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篇1：固态发酵技术在提升工农业副产品价值中的应用
固态发酵技术在提升工农业副产品价值中的应用
废弃物是人类为满足自身需要的产物,如菜籽饼来自于油菜籽取油,果渣来自于水果取汁,鸡粪来自于规模化养鸡.虽然许多废弃物含有较高的难于被微生物快速利用的纤维素、木质素等,但可以用微生物的'转化技术生产单细胞蛋白、饲用酶制剂以及生物脱毒应用于养殖业,也可以转化为其它工农业产品.一方面可以解决环境污染的问题,另一方面,提升工农业副产物的价值.固态发酵法有处理量大,操作简单,成本低等特点,对于大多数生物过程来说,发酵产物就是产品的全部,不再有二次污染的发生.
作 者：李林辉 徐春 Li Linhui Xu Chun 作者单位：李林辉,Li Linhui(西华师范大学生命科学学院,南充,637002)徐春,Xu Chun(南充市中心医院,南充,637002)
刊 名：生物技术通报 PKU英文刊名：BIOTECHNOLOGY BULLETIN 年，卷(期)： “”(5) 分类号：X7 关键词：固态发酵 副产品 单细胞蛋白 酶制剂 解毒篇2：固态继电器SSR在摩托车中的应用
固态继电器SSR在摩托车中的应用
目前,巴西、德国是济南轻骑集团两大主要出口客户,笔者根据多年从事出口巴西摩托车零部件质量控制及改进工作的经验,简单谈谈在与巴西客户的合作中经常遇到的.摩托车起动继电器坏损问题及主要解决方案,以供读者参考.
作 者：张龙 李照华 Zhang Long Li Zhaohua 作者单位：济南轻骑摩托车股份有限公司 刊 名：摩托车技术 英文刊名：MOTORCYCLE TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(2) 分类号：U4 关键词：
篇3：固态纳米孔分析检测技术在分析化学中的应用论文
摘要：纳米孔检测技术以其独特的优势在电分析化学领域引起广泛的关注， 基于此构建的电化学传感器及电化学整流开关已被用于多种目标物分析， 如单分子蛋白检测及DNA测序。纳米孔既可由生物分子制成， 也可由固态材料制备。其中， 固态纳米孔易于修饰， 机械性能、稳定性等相对较好， 应用较为广泛。纳米孔检测技术主要的输出信号为电阻脉冲和电流-电压曲线 （离子整流） , 本文以两种输出信号为重点， 详细介绍了纳米孔检测的原理和应用， 总结了近年来固态单纳米孔通道在分析化学领域的发展， 并对该领域未来的发展趋势和应用前景进行了展望。
关键词：固态单纳米孔； 电阻脉冲； 离子整流； 传感器； 响应开关； 评述；
Application of Single Solid State Nanopore/Nanochannel Based on Polymer Membrane and Glass Nanopipette in Analytical Chemistry
Abstract:Nanopore/nanochannel sensing technique drawing more attention in analytical chemistry due to its unique advantages and the fabricated electrochemical sensors and electrochemical responsive gates have been widely used for more target detection, including single molecule protein and DNA sequencing. Nanopore/nanochannel that used for fabricating electrochemical detection system is mainly divided into biological nanopore and solid state nanopore, and among them, solid state nanopore/nanochannel has a wide range of application due to its inherent properties, such as easy for modification, good mechanical property and stability. Resistive pulse sensing and current-voltage curves （ ion current rectification） are two main methods of nanopore/nanochannel sensing technique used for target analysis, so in this review, we introduced the fundamentals and applications of nanopore sensing technique based on the above two methods. In addition, we concluded the application and development of single state nanopore/nanochannel in recent years, and also gave a brief look at the future challenges and prospects in the development of this field.
Keyword:Single solid nanopore/nanochannel; Resistive pulse; Ion current rectification; Sensor, Responsive gate; Review;
1、引言
生物医学的快速发展和实际需求为生物传感分析提出了新挑战， 疾病早期诊断及复杂生物样品中的灵敏、准确检测的迫切要求促进分析化学传感技术由传统的定性与定量分析向更高的单分子水平检测发展。自库尔特计数器发明以来， 随着单通道电流的记录技术及纳米微加工技术的日趋成熟， 纳米孔检测技术以其独特的优势， 如低成本、操作简单快速、高通量、实时在线、免标记等， 已在分析化学领域获得广泛的关注和发展[1~3].基于纳米孔构建的电化学传感器已被广泛用于检测各种离子、生物分子、单分子蛋白及DNA, 并有望成为第四代DNA测序的新技术[4,5].
目前， 基于纳米孔构建的电化学检测系统主要分为三类：蛋白质纳米孔、固态纳米孔及结合两者优势构建的杂化纳米孔。蛋白质纳米孔包括α-溶血毒素 （α-HL） 、耻垢分枝杆菌毒素蛋白A （Msp A） 、噬菌体phi29连接器马达蛋白 （Phi29 connector） 等， 蛋白质纳米孔的孔径精确、固定， 相关文献报道展示了其在区分短的寡核苷酸片段及单链DNA方面的绝对优势[6,7].但是， 蛋白质纳米孔本身所具有的局限性， 如机械稳定性差、对实验条件 （温度、p H值、盐浓度等） 要求苛刻， 限制了其广泛应用[8~10].相对于蛋白质纳米孔， 以人工材料构筑的固态纳米孔， 包括氮化硅、氧化硅、石墨烯以及有机高分子薄膜[11], 具备较好的机械强度、优异的化学稳定性和热稳定性， 能够适应更加复杂的检测环境， 还可重复使用， 节约成本[12].固态纳米孔的形状和尺寸可调控， 且能在其表面进行灵活的化学或生物修饰， 能够用于多种复杂结构分子目标物的检测。此外， 其稳定的结构有助于与其它微型探测器和探针或分析电路相集成， 构建更加灵敏的单分子检测的生物传感器[12,13].此外， 杂化纳米孔的发展实现了生物孔和固态孔更好的优势结合， 且避免了两者的缺点， 对于单分子目标物的分析检测具有更大优势[14].目前开发的杂化纳米孔主要有α-HL与Si Nx杂化的纳米孔[15], 将碳纳米管嵌入磷脂双分子层或者细胞膜构建的杂化孔[16].随着DNA折纸技术的发展， 三维DNA折纸结构与固态纳米孔相结合构建的杂化纳米孔已见诸报道[17].
本文结合固态纳米孔的独特优势和性能， 总结了固态纳米孔检测的原理及在分析化学领域的应用， 分别介绍了以电阻脉冲作为输出信号的固态纳米孔用于检测单分子DNA、蛋白质及提高检测性能的方法， 对固态纳米孔以离子整流作为输出信号用于响应开关及电化学传感器的构建进行了概述。
2、 电阻脉冲检测方法
电阻脉冲检测方法具有原理简单、可实时在线监测及响应信号灵敏等优势， 且电流信号经膜片钳系统检测、放大和转换后， 易于读取和分析， 是目前纳米孔分析技术最常用的检测手段[11,18].其工作原理如图1所示， 在纳米通道两段施加恒电位， 在电场作用下， 电解质溶液中的离子流经通道， 产生稳定恒电流 （图1A） .当电解质溶液中存在待测物时， 待测物质能够在扩散作用和电压驱动下进入纳米孔， 堵塞纳米通道， 导致电流降低 （图1B） .当检测物完全离开孔道时， 通道中的电解质状态还原， 电流恢复初始值， 相应的会出现一个电阻的脉冲峰 （图1C） .通过分析脉冲电阻图可以得到3个重要信息：阻塞脉冲电流、分析物滞留时间及阻塞脉冲频率。通过对以上数据进行综合分析即可实现对检测物的定性和定量检测[19].单个分子/纳米颗粒造成纳米孔道尖端离子流的增强或减弱均会产生显着的离子流扰动信号， 可用于获得待测物的结构、长度、表面电荷、振动动频率等信息。
目前， 基于该原理的检测方法常被用于单分子DNA的传感分析， 其对纳米孔的尺寸要求比较严格， 纳米孔的尺寸应尽量与目标检测物在溶液相中的动态尺寸相匹配， 纳米孔的尺寸过大或过小均不能产生理想的电阻脉冲信号[22,23].另外， 目标检测物在电压的驱动作用下穿过纳米孔的速度非常快， 以目前的检测手段及仪器的精度和时间分辨率， 对于实现单分子水平的检测仍然存在挑战， 尤其是对DNA测序过程中单个核苷酸的分辨识别[8,14].通常可通过增加溶液的盐浓度、降低所施加的驱动电压或缩小纳米孔的尺寸， 以降低目标物穿孔的速度， 增强信噪比[24].例如， Xu等[25]开发了一种简单有效的缩小玻璃管纳米孔的尺寸的湿化学方法 （图2A） , 通过硅酸盐的水解反应在纳米孔内壁形成Si O2层， 纳米孔的尺寸缩小到<10 nm.该方法简单有效， 低消耗， 对环境友好， 并且不改变玻璃管纳米孔本身的特性。尺寸缩小之后的纳米孔不仅降低了DNA的迁移速率， 而且显着增强了DNA的迁移信号和信噪比。另外， 很多文献报道已经证实， 在纳米孔表面进行适当的功能化修饰， 不仅能够有效降低纳米孔对目标检测物的非特异性吸附， 防止孔道堵塞， 降低背景信号， 也能够缩小纳米孔径提高检测效果[24].其原理主要依赖纳米孔表面功能化修饰的官能团能够对目标检测物产生相互吸引力 （如氢键、范德华相互作用等） , 降低目标物的穿孔速度。Crick等[26]在玻璃管纳米孔表面覆盖多层石墨烯， 将纳米孔完全覆盖， 通过原位电化学刻蚀， 纳米孔由完全闭合转化为完全打开的状态， 从而精确地制备具有任何孔径尺寸的纳米孔 （图2B） .在较小孔径尺寸下， 能够有效降低DNA穿孔速率， 提高检测效果。此外， 石墨烯表面具有较多的含氧基团， 不仅对DNA迁移速率起调节效果， 而且为纳米孔表面的功能化提供了良好平台。
尽管在纳米孔内表面进行功能化和缩小纳米孔的尺寸在降低目标物穿孔速度、提高选择性和灵敏性方面展现出了一定的优势， 但是这些策略通常需要细致、繁琐的优化过程。开发易于制作和功能化的免标记生物传感器， 实现对单分子目标物 （如核酸DNA和蛋白质） 的检测仍然存在挑战。最近的研究表明， 在固态纳米孔道内嵌入一个门电极， 提供一个局部的电场， 可通过调控门电极的电压实现对目标检测物通过纳米孔的速度及迁移方向的有效控制[27,28].此外， 研究人员还将场效应晶体管 （FET） 与纳米孔相结合， 制备出具有离子效应的场效应管， 其物理原理与传统的半导体场效应管相似， 即通过栅极控制离子的流速， 而非电子或者空穴。该传感平台在提高选择性和控制目标物运输方面具有潜在优势。例如， Ren等[29]通过在具有双孔的玻璃管纳米孔的一个孔道内填充碳， 形成碳纳米电极， 然后在玻璃管纳米孔表面沉积一层聚吡咯导电层作为门电极， 构建了一个新的纳米孔扩展的场效应晶体管 （nex FET） .如图3A所示， 通过控制门电压， 可有效控制DNA在单分子水平上通过纳米孔道， 实现对其检测。另外， 聚吡咯栅层适合嵌入可用于选择性分子传感的人工受体， 通过将胰岛素嵌入到聚吡咯导电层， 实现了对抗胰岛素人类免疫球蛋白抗体的检测。nex FET的显着优势是能实时调整纳米孔的离子运输特点， 通过电聚合调整纳米孔的尺寸与分析物相吻合， 在实现高通量检测的同时也可显着增强信噪比。除此之外， 该课题组同样基于两个孔道的玻璃管纳米孔， 通过在其底部滴加一滴液滴形成纳米桥梁， 将核酸DNA分子的转移限制在间隔为20 nm的两个纳米孔之间 （图3B） [30].相对于传统的纳米孔检测方法而言， 该方法使目标分子的移动速率能够降低约3个数量级， 有效增强了对目标物检测的信噪比、分辨率、灵敏度， 降低了检测限；同时， 该方法具有普适性， 可以扩展用于双链DNA、RNA、单链DNA及蛋白质分子的检测。
最近， 研究人员开始将纳米孔作为一种确定蛋白物理参数的强有力的分析工具， 如蛋白的尺寸、构象状态、蛋白与蛋白之间的相互作用及与适配体和抗体作用的动力学等[31~33].但是， 相对于DNA而言， 蛋白种确定蛋白物理参数的强有力的分析工具， 如蛋白的尺寸、构象状态、蛋白与蛋白之间的相互作用及与适配体和抗体作用的动力学等[31~33].但是， 相对于DNA而言， 蛋白质具有不同的尺寸、三维结构和不均匀种确定蛋白物理参数的强有力的分析工具， 如蛋白的尺寸、构象状态、蛋白与蛋白之间的相互作用及与适配体和抗体作用的动力学等[31~33].但是， 相对于DNA而言， 蛋白质具有不同的尺寸、三维结构和不均匀的电荷分布， 这些都对纳米孔技术检测蛋白质提出了挑战， 尤其是对相似尺寸的蛋白质检测的弊端就是缺乏选择性。解决以上问题主要有两种方法， 第一种方法是在纳米孔表面修饰特异性的识别受体， 蛋白质与受体特异性结合阻塞纳米孔[34,35];另一种方法是利用DNA作为载体分子分离和检测蛋白[33,36].Bell等[37]通过DNA杂交将190个寡核苷酸 （约7.2 kbp） 组装形成线性的双链DNA作为载体， 在特定位置设置与目标蛋白质结合的特异性结合位点， 从而实现了对链霉亲和素的检测。首先， 将亲和素负载在双链DNA载体上， 其中， 1B、3B和5B分别对应着负载了1个、3个和5个亲和素位点， 链霉亲和素通过特异性结合作用连接到DNA载体上。将DNA载体置于纳米孔检测系统中， 在电压的驱动作用下， DNA载体和蛋白的复合物进入纳米孔道。由于结合的蛋白质分子位于DNA载体的中心位置， 所以在离子电流轨迹中， 蛋白质的特征电流峰信号清晰地出现在DNA信号中间。另外， 随着蛋白绑定位点数量增加， 蛋白信号的振幅增大。利用该纳米孔传感器实现了在混合体系中对目标蛋白的特异性灵敏检测。最近， Lin等[38]采用溶菌酶适配体修饰的金纳米粒子为分子载体， 在复杂体系下实现对溶菌酶的高选择性检测。相对于目标蛋白而言， 适配体修饰的金纳米粒子的引入有效增大了复合物的尺寸， 降低了表面的电荷量， 削弱了目标蛋白与纳米孔之间的相互作用， 显着增强了目标蛋白穿孔频率及信噪比。值得一提的是， 以上的检测只能实现对单一目标蛋白分子的检测。Bell等[39]基于载体-蛋白复合结构的检测方法， 提出了一种数字编码的纳米结构， 实现了在复杂体系中对4种蛋白的同时检测。在该工作中， 在DNA载体中引入了纳米孔可识别的独特的条形码， 当该DNA纳米结构通过固态纳米孔检测时， 含有3个结构单元的条形码对其检测的准确性可达到94%.选取4个条形码， 在每个条形码的特定位置修饰对4种目标抗体具有特异性结合的绑定位点， 将其用于混合体系中四种抗体蛋白的同时检测， 很容易通过条形码的明显差异实现对4种抗体的检测和区分。基于载体-蛋白的检测方法对蛋白质的检测和识别相对比较成熟和准确， 但是这种DNA载体的设计和合成通常比较复杂， 需要基因工程和DNA合成化学等。
除了用于单分子的DNA和蛋白质检测外， 固态纳米孔作为一种强大的分析工具在其它应用方面也展现出了绝对的优势。Chen等[40]利用单个的玻璃管锥形纳米孔作为一个模型系统模拟研究了单膜磷脂囊泡迁移的动力学， 囊泡依次动态通过纳米孔， 可通过周期性出现的离子动态阻塞电流信号进行直观的观察。另外， 通过调控纳米孔的尺寸、溶液p H值、囊泡浓度、施加的电压及纳米孔内表面的荷电性所引起的离子电流阻塞信号振幅和滞留时间的变化， 实现对单膜磷脂囊泡迁移行为的系统研究。该课题组还利用纳米孔分析技术在完全均质的条件下实现了对单分子DNA组装结构的表征[41].他们以DNA杂交链反应 （HCR） 和催化发卡组装 （CHA） 反应为例， 基于纳米孔分析技术的超灵敏特性， 实现了对所形成的DNA纳米结构的表征。当形成的DNA串联体通过纳米孔时， 其在孔道内的滞留时间能够提供所形成的DNA串联体的精确的长度和折叠信息。与原子力显微镜分析技术相比， 纳米孔分析技术可通过对其穿孔事件进行计数和分析实现对单个的串联体信息的检测；与凝胶电泳相比， 可通过电流降低的幅度和滞留时间实现对形成的DNA串联体的大致长度和结构信息的表征， 其超灵敏的检测性同样可以揭示被凝胶电泳及其它分析方法所掩盖的DNA串联体的结构信息。另外， 该检测方法在均一溶液中进行， 最大程度避免了由于孵化、探针标记、无限稀释、电场强度等对DNA串联体结构的损伤。该纳米孔的分析技术同样适用于具有更复杂结构DNA折叠行为的表征。
3、离子整流
离子整流效应是非对称纳米通道的一种独特的性质， 其中， 伏安曲线 （I-V） 是其电化学测定结果的直观表现， 即在两侧电解质溶液完全相同的情况下， 非对称的纳米通道在相同外加电场强度下所测得的电流值有明显差别， 伏安曲线呈一条曲线。在这种情况下， 离子整流比为正负相同的输入电压下所得的两个电流的比值[42,43].Siwy等[42,44]对离子整流现象进行了深入的研究， 并基于纳米孔道小孔的尺寸 （接近双电层） 及表面带电荷的不对称性分布， 提出了广为接受的静电刺齿模型， 对纳米通道内离子整流现象进行了解释。Jiang的课题组[45~47]基于亲疏水特性界面的仿生纳米通道在该领域也开展了一系列卓有成效的工作。自Wang等[48]基于锥形纳米孔的离子整流现象实现了对药物分子的成功检测以来， 离子整流现象作为一种信号输出检测方法被用于对目标探测物进行定性和定量研究[11, 49~51].本部分主要集中介绍了基于离子整流效应的固态纳米孔在分析化学传感领域的应用， 包括玻璃管纳米孔和高分子聚合物纳米孔。
3.1 玻璃管纳米孔
玻璃管纳米孔以离子整流作为信号输出实现对目标物检测的报道比较少， 其主要原因可能是在其表面不容易进行化学修饰。Chen等[52]基于玻璃管纳米孔， 利用聚谷氨酸作为一种非孵化探针， 实现了对Cu2+的快速选择性检测。聚谷氨酸的等电点为3.22, 在中性溶液 （p H=7.0） 中带负电荷， 所以在纳米孔的两端分别加入聚谷氨酸和Cu2+, 在电压的驱动下， 分别向纳米孔的小孔端移动靠近， 且二者在小孔端发生螯合反应， 形成的螯合物阻塞纳米孔， 引起电流值降低。该传感器对Cu2+具有良好的检测效果， 通过调控p H值可再生利用， 具有潜在的应用价值。尽管该方法通过选择不同的螯合剂可实现对其它目标金属离子的检测， 但是其应用仍然存在局限性。所以， 对纳米孔表面进行特定修饰是解决这种局限性、减少非特异性吸附、提高检测性能的重要策略。
最常用的修饰方法主要有静电相互作用和共价键作用。Actis等[53]利用静电作用将壳聚糖和聚丙烯酸修饰在玻璃管纳米孔表面， Cu2+可与其发生螯合作用， 吸附在纳米孔表面， 在中性p H环境下实现对Cu2+的免标记、快速、可逆的检测。基于共价键的相互作用方法中， 最常用的方法就是利用硅氧烷化学反应将3-氨丙基三乙氧基硅烷 （APTES） 修饰在玻璃管纳米孔表面， 引入氨基， 进而在氨基的基础上进行下一步修饰反应。基于该修饰方法， 李耀群课题组通过将不同的特异识别功能的官能团通过硅烷化的氨基修饰在纳米孔表面， 以离子整流为输出信号， 构建了多种电化学传感器， 实现了对葡萄糖[54]、蛋白质[55]等的检测， 同时将具有特定响应信号的聚合物修饰到纳米孔表面， 构建了对p H值、温度等具有单响应或多响应的离子整流器件[56,57].
He等[58]开发了3种将金纳米膜沉积在玻璃管纳米孔的内表面可控策略， 为玻璃管纳米孔的进一步修饰应用开辟了新路径。第一种方法如图4A所示， 通过层层组装将聚乙烯亚胺 （PEI） 与葡萄糖氧化酶 （GOx） 通过静电作用修饰到玻璃管纳米孔内表面， GOx在O2存在情况下能够催化氧化葡萄糖产生H2O2, 进而将HAu Cl4还原成Au0.在反应过程中， 与PEI的氨基相互作用的Au Cl4! （作为成核位点） 会优先在玻璃表面还原形成小的Au种子， 可作为催化剂快速生长成为金膜从而覆盖在玻璃管表面。该课题组提出的另一种简单有效的无酶的策略， 玻璃管内表面通过原位化学还原HAu Cl4制备一层超薄的金膜。将聚L-组氨酸修饰在纳米孔的小端作为一个支架材料实现对Au Cl4!的负载， 在盐酸羟胺还原下形成金纳米成核的位点。该方法与上述基于酶反应的方法相比， 更加简单， 整个过程可在2 h内完成[59].基于以上的研究基础， 该课题组又提出了一种简便、直接、快速且环境友好的一步光化学方法在玻璃管表面制备超薄的金膜[60], 如图4B所示。在紫外灯的照射下， HAu Cl4和乙醇作为常规的化学试剂， 被用于在玻璃管纳米孔的内表面缓慢生长超薄的金膜， 由于玻璃管内壁在反应溶液p H≈4.5的条件下带负电荷， 玻璃表面均匀的带负电荷的点或缺陷可作为光化学还原过程中的金纳米成核的位点。该方法对其它带有羟基的光化学试剂， 如乙二醇、乙醇和葡萄糖等也同样起作用， 但反应速率不同。以上方法均实现了在纳米孔表面构筑金纳米薄膜， 为后续在纳米孔表面进一步的修饰提供了更多的可能性， 扩大和推动了基于玻璃管纳米孔构建生物传感器的应用范围。例如， 该课题组在构筑的金膜覆盖的玻璃管纳米孔表面修饰含有巯基的化合物， 如半胱氨酸、硫尿嘧啶等， 研究了其随p H值变化的离子整流特性， 并以此为电化学输出信号构建了生物传感器实现对尿酸的检测[53~55].基于上述3种在玻璃管纳米孔内表面构筑金膜方法， Cao等[61]报道了一种简单、绿色仿生矿化的方法， 利用牛血清蛋白 （BSA） 为还原剂和保护剂， 在纳米孔内表面修饰了一层结构良好的金纳米簇薄膜， 如图4C所示。首先， 在玻璃管纳米孔表面修饰一层带正电的聚合物PEI, 然后通过静电相互作用将BSA组装在纳米孔表面。在p H11.5的条件下， BSA能够将Au?隔离和封装在纳米孔表面， 随后利用其自身的氨基酸残基将Au?原位逐步还原为金纳米簇， 覆盖在纳米孔表面。无论是溶液状态还是在成膜状态， 在激发光照射下， BSA保护的金纳米簇均能发射出很强的荧光， 且荧光强度在较宽的p H值范围内及高盐浓度下非常稳定， 所以可使用荧光显微镜对该方法制备的金膜覆盖的纳米孔修饰的成膜状态进行表征。该方法的另外一个优势是不需要对纳米孔表面形成的金纳米簇膜进行二次修饰， 即实现了合成-修饰一体化， 利用金纳米簇覆盖的纳米孔表面BSA中离子化的羧基 （COO!） 与精氨酸中的胍基通过协同作用所形成的独特的离子对， 实现了对手性氨基酸分子精氨酸的分离和检测。
最近， 空间限域电化学引起研究者的广泛关注。研究人员利用纳米孔有限的空间实现了对个体生物分子的高通量电化学传感。Long的课题组[62]提出并扩展了纳米孔中电化学限制域效应的概念， 从纳米孔和分析物之间的强相互作用、电子传递过程以及纳米孔内的亚波长光3个方面对其进行了阐述， 并将其应用于开发新的基于纳米孔的传感机制。另外， 该课题组将“电化学过程”限域在单个纳米孔道内， 通过“化学-电化学”制备的策略， 实现了在普通化学实验室即可构建含有电活性尖端的无线限域纳孔电极， 具有高时间分辨及高电流分辨能力[63~66].
3.2 高分子聚合物纳米孔
基于高分子聚合物纳米孔的离子整流电化学传感器报道的相对较多， 其主要原因是纳米孔的`构筑可通过化学腐蚀实现， 简单方便；另外， 可通过控制刻蚀时间和刻蚀的方法制备出不同形状、尺寸可调的纳米通道；最重要的是， 刻蚀后的纳米孔表面含有丰富的裸露的化学基团， 易于后续的表面功能化， 为开发智能纳米通道体系提供了良好的材料基础[67~69].目前， 应用最多、研究最广的高分子类聚合物纳米孔为聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET） 材质， 通过NAOH刻蚀制备的PET纳米孔表面含有丱H和丆OOH等活性基团， 将特定的识别单元分子修饰在纳米通道表面可实现对多种目标物， 包括离子、生物分子、蛋白质及DNA的特异性灵敏检测[43,70,71].
通常， 在p H≤3条件下， 刻蚀制备的PET锥形纳米孔不会表现出或者表现出非常弱的离子整流现象， 主要是因为随着缓冲溶液的p H值降低到羧基的p Ka值， 纳米孔表面的电荷降低到零[69].本研究组的研究发现， 在p H≤3且离子强度较低的缓冲溶液中， PET锥形纳米孔表现出与表面带正电荷的纳米孔同样明显的离子整流现象， 如图5A所示， 原来带负电荷的表面在p H≤3时表面表现出正电荷， 电流-电压曲线发生反转[72].进一步研究发现， 该现象的出现必须满足3个条件， 即扫描电压足够大、溶液离子强度要适当、电解液的p H≤3.研究结果表明， 在p H≤3条件下， PET纳米孔表面带正电所引起的离子整流现象是由于纳米孔表面的羧基或羟基的氢进一步质子化造成的。该研究结果丰富了纳米孔技术的知识， 表明基于锥形纳米通道构建的依赖于p H值变化的离子整流纳米二极管无需对PET膜进行任何修饰即可实现。在随后的研究中发现， 未修饰的PET纳米孔表面的羧基和羟基对多种金属离子表现出良好的螯合能力， 吸附在纳米孔表面， 且能引起纳米孔离子整流的变化， 该结果与文献[73, 74]报道一致。基于该原理可实现对特定金属离子的检测， 选择性是关键。在p H=8的条件下， 强的螯合剂EDTA对Cr3+的螯合能力比纳米孔表面的羧基及羟基的螯合能力弱， 但是EDTA对其它干扰金属离子的螯合能力强。因此， 将EDTA引入该纳米孔检测系统可实现对Cr3+的特异性灵敏检测 （图5B） .该方法避免了传统的方法在纳米孔表面的繁琐的修饰过程， 更加简单、方便， 且通过结合特定的螯合剂可实现对特定金属离子的选择性灵敏检测[75].
基于纳米孔表面的羧基或羟基进行特定的化学修饰构建电化学传感器和离子整流器件是目前研究的主流趋势。本课题组基于静电相互作用， 将PEI及Zr4+通过层层自组装修饰在PET纳米孔的内表面， 通过特定的单链DNA及碳纳米管， 实现对目标物的检测[40,67].当目标物存在时， 其能与单链DNA相互作用， 使得单链DNA杂交形成双链DNA.Zr4+对含有磷酸基团的化合物具有很强的亲和力[76], 能够结合DNA.所以， 在纳米孔检测系统中， DNA在电压的驱动作用下能够进入纳米孔道内且吸附在内表面， 引起纳米孔离子整流现象的改变， 从而实现对目标物的检测。为降低目标物检测的背景信号及消除由于单链DNA的吸附造成的影响， 在检测过程中， 我们引入碳纳米管来选择性地吸附单链DNA.通过对捕获探针DNA的设计， 引入富T的DNA单链及ATP的适配子， 实现了金属离子Hg2+及生物分子ATP的检测， 且检测性能良好 （图6A） [43,70].同样， 通过静电相互作用及层层自组装， Wen等[77]将磺化杯芳烃修饰在PET纳米孔表面， 实现了对乙酰胆碱的高灵敏检测。另外， 利用EDC/NHS的偶联反应， 将具有特定识别功能的化合物、生物分子 （DNA, 酶等） 修饰在纳米孔的表面构建仿生的纳米离子通道， 实现了对多种目标物， 如金属离子、生物分子等的检测。Jiang的课题组[45,78]将环糊精修饰在PET锥形纳米孔表面实现了对手性生物分子组氨酸、色氨酸等的分离检测。Lin等[79]刻蚀制备了沙漏型PET纳米孔， 将GOx和辣根过氧化物酶 （HRP） 修饰在纳米孔的表面， 实现了对葡萄糖的检测 （图7B） .葡萄糖被GOx氧化成葡萄糖酸和H2O2, H2O2进一步被HRP降解变为H2O和O2.在该反应过程中， HRP不仅能够有效降解H2O2, 促进GOx对葡萄糖氧化产生更多的葡萄糖酸， 且降解H2O2产生的O2能满足GOx催化葡萄糖反应对O2的需求。在整个反应过程中， 积累产生的葡萄糖酸使得纳米孔周围微环境的p H值降低。由于纳米孔道对微环境的改变具有独特的阳离子选择性能和高的灵敏度， 通过监控离子电流信号， 所构建的纳米孔传感器对葡萄糖展现出了良好的响应性能。
基于高分子聚合物纳米孔的离子整流效应同时也被用于蛋白质的检测， Ensinger等[80~83]做了许多相关工作。他们将与蛋白质具有特异性识别作用的化合物或蛋白分子修饰在纳米孔表面， 实现目标蛋白的特异性结合， 通过纳米孔离子整流的变化对其检测。例如， 他们基于糖类化合物与外源凝集素的特异性作用， 将HRP （含有甘露糖残基） [80]和β-D-甘露糖苷[81]修饰在PET纳米孔表面， 实现对伴刀豆蛋白A的特异性检测。将溶菌酶的适配体修饰在PET纳米孔表面， 通过溶菌酶与适配体的特异性生物结合作用实现对溶菌酶的检测[82].另外， 除了传统的配体-受体相互作用用于目标蛋白的检外， 他们还将金属螯合剂配体修饰在纳米孔表面， 通过铁离子辅助形成的复合物实现对乳铁蛋白的特异性检测[83].该方法可扩展用于构建其它的基于金属离子亲和的仿生纳米孔检测系统用于其它生物分子的特异结合和识别。随后， 基于镍与组氨酸的特异性结合能力， 将镍-次氮基三乙酸 （Ni-NTA） 的复合物被修饰到纳米孔表面用于组氨酸标记蛋白的识别和检测[36].
除了传感器的构建以外， 研究人员还将各种具有响应功能的高分子聚合物及分子修饰在纳米孔表面， 用于构建刺激响应型的离子整流开关器件。目前已经开发出对电压、离子、p H值、温度、光、气体等单响应或多响应的离子整流开关[84~87].本研究组以PET纳米孔表面的羧基和羟基作为光活性的位点， 通过自引发的光嫁接和光聚合反应， 将对CO2和温度双重响应的聚甲基丙烯酸N, N-二甲氨基乙酯 （PDMAEMA） 修饰到锥形纳米孔表面， 构建了对CO2和温度具有双重响应的纳米孔离子整流开关[88].在溶液中充CO2气体时， 纳米孔表面修饰的聚合物的叔胺基团发生质子化， 纳米孔表面带正荷， 使得整流信号发生变化。另外， 该聚合物的低临界溶液温度 （LCST） 约为40℃， 温度的刺激同样使得该聚合物的构象发生变化。当温度高于LCST时， 聚合物呈现折叠状态；相反， 当温度低于LCST时， 聚合物呈现舒展状态。聚合物折叠和舒展状态使得纳米孔的孔径发生变化， 从而引起离子整流的变化。
4、与双极电极相结合的检测方法
双极电极是一个置于溶液中的电子导体， 不通过导线接触， 在其两端施加电压时， 能够同时具有阳极和阴极的作用。双极电极具有结构简单， 制作加工方便， 无需直接导线连接便可使双极电极的两极发生电化学氧化–还原反应等诸多优势， 被广泛应用于材料的合成及非对称修饰、电化学传感免疫分析等领域， 是电化学研究新的热点方向[89,90].最近， 本课题组利用PET纳米通道易于刻蚀制备、孔径可调、绝缘性及机械性能良好等优势， 在纳米孔道沉积金纳米棒制备了纳米级封闭式双极电极阵列， 以电化学发光作为信号输出， 实现了对多种目标物的灵敏检测[91], 如图7A所示。该方法制备双极电极简单快速， 并且双极电极尺寸可通过PET的刻蚀时间进行调控， 克服了传统光刻蚀方法制备微米级或纳米级双极电极的局限性， 是纳米孔通道应用的新途径。Long的课题组[92]将银层覆盖在玻璃管纳米孔内构建了一个无线的基于开放式双极电极的纳米孔传感器， 实现了对Hg2+的检测， 如图7B所示。当施加驱动电压时， 覆盖的银层作为双极电极， 在双极电极阳极银被氧化变为银离子， 在双极电极的阴极， 氢离子被还原为氢气。当检测物Hg2+存在时， 其还原电势比H+低， 能够在双极电极的阴极优先被还原， 使得产生的H2减少， 电流扰动变小。基于此可实现对Hg2+等还原电势比H+低的检测物的检测。该工作利用纳米孔尖端极化作用产生表面聚集负电荷纳米氢气泡， 从而产生管尖离子流增强信号。这一纳米孔创新机制被进一步应用于单个细胞内NADH的选择性测量[20].
5、总结与展望
纳米孔分析检测技术作为一个强有力的技术手段， 在解决分析化学的基本问题， 如提高检测的灵敏度实现目标物单分子水平上的检测、提高检测的选择性能、抗干扰能力以及高通量实时在线检测等方面展现出了突出的优势， 并取得了突破性的进展， 所构建的电化学传感器被广泛用于目标物的定性及定量分析。实现在单分子水平上理解分子结构和功能以及实时生物分析是分析化学发展的重要方向， 纳米孔分析技术以其独特的性能在该领域展现出了卓越的优势。近年来， 科研人员对固态纳米孔在分析化学领域的应用进行了深入的研究并取得了显着的成果， 包括以电阻脉冲作为输出信号的单分子检测、以离子整流信号为输出构建的电化学传感器及响应器件的构建， 并且基于纳米孔的第四代DNA测序仪已经问世。但是， 仍然有很多关键性的问题亟待解决， 例如固态纳米孔制备的重现性问题， 固态纳米孔表面的可控修饰问题， 将纳米孔检测技术与其它技术手段 （如表面增强拉曼、石英晶体微天平、光谱化学等） 结合， 扩展其应用范围到活体、细胞、单分子等的实时在线分析检测等。目前， 以光学作为检测信号的固态纳米孔也已取得了一定的进展[93], 固态纳米孔也在能源转换及反应机理研究中获得应用[94].可以相信， 随着纳米科技的不断发展及纳米孔理论的进一步完善， 更多更具创新性的检测手段将与纳米孔子相结合， 终将推动纳米孔分析检测技术向更高、更深的水平发展， 应用前景更加广阔。
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篇4：论硅藻技术在废水水处理中的应用价值
论硅藻技术在废水水处理中的应用价值
摘要：介绍了硅藻技术在废水水处理中的应用,并将水处理工艺的生化与物化技术有机地结合起来,实现稳定达标或满足中水回用的要求.对保证水资源的'有效利用,促进社会经济可持续发展起到巨大的积极推动意义.作 者：李胜军 作者单位：河南龙宇煤化工有限公司,河南,永城,476600 期 刊：河南化工 Journal：HENAN CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：2010, 27(14) 分类号：X703.5 关键词：硅藻 废水 水处理 应用价值篇5：浅谈价值工程在设计中的应用
价值工程(Value Engineering)，又称价值分析，是一门技术与经济相结合的现代化管理科学，设计是工程建设的基础，设计方案上任何环节的不合理或缺陷所留下的隐患都会造成工程项目投资的不良经济后果。应用价值工程理论，对工程项目进行科学的分析，对设计方案进行优化选择，不仅从技术上，还要从技术与经济相结合的前提下进行充分论证，在满足工程结构及使用功能要求的前提下，依据经济指标和综合效益选择设计方案，显得越来越重要。
笔者根据多年的造价工作实践经验，谈谈如何运用价值工程原理，在工程项目设计中优化设计方案、降低工程造价，提高经济效益，使价值工程技术在工程设计中得以更广泛的运用，使设计项目真正做到技术先进、功能齐全、造价合理。
一、价值工程与工程设计的关系
价值工程是指重于功能分析，力求用最低的寿命周期总成本，生产出在功能上能充分满足用户要求的产品、服务或工程项目，从而获得最大的经济效益的有组织的活动。一般来说，提高产品价值的途径有五种：一是提高功能，降低成本;二是功能不变，降低成本;三是成本不变，提高功能;四是功能略有下降，但带来成本大幅度降低;五是成本略有上长;但带来功能大幅度提高。
价值是评价某一产品、服务或工程项目的功能与实现这一功能所消耗费用之比合理程度的尺度，用数学比例式表达如下：
价值(V)=功能(F)/成本(C)
设计不仅是关于工程技术领域的科学，也受社会、政治、经济等方面的制约。在设计过程中，利用价值工程对设计方案进行经济比较，对不合理的设计提出意见，运用价值工程原理，对方案实行科学决策，对工程设计进行优化，使设计项目的产品质量，也就是产品最终价值体现在经济效益和社会效益中。由此可见设计质量的优劣是价值工程应用的最好体现。在工程设计中应用价值工程，对资源合理配置，增加设计产品的科技含量和价值均具有重大的意义。
二、价值工程的核心和方法
价值工程的核心是功能分析。它通过对产品的功能分析，研究如何以最低的产品寿命周期成本去实现产品的必要功能。就是说在项目设计时，对产品进行工艺方案分析的同时，还要对产品的功能进行分析，从而确定必要功能和实现必要功能的最低成本方案。
价值工程分析的方法有多种，选择对象进行功能分析时，一般采取经验分析法、ABC分析法以及百分比分析法。在价值工程分析中，我们首先根据项目的具体情况，确定工程项目应用价值工程的对象和需要分析的问题，一般考虑设计标准高低的确定，设计内容中有无不必要的功能，在应用价值工程进行有组织活动时，我们把价值工程活动同质量管理活动结合起来，把各专业人员(工艺、设备、建筑、结构、电气、给排水、总图运输等)组织起来，发挥集体的力量。各专业设计人员充分利用价值工程分析方法，寻找在满足质量要求的前提下降低成本的途径，通常选择价值量大的单项进行重点分析，同时对不同的项目采取不同的解决方法。在具体的价值分析时，收集各种基础资料和技术资料，应用功能分析的原理，对项目实体进行系统的功能分析，如分析项目的每个分项工程、甚至每个专业在项目设计中的作用。寻找有无其他方法能实现项目的功能，同时从功能和成本两方面来进行评价，计算改进方案的成本和功能值，根据改进方案的评价，从中优选最佳方案。
三、价值工程在工程设计中的应用
价值工程作为一门运用管理技术，在设计过程中的运用实际上是发现矛盾、分析矛盾和解决矛盾的过程。具体地说，就是应用价值工程，分析功能与成本的关系，以提高设计项目的价值系数，
在设计中要勇于创新，探索新工艺、新技术的可能性，有效的提高设计技术的价值。通过优化设计来控制项目成本是一个综合性的问题，不能片面强调节约成本，要正确处理技术与经济的对立统一是控制成本的关键环节。设计中既要反对片面强调节约，忽视技术上的合理要求，使项目达不到功能的倾向，又要反对重视技术，轻经济、设计保守浪费的现象。设计人员要用价值工程的原理来进行设计方案分析，要以提高价值为目标，以功能分析为核心，以经济效益为出发点，从而真正达到优化设计效果。
下面列举应用实例。利用价值工程优化设计方案，提高价值。
在某省重点“十五”技改工程设计中，我们运用价值分析方法进行方案优选，通过技术方法比较、经济分析和经济评价，把设计项目寿命周期成本的观念渗透到具体设计技术措施之中。该厂新建一座近10万平方米的联合工房，集制丝车间、卷接包车间、参观走廊、辅料高架库、配方高架库、办公及辅助用房于气体的综合建筑。工艺方案收集国内外有关资料，为实现某一功能提出各种各样的设想，并使其完善和具体化，我们进行了多种方案的经济比较，通过优化设计，改进了原不合理的工艺布局，减少了一些重复的、不必要的工序，最后确定的设计方案，是国内最先进的工艺流程，降低了工程造价近亿元，有效控制了工程成本，大大提高了企业的价值。
在总图的布置上，充分利用地势、地貌的特点，该工程建设场地东北角北面地势较低，与南面高差10米左右，利用地势的高差建设配方高架库，高架库设计为单层，层高10米，这样有机的把库房与厂房连接起立，工艺流程也顺畅，厂区内功能分区明确，人流、物流通畅，减少了填方工程量，节约了工程造价。该项目总图方案我们结合项目现场实际情况、场地现状进行三维空间规划与设计，同时注重设计方案的经济效果，以合理的工程造价，最大限度地满足功能需要，很好地利用了建设场地地形，使项目投资降低，经济效益显著。
在这一设计方案中，我们总结了以下几点：①要敢于打破框框，不受原设计的束缚，完全根据功能定义来设想实现功能的手段，要从各种不同角度来设想;②要组织各专业设计人员参加这一工作，发挥集体的力量;③把不同想法集中，充分考虑各种设想的利弊，综合确定新的方案，并逐步使其完善。
实例2：利用价值工程降低工程成本，提高企业经济效益。
在某瓷厂技改工程设计中，运用价值分析方法。首先我们进行广泛深入调查研究，根据企业现有厂房、设备等固定资产和财务状况，对扩建工程内容统一规划、统一安排、合理调配。彩烤车间4523平方米，建设单位已委托某县设计单位作了土建施工图设计，并按图打下了桩基，±0.000以上未建，按我院工艺设计，原土建设计不能满足工艺要求，需重做土建设计。在确定土建投资时，我们利用价值工程分析原理，寻找建筑、结构在功能满足使用要求、合理的基础上的最优方案，发现利用原设计柱网的布置，并利用原有厂房原料(一)车间、成型(一)车间，进行适当地改造，完全可以满足功能使用的要求，可节约土建投资600多万元。在确定设备投资时，对主要设备、材料的选择我们采用价值工程法进行比选。具体是采用两次价值系数进行评选，以最终价值系数大者为优胜者。通过价值分析，节约投资近500万元，提高了企业的经济效益。
实例3：利用价值工程，使项目投资略有上升，工程功能大幅提高。
通过价值工程活动，结合设计项目和所在地的自然地理条件，对设计成本进行分析，合理设计，有效利用资源，显然会大大提高其价值和功能。在建筑工程中，基础隐蔽工程部分往往发生变更较多，因为基础地质复杂、不确定的因素较多，一旦地质资料质量不高，缺乏科学依据，很容易造成设计不准确。例如：在某房地产开发项目设计中，由于地基复杂、地质资料提供不准确等问题，基础设计深度与实际不符，需重新修改施工图基础设计，基础深度加深为3.5米，局部加深达到4.2 米。修改设计后基础工程建设成本有所增加，我们利用价值工程原理进行分析，在这种深基础的情况下，建设地下室增加的建安成本约为单独建地下室的25%，而可以利用地下室做车库、地下商场等功能的提高，远远大于建安成本的价值，地下室的建设增加了建筑面积，可以给房地产开发商带来较大的经济效益。
篇6：FDO技术在地理信息系统中的应用
FDO技术在地理信息系统中的应用
随着GIS的快速发展,应用领域不断扩展,数据格式越来越多,不同系统之间数据的共享却很难真正实现.FDO技术的.出现,有望打破这种壁垒,在不改变现在系统的开发模式的前提下,扩展现有GIS系统的适应性.
作 者：祁成兵 Qi ChengBing 作者单位：郑州市规划勘测设计研究院,河南,郑州,450052 刊 名：城市勘测 英文刊名：URBAN GEOTECHNICAL INVESTIGATION & SURVEYING 年，卷(期)： “”(4) 分类号：P208 关键词：FDO 开源 数据转换 应用篇7：多媒体技术在地理信息系统中的应用
摘 要将多媒体技术应用于地理信息系统中的关键问题是：如何有效地管理多媒体数据和空间数据；其次，在区域分析过程中，怎样实现多媒体播放功能.指出用扩充的关系数据模型作为多媒体数据模型较适宜；多媒体功能的实现则取决于多媒体数据的格式是否为RIFF格式以及对多媒体数据的应用要求.最后展示了多媒体技术在地理信息系统中的应用前景.
关键词多媒体技术，地理信息系统，空间数据，属性数据，区域分析，数据模型.
现今由于多媒体技术的迅速崛起和高速发展，越来越多的应用软件都大量使用了多媒体技术.如果将多媒体技术应用于地理信息系统(geographic information system，简称GIS)软件中，势必大大增强GIS信息的表现能力，扩大GIS的应用领域.那么怎样将多媒体技术应用于GIS软件中呢我们认为应从两方面来设计：其一是怎样将多媒体数据溶于GIS数据库中，并保证提供GIS软件的双向检索及各种分析功能；其二是在应用过程中，怎样实现多媒体的播放功能.以下就这两个内容及其应用前景谈谈我们的看法.
1 多媒体数据的有效管理
通常，应用软件中的多媒体数据有两种生成方式：一种是媒体播放之前，将其数字化到数据库当中，播放时从数据库中取数据；另一种是播放时，边生成边播放.而GIS软件中的数据库又分为空间数据库和属性数据库，即我们可根据媒体数据的特性或应用软件的要求将多媒体数据分别溶于空间数据库和属性数据库中.
1.1 GIS数据库中多媒体数据的管理
1.1.1 GIS空间数据库中多媒体数据的管理 目前，多数GIS应用软件所能描述的空间目标都是静态的，实际上，很多GIS所要表达和研究的空间目标都不会是一成不变的，因此，GIS研究者已广泛关注能对时空过程和时空目标进行描述和分析的时态GIS(temporal GIS).时态GIS的组织核心是时空数据库，即设计一个合理的时空数据模型是建立时态GIS的关键所在.虽然目前还没有较成熟的能支持时态GIS产品的.时空数据模型，一但时空数据模型的研究有所突破，不仅能解决时态GIS的应用问题，还将解决空间数据库中动画数据的管理问题，即可通过使用动画技术来实现在屏幕上动态播放时空过程.如动态显示卫星云图的变化情况、地壳变动情况、森林沙化和城市化情况以及海岸或河滩的侵蚀或淤积变化情况等.
有关时空数据模型，张祖勋［1］提出使用分级索引方法来对基本修正法进行改进.这种方法就是不存贮研究区域中每个状态的全部信息，而只存贮某个时间的数据状态(称为基态)以及相对于基态或邻近状态的变化量.在此基础上，建立分级索引，以便能快速找到所需的时空过程的数据.
要使用这种建索引的基本修正法，需要考虑两个问题，一个是如何建立索引；另一个是如何设计用来描述两个状态变化量的差文件.
关于建索引的问题，笔者认为：基态，亦a,b,c,d分别表示时态GIS的4个时期；T.时间轴；t0,t1,…,tn分别表示 时态在GIS某个时期的n+1个时态，其中tn为基态，即“现在”时态 一次数据状态——“现在”时态总是变化的，每产生一个新的现在时态，就应生成一个现在时态与前一次时态的差文件，同时根据现在时态所处的时间位置来决定是否产生新的索引差文件.以四叉树为例，如图1所示，当n为2i(i=2,3,…)的整数倍时，就需产生tn-2i～tn的索引差文件.相应地为了减少索引差文件所占的存贮空间，而又不影响对任一时态的检索速度，可将tn-2i+1～tn-2i的索引差文件删掉，所删的索引名文件个数正好比新建的索引差文件个数少一个.
关于差文件，笔者认为在设计中应考虑如下几个因素.(1)由于差文件是通过对两个时态的目标信息进行异或而产生的，这意味着差文件包含有两类目标信息：一类是前一时态有而后一时态无的目标信息；另一类是前一时态无而后一时态有的目标信息.为了能根据差文件快速、连续地由一个状态到过去另一状态或最近另一状态进行检索，应在差文件中将这两类目标信息予以标识区分.(2)两个状态之间目标变化应是有对应关系的，即0→1(目标从无到有)；1→0(目标从有到无)；1→N(目标从一个变成多个)；N→1(目标从多个变成一个)，以及目标空间信息无变化，属性信息有变化；目标局部空间信息有变化等.为了能进行快速检索，在差文件中应将两类各目标之间的对应关系予以标明，当然，这会增加差文件生成过程的复杂性.(3)和所有地图数据库模型类似，差文件也由空间信息、属性信息和关系信息组成，差文件中应将每个目标这3种信息之间的关系予以标明.
1.1.2 GIS属性数据库中多媒体数据的管理 有些GIS的应用中，认为多媒体数据是一种特殊的专题属性数据.怎样选择多媒体数据的数据模型，使得既能遵循其自身特点，又能有效地建立起它与空间数据的联系，是多媒体技术在GIS应用中的关键所在.
目前，多数GIS属性数据库使用的是关系模型.为能将关系模型应用于多媒体数据管理系统中，就必须对现有的关系模型进行扩充，使它不但能处理格式化数据，也能处理非格式化数据.杨学良［2］就这个问题提出了3种技术策略：将多媒体数据文件名作为关系中元组某列(或属性)；将每个元组作为一个完整文件保存；元组中存贮格式化数据以及非格式化数据的引用项，而非格式化数据单独存贮.
对比这3种技术策略，第一种技术策略方法简单、容易实现，适宜于对多媒体数据进行播放.第二、三种技术策略虽然能够实现并发控制和恢复，以及实现对多媒体数据进行编辑和拮取的应用，但由于此两种技术策略将每个元组所对应的空间目标的专业属性和多媒体属性混在一起，这既增大了应用程序设计的复杂性，又不利于那些只需使用空间目标的专业属性的一些应用的实现.为此，我们认为，在第一种技术策略的基础上，增加一个或多个属性项，用于存放多媒体数据的文件信息和数据流信息，当我们需要对多媒体数据文件进行特殊应用时，可根据文件信息和数据流信息对多媒体数据文件进行操作.
1.2 GIS区域分析中多媒体数据的生成
多媒体数据生成的另一种方式是在GIS应用中，边统计、分析运算，边生成结果数据——多媒体数据.
1.2.1 空间分析中多媒体数据的生成 空间分析是一组分析结果依赖于所分析对象的位置信息技术［3］，因此，空间分析要求获得目标的空间位置及其属性描述两方面信息.空间分析主要有：地形分析、叠加分析、缓冲区分析和网络分析等.
为了能更清楚地表示上述一些空间分析的结果，我们可用虚拟现实技术来实现.所谓虚拟现实［4］是一种由计算机生成的高级人机交互系统，即构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境，使用者通过专门的设备可在这个环境中实现观察、触摸、操作、检测等试验，有身临其境之感.比如，可用虚拟技
术来观察地形分析或网络分析得到的空间效果，使用者可用交互操作的方式来控制自己与观察对象的角度、距离以及光照等，使观察对象随使用者的操作而动态旋转.此时以动画形式显示的媒体数据随使用者的操作产生并显示.1.2.2 统计分析中多媒体数据的生成 统计分析就是用数理统计方法开展区域分析.数理统计方法主要有：统计特征值、研究两种或多种地理现象之间的相关分析，通过一组实际观测数据分析系统变量之间因果关系的回归分析，以及主成分分析等.
为了更加形象化，我们可以将数理统计结果以直方图、曲线、曲面或区划图表示，甚至可以将重要的部分以醒目的颜色、特殊的符号或闪烁的显示形式来告诉使用者，还可以配上解说词，以增加系统的感染力，而表现这些现象的媒体数据是在统计分析之后由系统自动生成并播放的.
2 GIS应用系统中多媒体功能的实现
在GIS应用软件中进行多媒体功能实现，首先是受GIS应用软件自身开发平台的限制.多数情况下，GIS应用软件的多媒体开发平台宜选择编程语言，如VC++，VB或BC++等，以利于和GIS应用软件相结合.一旦多媒体开发环境确定下来，那么怎样实现区域分析中多媒体功能
2.1 空间数据库中多媒体数据的播放
由前所述，空间数据库中存贮的多是各期间的时空数据，这些数据的结构与MCI所能接受的多媒体文件格式RIFF(resource interchange file format)不同，所以应用程序不能直接调用MCI函数和API函数，必须根据时态GIS的空间数据库结构，设计一个相应的动画播放程序来实现动态显示功能.
下面简述动态显示时态GIS中ti～tj状态的算法步骤(0≤i≤j≤n，其中n为现在时态).(1)由基态开始检索各索引差文件直到生成ti状态信息.(2)显示ti状态信息.(3)根据ti差文件，擦除ti状态有而ti+1状态无的信息，显示ti状态无而ti+1状态有的信息.(4)i+1→i.(5)当i＜j时，转(3)；否则结束.
如果用上述算法来实现动态显示时空过程，还有很多细节需要设计.首先，在(1)步骤，从基态开始，逐级逐步检索，每检索到一个状态差文件，就需根据差文件来生成该状态信息，直到ti状态处；其次，在(3)中，需要用到动画技术，擦除前一状态信息实质为恢复该处显示内容，而显示后一状态信息之前，需保存后一处信息内容，再予以显示新状态信息.
2.2 属性数据库中多媒体数据的应用
一般来说，多媒体数据主要应用于两个方面：一个是简单播放；另一个是对多媒体数据进行编辑和拮取.对于前者，只要使用MCI函数或API函数按属性数据库中其他属性的要求进行播放；对于后者，这就要求程序员熟悉多媒体数据文件格式RIFF，根据多媒体数据的文件信息和数据流信息，通过调用多媒体文件输入/输出函数来实现多媒体的播放、编辑、拮取以及同步控制等操作.
