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基于同步辐射X射线荧光光谱与一维卷积神经网络的癌症筛查方法 被引量：3
1
作者 魏超杰 李超 +5 位作者 解宏鑫 王欣 李玉锋 李玉文 刘杨 王伟 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第1期104-111,共8页
癌症是全球范围内引起高发病率与高死亡率的疾病之一。现有癌症检测方法耗时、昂贵、专业人员依赖性强,开发一种无损、快速筛查方法非常重要。在前期工作基础上,发展了基于同步辐射X射线荧光光谱技术(SRXRF)与深度学习技术结合的一种非... 癌症是全球范围内引起高发病率与高死亡率的疾病之一。现有癌症检测方法耗时、昂贵、专业人员依赖性强,开发一种无损、快速筛查方法非常重要。在前期工作基础上,发展了基于同步辐射X射线荧光光谱技术(SRXRF)与深度学习技术结合的一种非靶标金属组学方法筛查癌症患者。首先,分析控制组与癌症组共269份血清样本的SRXRF谱线,得到Ca、Mn、Zn、Ge、Br在两类人群中具有代表性差异,可以作为癌症筛查的标志物;其次,对于平均光谱进行归一化(Normalization)、迭代自适应加权惩罚最小二乘法(airPLS)、Savitzky-Golay平滑(SG)、标准正态变换(SNV)的预处理,并建立偏最小二乘判别分析(PLSDA)、K近邻法(KNN)、软独立建模分类法(SIMCA)的化学计量学模型,三种模型对癌症筛查的最优准确率分别为89.89%、93.26%、90.95%;最后,基于像素级光谱,搭建三种一维卷积神经网络(1DCNN)模型,三种模型准确率分别为93.56%、95.24%、93.27%,相对于化学计量学模型均有所提高,增加卷积层的数量有助于数据特征提取,模型准确率提高了1.68%。将三种模型卷积层提取获得的特征进行t-分布随机邻域嵌入算法(tSNE)降维可视化,得到1DCNN提取的特征具有显著可分性,SRXRF结合1DCNN模型开发的非靶标金属组学方法在实现癌症的快速筛查方面具有潜力。 展开更多
关键词 癌症筛查 血清 X射线荧光光谱 一维卷积神经网络 非靶标金属组学
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基于同步辐射X射线荧光光谱与机器学习的非靶标金属组学方法区分暴露于不同形态汞的水稻 被引量：1
2
作者 敖飘雪 魏超杰 +7 位作者 解宏鑫 费钰茜 崔丽巍 王伟 涂成龙 商立海 李柏 李玉锋 《环境与职业医学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1095-1102,共8页
[背景]汞是一种全球性污染物,严重威胁人类健康。不同形态汞的毒性不同,建立区分暴露于不同形态汞的样品的方法有助于针对性开展汞的治理,为降低人类汞暴露风险提供依据。[目的]建立基于同步辐射X射线荧光(SRXRF)光谱与机器学习相结合... [背景]汞是一种全球性污染物,严重威胁人类健康。不同形态汞的毒性不同,建立区分暴露于不同形态汞的样品的方法有助于针对性开展汞的治理,为降低人类汞暴露风险提供依据。[目的]建立基于同步辐射X射线荧光(SRXRF)光谱与机器学习相结合的非靶标金属组学方法,从而区分暴露于无机汞(IHg)或甲基汞(MeHg)的水稻。[方法]水稻种子分别暴露于超纯水(对照组)、0.1 mg·L^(−1)的IHg(IHg组)或MeHg(MeHg组)溶液中,种子发芽后继续培养21 d,收集水稻叶片、烘干、称重、压片。利用SRXRF测定各组水稻叶中金属组的含量。采用不同机器学习模型如软独立建模聚类分析(SIMCA)、最小二乘判别分析(PLS-DA)和逻辑回归(LR)对不同组叶片的SRXRF全光谱进行分类和识别,筛选出区分效果最优的模型以区分暴露于IHg或MeHg的水稻。进一步利用特征元素作为输入参数以提升运算速度,减少模型计算量,优化模型。[结果]SRXRF显示,对照组、IHg组和MeHg组的SRXRF光谱强度各不相同,提示IHg或MeHg暴露可干扰水稻叶中金属组的稳态平衡。将SRXRF光谱进行主成分分析(PCA),发现对照组能与汞暴露组很好区分,但无法区分IHg组和MeHg组。利用PLS-DA、SIMCA和LR三个模型进行区分,发现训练集的准确率都高于98%,验证集的准确率都高于95%,交叉验证集的准确率都高于94%,其中LR模型的准确率均高于PLS-DA模型和SIMCA模型。以线性模型LR挑选出的K、Ca、Mn、Fe、Zn为特征元素区分IHg组和MeHg组的预测准确率为92.05%。与全光谱模型相比,利用特征光谱预测模型虽然预测准确率下降,但模型输入参数减少了99.51%,且精确度、召回率和F1得分在84.48%以上,同样可用于区分暴露于不同形态汞的水稻。[结论]基于SRXRF和机器学习的非靶标金属组学方法可快速识别暴露于不同形态汞的水稻,减少人体摄入汞的风险。 展开更多
关键词 无机汞 甲基汞 水稻 同步辐射X射线荧光光谱 机器学习 非靶标金属组学
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基于同步辐射X射线荧光光谱与机器学习的非靶标金属组学预测PVC纳米塑料对水稻毒性的浓度依赖性 被引量：1
3
作者 魏超杰 解宏鑫 +2 位作者 王伟 李柏 李玉锋 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第8期1015-1021,共7页
环境中的微/纳米塑料污染引起了人们极大关注。土壤中的微/纳米塑料不可避免对植物产生影响,因此预测微/纳米塑料的植物毒性可为土壤中微/纳米塑料治理提供抓手。以水稻为研究对象,发展了基于同步辐射X射线荧光(SRXRF)光谱与机器学习的... 环境中的微/纳米塑料污染引起了人们极大关注。土壤中的微/纳米塑料不可避免对植物产生影响,因此预测微/纳米塑料的植物毒性可为土壤中微/纳米塑料治理提供抓手。以水稻为研究对象,发展了基于同步辐射X射线荧光(SRXRF)光谱与机器学习的非靶标金属组学方法,以预测聚氯乙烯纳米塑料(nPVC)对水稻的毒性。首先将水稻暴露于不同浓度(500 ng/g与500μg/g)nPVC中,培养35 d后,收集水稻叶;其次,利用SRXRF研究暴露nPVC后水稻叶中金属组的变化;然后,利用机器学习方法区分暴露不同浓度nPVC水稻样品。对SRXRF光谱进行主成分分析(PCA)非监督聚类,发现500μg/g组能够良好聚类,而500 ng/g组与对照组无明显差异,表明500 ng/g的nPVC暴露对植物的毒性远低于500μg/g nPVC。对SRXRF全光谱,利用线性模型k近邻算法(kNN)和非线性模型支持向量机(SVM)建立预测模型,区分不同组别的准确率可达94.12%。为了提升运算速度,减少模型计算量,使用竞争性自适应加权重采样算法(CARS)挑选特征光谱建立预测模型,区分不同组别的准确率为89.51%。相对全光谱模型,特征光谱预测模型虽然预测准确率下降了4.61%,但模型输入参数减少了99.38%,因此同样具有良好潜力。研究表明,基于SRXRF和机器学习的非靶标金属组学可准确预测不同浓度nPVC对水稻金属组的干扰程度,从而反映nPVC对水稻毒性的浓度依赖性。方法同样可用于预测其他微/纳米塑料毒性的浓度依赖性。 展开更多
关键词 聚氯乙烯纳米塑料 水稻 同步辐射X射线荧光光谱 机器学习 非靶标金属组学
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纳米聚对苯二甲酸乙二醇酯对水稻幼苗光合作用系统和金属组稳态平衡的影响 被引量：1
4
作者 解宏鑫 费钰茜 +6 位作者 曹浩楠 陈瑞 崔丽巍 陈栋梁 于永亮 李柏 李玉锋 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第8期1058-1065,共8页
纳米塑料(NPs)是全球关注的新兴污染物,然而有关它们对陆生植物毒性的知识仍然有限。比较了不同浓度的纳米聚对苯二甲酸乙二酯(nPET)对水稻幼苗的影响。与对照组相比,低浓度(10 mg/L)的nPET明显抑制幼苗的生长,叶绿素含量明显下降,水稻... 纳米塑料(NPs)是全球关注的新兴污染物,然而有关它们对陆生植物毒性的知识仍然有限。比较了不同浓度的纳米聚对苯二甲酸乙二酯(nPET)对水稻幼苗的影响。与对照组相比,低浓度(10 mg/L)的nPET明显抑制幼苗的生长,叶绿素含量明显下降,水稻根中的MDA含量和SOD活性都明显增加,GPx活性变化主要反映在水稻茎部和叶片,表明nPET会干扰水稻光合作用系统,并引发氧化应激。此外,nPET还改变水稻幼苗中钙(Ca)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)和锌(Zn)的含量,表明暴露于nPET会影响植物体内的金属组稳态平衡。总之,nPET会影响水稻苗的光合作用,造成氧化损伤,并干扰体内金属组的稳态平衡,从而影响水稻的生长发育。 展开更多
关键词 聚对苯二甲酸乙二醇酯 纳米塑料 微塑料 水稻 同步辐射X射线荧光光谱
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基于大科学装置的纳米生物效应研究进展
5
作者 解宏鑫 李玉锋 +4 位作者 于永亮 陈栋梁 敬罕涛 李柏 陈春英 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期1483-1495,共13页
纳米生物效应是指纳米尺度物质与生命体系的相互作用情况。大科学装置也称大科学设施,是指需通过较大规模投入和工程建设来完成、建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动而实现重要科学技术目标的大型设施。大科学装置可为纳米... 纳米生物效应是指纳米尺度物质与生命体系的相互作用情况。大科学装置也称大科学设施,是指需通过较大规模投入和工程建设来完成、建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动而实现重要科学技术目标的大型设施。大科学装置可为纳米生物效应研究提供重要工具。基于大科学装置的相关技术在时间分辨率、空间分辨率、测定通量和原位分析方面具有独特优势,可为纳米生物效应研究提供前沿分析方法。该文介绍了基于大科学装置的相关技术在纳米生物效应研究中的最新进展,着重总结了基于同步辐射装置、自由电子激光装置和中子源等相关技术在纳米生物效应研究中的应用进展,特别是纳米材料表征、纳米材料在生物体内的分布与转化以及纳米材料与生物分子的相互作用研究等。此外,也对利用新一代大科学装置开展纳米生物效应研究进行了展望。 展开更多
关键词 大科学装置 纳米生物效应 同步辐射装置 自由电子激光装置 中子源
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空间金属组学与空间代谢组学助力碎米荠富硒机制研究
6
作者 解宏鑫 田雪 +5 位作者 赵甲亭 王黎明 于永亮 崔丽巍 李柏 李玉锋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S01期329-329,共1页
碎米荠(Cardamine violifolia)是我国发现的一种能富集硒的草本植物,植株中硒含量可达几千mg·kg-1。硒不是植物必需元素,因此研究碎米荠对硒的富集机制有利于探究植物解硒毒机制,同时也为利用富硒碎米荠做富硒原料打下良好基础。... 碎米荠(Cardamine violifolia)是我国发现的一种能富集硒的草本植物,植株中硒含量可达几千mg·kg-1。硒不是植物必需元素,因此研究碎米荠对硒的富集机制有利于探究植物解硒毒机制,同时也为利用富硒碎米荠做富硒原料打下良好基础。本研究首先利用ICP-MS、HPLC-ICP-MS、同步辐射XRF及同步辐射XAS等技术对富硒碎米荠植株中不同部位的硒含量、形态、分布及化学种态进行了研究。 展开更多
关键词 空间金属组学 空间代谢组学 富硒碎米荠 同步辐射X射线荧光成像 质谱成像
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