷基三甲氧基硅烷成功引入,几乎所有的纳米SiO
2
在制备的过程都被石蜡成功保护,成功制备双亲性Janus-SiO
2
。该方法是一种可大批量高效简单制备Janus-纳米SiO
2
的方法,为油田领域大批量应用需求提供基础。Janus-纳米SiO
2
比亲水纳米SiO
2
和亲油纳米SiO
2
的乳化能力更强,稳定性更高,所以它的携油能力更强;在油藏高含水情况下,Janus-纳米SiO
2
形成的乳液液滴浮在水相上,可随水的运动被带出,提高油藏采收率;Janus-纳米SiO
2
在较低的浓度下即可形成稳定的乳液层,有利于节约成本,有油田领域应用前景。
2025 Vol. 42 (1): 41-46 [
摘要
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19
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28
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47
杨旭, 余战锋, 魏振平
药物装载对W/O型胰岛素微乳形成的影响
微乳作为口服胰岛素的载体具有分散度高、可最大限度保持胰岛素的生物活性且促进其吸收的优点。长期以来,胰岛素载药微乳(Insulin-contained microemulsion,ICME)的处方筛选是依靠空白微乳(Insulin-free microemulsion,IFME)的(伪)三元相图确定空白微乳处方,然后直接加入胰岛素。由于作为生物大分子,胰岛素自身也具有改变油水界面张力和结构的能力,因此,空白微乳中加入胰岛素后(伪)三元相图也必将改变,这可能影响微乳的稳定性。分别绘制并比较了胰岛素微乳与空白微乳的(伪)三元相图,确定了胰岛素微乳的最佳处方。结果表明,空白微乳中加入胰岛素后可不同程度降低(伪)三元相图中的微乳区域面积,降低幅度最高可达56.1%。基于胰岛素微乳(伪)三元相图确定的胰岛素微乳最佳处方(质量分数)为:Span-80含22.6%,Tween-80含9.7%,无水乙醇含8.1%,肉豆蔻酸异丙酯(Isopropyl myristate,IPM)含40.4%,内水相含19.2%,粒径为84.25 nm。结果对于载药微乳的处方优化方法具有一定参考意义。
2025 Vol. 42 (1): 47-53 [
摘要
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21
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43
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54
邓博, 郭诗琪, 吴永红, 黄鹤鸣, 张兵
磁性壳聚糖杂化纳滤膜的制备及脱盐性研究
以聚丙烯腈为基膜材料、磁性壳聚糖(MCs)为掺杂剂,制备了纳滤膜。采用热重分析、红外光谱分别对膜的热稳定性及表面官能团进行了表征。考察了掺杂剂含量、进料浓度和跨膜压力等因素对纳滤膜的脱盐性影响。结果表明:随膜内MCs含量增大,膜的热稳定性提高,对Ca
2+
截留率先增后减。在进料浓度40 mg·L
-1
和跨膜压力0.10 MPa操作条件下,由质量分数为2% MCs原料所制备的纳滤膜对Ca
2+
截留率达100%。
2025 Vol. 42 (1): 54-58 [
摘要
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20
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37
)
能源与环境化工
59
韩倩, 葛志强
Mn
3
O
4
纳米颗粒的类漆酶活性及其对吖啶橙的降解性能研究
为了构建具有漆酶活性的无机纳米酶以克服天然漆酶的提取纯化过程复杂、稳定性较差和成本较高的缺点,采用化学沉淀法制备了Mn
3
O
4
纳米颗粒,以2,4-二氯苯酚为底物对其类漆酶活性进行了评估,并探究了该纳米颗粒对水中吖啶橙的降解能力。结果显示Mn
3
O
4
纳米颗粒具有类似漆酶的氧化还原活性,酶动力学实验结果显示在相同的质量浓度下,Mn
3
O
4
纳米酶与天然漆酶相比具有更高的催化效率;此外,Mn
3
O
4
纳米酶具有更宽的温度耐受范围(25~75℃),室温储存稳定性显著高于天然漆酶。Mn
3
O
4
纳米颗粒在氧化还原介质HBT存在下可以快速高效去除水溶液中的有色染料吖啶橙,5 min内的去除效率可达70%。研究结果表明,Mn
3
O
4
作为漆酶类纳米酶,催化活性较高,储存稳定,制备过程简单,成本低廉,在染料废水处理领域具有良好的应用前景。
2025 Vol. 42 (1): 59-68 [
摘要
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20
) [
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38
)
69
张卫国, 陈光耀, 王宏智, 姚素薇
超级电容器(Ni
x
Co
1-
x
)
0.85
Se纳米球状正极材料的制备及性能研究
采用溶剂热法制备了镍钴双金属硒化物(Ni
x
Co
1-
x
)
0.85
Se电极材料,利用XRD、SEM、TEM以及XPS测试材料的微观形貌和元素组成,通过三电极体系测试电极材料的电化学性能。(Ni
x
Co
1-
x
)
0.85
Se呈现纳米球状结构,直径在200~500 nm之间。通过调节实验条件,合成了Ni/Co比例不同的材料,其中(Ni
0.50
Co
0.50
)
0.85
Se具有最大比电容值(2 900 F·g
-1
,1 A·g
-1
)。(Ni
0.50
Co
0.50
)
0.85
Se与活性炭组装成混合超级电容器,循环稳定性较好(1 A·g
-1
电流密度下2 500次充放电循环后,电容保持率83.21%),表明镍钴硒化物在超级电容器领域具有较高的应用价值。
2025 Vol. 42 (1): 69-77 [
摘要
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20
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5679KB] (
33
)
78
张雯, 贾钦相, 孙嘉鸿, 牛飞宇, 仵语盈
电力设备中六氟化硫气体分解产物的化学检测和处理技术进展
六氟化硫(SF
6
)气体由于其优良的绝缘和灭弧性能被广泛应用于各类中高压电气设备中,但当设备内部存在微量的水和氧气等杂质时,SF
6
会发生不同程度的分解并进一步生成各种复杂的产物。本论文从化学角度讨论分解产物的产生机理及常见的化学检测方法,对目前杂质气体的吸附处理、痕量检测和催化降解技术进行了综述,并对可能替代SF
6
的新型绝缘气体进行了展望。
2025 Vol. 42 (1): 78-87 [
摘要
] (
15
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1514KB] (
35
)
88
王宏智, 包赛赛, 苏展, 于金山, 张卫国
α
-Fe
2
O
3
/还原氧化石墨烯(RGO)的制备及应用
为实现非对称超级电容器(ASC)的高电化学性能,以FeCl
3
·6H
2
O为铁源,通过水热法将
α
-Fe
2
O
3
纳米颗粒均匀分散在还原的氧化石墨烯(RGO)薄片上,成功制备
α
-Fe
2
O
3
/RGO复合材料。该复合材料采用SEM、TEM、XRD和XPS进行表征,并利用标准三电极体系进行电化学性能测试。结果显示:高度组装的
α
-Fe
2
O
3
/RGO在1 A·g
-1
下具有740.8 F·g
-1
的大比电容,并且于5 A·g
-1
下实现80.0%的长循环稳定性(10 000圈)。以制备的
α
-Fe
2
O
3
/RGO为负极,NiCo
2
O
4
为正极组装了NiCo
2
O
4
//
α
-Fe
2
O
3
/RGO非对称超级电容器,不仅在792.8 W·kg
-1
下获得47.8 Wh·kg
-1
的能量密度,而且在5 A·g
-1
下仍然维持78.6%的循环稳定性(10 000圈)。这极大地促进了ASC在储能系统的应用。
2025 Vol. 42 (1): 88-97 [
摘要
] (
17
) [
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6943KB] (
29
)
98
丁瑶, 李文强, 温永红, 詹天荣
气相缓蚀剂的性能评价方法研究进展
气相缓蚀剂作为一种防锈周期长、操作简单、成本低的防锈手段,近年来备受关注并取得了较大进展。随着多种气相缓蚀剂的出现,如何更有效全面的评价一种气相缓蚀剂的作用效果变得尤为重要。综述了气相缓蚀剂的缓蚀性能的评价方法,包括常规实验法、电化学评价方法、近代分析测试方法和构效关系计算方法,并展望了其评价方法的发展趋势。
2025 Vol. 42 (1): 98-105 [
摘要
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16
) [
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36
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106
郭志强, 李铁军, 孙迎基, 李佩佩, 王琦
衍生化结合LC-MS法测定硝酸硫康唑中2种基因毒性杂质
针对硝酸硫康唑中硫酸烷基酯类基因毒性杂质(包括硫酸二甲酯、硫酸二乙酯),开发了方法进行检测。HILIC色谱柱(2.1 mm×50 mm,3 μm),水相为20 mmol·L
-1
甲酸铵溶液-甲酸(1 000∶1),有机相为乙腈,水相-有机相(10∶90),流速0.2 mL·min
-1
,柱温20℃;采用多反应监测(MRM)模式定量检测。探讨了温度、时间对衍生化的影响。该方法硫酸二甲酯、硫酸二乙酯线性相关系数分别为0.999 7和0.998 9,回收率分别为80.3%~102.3%、90.3%~100.0%,操作简单,满足定量分析要求。
2025 Vol. 42 (1): 106-112 [
摘要
] (
15
) [
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1KB] [
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2473KB] (
34
)
化工过程与设备
113
王梓, 诸林, 杨喆, 曾行艳, 王远, 范峻铭
天然气提氦技术研究进展
氦是一种广泛应用于国防与高科技工业的战略资源。含氦天然气是工业化提氦的主要来源。我国已探明的天然气中含氦气的天然气资源少,含氦天然气资源中氦含量也较低,氦资源极其宝贵且提取困难,介绍并总结了国内外提氦技术。变压吸附法与膜分离法工艺简单,产品氦的纯度高;深冷工艺虽然能耗高,但技术成熟,氦回收率高,是目前应用最广泛的技术。集成提氦技术综合多种分离工艺,如深冷与膜分离、轻烃回收与脱氮、水合物与催化脱氢集成技术,提高了氦回收率与纯度、降低提氦成本,具有广阔的应用前景。
2025 Vol. 42 (1): 113-129 [
摘要
] (
22
) [
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6831KB] (
42
)
化工模拟与计算
130
李邢, 曾爱武
基于神经网络和CFD的规整填料塔流体力学计算
提出一种结合计算流体力学(CFD)和BP (Back Propagation)人工神经网络的多尺度计算方法,计算规整填料塔上的流体力学行为。根据最小特征单元实际尺寸建立小尺度三维CFD模型,研究了填料塔单气相和气液两相流体流动分布方式,弥补了在研究塔壁单元和层间转换单元产生压降方面的缺陷。建立了结点网络模型,计算全塔的流体分布等宏观信息。以CFD计算收集到的数据集训练了2组神经网络模型,分别以结点流量为输入计算干塔压降和持液量。计算结果与相关实验数据比较,干塔压降计算模型的平均相对偏差为8.63%,最大相对偏差为14.02%。持液量计算模型的平均相对偏差约为9.63%,最大相对偏差为13.97%。这表明该训练好的人工神经网络模型具备较好的预测能力,结果较为可信。
2025 Vol. 42 (1): 130-137 [
摘要
] (
19
) [
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1KB] [
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2774KB] (
28
)
138
宋梓航, 蔡旺锋, 王燕
三相内循环气升式反应器传质反应过程动态模拟
三相内循环气升式反应器在污水处理、微生物培养等领域应用广泛。对三相内循环气升式反应器建立动态传质反应模型,通过模型计算得到气含率、循环液速、气相和液相中氧含量等物理量在轴向上的分布情况和随时间的变化结果。同时,计算得到了不同操作条件下的下降管与提升管气含率之比和反应器顶部气体回流比的2个值的大小,其结果分别在0.80~0.89和0.44~0.56之间。最后,利用微生物一级反应动力学方程模拟了降解苯酚的过程来验证模型的准确性,计算结果和文献中实验数据进行对比,显示了不同操作条件下模拟值与实验数据的相对误差分别为8.81%和6.86%,充分显示了模型具有很好的可靠性。
2025 Vol. 42 (1): 138-147 [
摘要
] (
20
) [
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1KB] [
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4702KB] (
31
)
148
秦涛, 朱慧铭
一种新型规整填料的传质及压降特性
采用非介入的表面反应气相传质实验来测定规整填料表面的传质系数分布,在此基础上建立了波纹规整填料的流动及传质CFD模型。采用该CFD模型与正交试验开发了一种新型填料,其通道的形状区别于传统波纹规整填料的三角形,采用具有更大水力半径的四边形。CFD模拟结果表明经过几何结构优化后的新型填料在保持良好传质性能的同时,压降减小22.22%~23.03%。
2025 Vol. 42 (1): 148-156 [
摘要
] (
19
) [
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2992KB] (
36
)
157
葛倩男, 杨榛
沥青基球状活性炭气固流化床流动特性的数值模拟及验证
根据颗粒流动力学理论,对沥青基球状活性炭气固流化床的流体力学行为进行数值模拟和实验验证。使用流体动力学软件ANSYS Fluent研究二维气固流化床的流动特性。采用多流体欧拉模型,通过对比冷模试验,分析5种曳力模型、数值参数、进气速度、床层压降和膨胀高度的模拟结果。研究表明:在Syamlal-O’Brien模型下,气固流化床的数值计算参数采用时间步长0.000 1 s、收敛准则10
-3
的二阶离散格式模拟效果最佳。床层运行的理想速度在0.35~0.45 m·s
-1
之间,此时床内颗粒呈明显流化现象。验证结果表明床层压降和膨胀高度的实验与模拟结果一致性好。
2025 Vol. 42 (1): 157-164 [
摘要
] (
18
) [
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3438KB] (
26
)
165
张琪成, 陈霞, 张东辉, 王鸣, 张慧, 董子旭, 王首栋, 付强
SIFSIX-3-Ni变压吸附分离CHF
3
/N
2
的过程模拟研究
使用SIFSIX-3-Ni (MOF)作为吸附剂,应用Aspen adsorption软件建立双床6步工艺流程模型,对CHF
3
/N
2
混合气体变压吸附(PSA)提纯CHF
3
的过程进行了研究。分析了吸附压力、进料流量、吸附时间、均压时间、降压时间以及真空度等主要工艺参数对
φ
(CHF
3
)和回收率的影响,通过工艺模拟,当吸附压力1.5 bar,进料流量0.6 m
3
·h
-1
,吸附时间165 s,均压时间22 s,逆放时间95 s,真空度0.1 bar条件时,
φ
(CHF
3
)达到99%以上,回收率达到90%以上。
2025 Vol. 42 (1): 165-172 [
摘要
] (
16
) [
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39
)
生物与制药化工
173
魏亚男, 刘倩, 齐浩
面向海量数据的集成化DNA存储系统
随着大数据时代的到来,全球数据总量爆炸式增长。由于理论储存密度极高、保存时间长等天然优势,DNA被认为可以对海量数据提供稳定、低成本的存储。自概念提出以来,DNA存储技术在编解码算法、数据恢复及重复性读取等核心方面取得进展。但难以想象基于生物分子DNA的信息存储技术如何实现大规模、稳定的数字信息存储,任何报道的DNA信息存储原型系统的存储能力都与实际信息存储需求间存在巨大鸿沟。因此,DNA分子实现实用信息存储,除了需要解决最为核心的合成成本问题外,仍缺乏对存储不同文件的DNA进行稳定保存及高度集成的技术,并且面临海量数据存储时,需要为DNA文库设计适当索引实现特定文件检索,以及存在DNA生物分子存储设备如何与现有电子系统对接等问题。聚焦保存方式对DNA的物理存储密度和文件检索方式的影响,并介绍了文件检索方式以及自动化设备的开发的研究进展,以期促进物理存储密度高、文件选择性检索便捷的集成化DNA存储系统的开发,从而促进DNA数据存储的商业应用。
2025 Vol. 42 (1): 173-182 [
摘要
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19
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61
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