叶病斑虫损冠层分析

为探明古代冠饰上镶嵌的珠宝玉石等饰品的材料，对其进行科学修复、复原和复制，2015年5月14日至19日，上海光机所科技考古中心与陕西省文物保护研究院、咸阳市文保中心合作，联合南京派光信息技术有限公司、北京嘉元文博科技有限公司，采用便携式XRF、手持式XRF和便携式拉曼光谱以及视频显微镜等分析设备在陕西文物保护研究院，开展了对隋炀帝萧后冠饰、唐裴氏冠饰以及清代冠饰的多方法原位无损分析研究。　　其中，萧后冠饰由考古工地整体搬迁至实验室进行逐层详细清理，测试分析是在清理过程中进行的，通过原位无损分析可以及时获取冠饰上装饰物、金银基质、土壤以及伴出文物的化学成分和物相信息，以便了解和判断冠饰上装饰物的种类和金银基质的制作工艺。通过综合测试分析，清理出的萧后冠饰主要装饰有高铅玻璃珠等 裴氏冠饰上的冠饰主要有珍珠、水晶、透闪石、绿松石、玻璃等 而清代冠饰一类以宝玉石为主，主要有珍珠、珊瑚、琥珀、透闪石、翡翠、尖晶石、金星石、水晶、朱砂等，另一类以玻璃为主，主要体系有钾铅、钾钙硅酸盐玻璃等。　　在此之前，上海光机所科技考古中心曾与陕西省考古研究院合作对唐李倕公主(唐高祖李渊的第五代后人，卒于736 AD)冠饰上镶嵌的宝玉石、玻璃及金饰进行了原位无损分析，成功检测出冠饰上紫色、淡紫色、红色、白色、蓝绿色、无色、绿色、紫红色、亮绿色坠饰、花瓣和贴饰所使用的材料种类，这件制作精美的花冠所用饰件的种类较多，包括紫水晶、红玛瑙、水晶、绿松石、透闪石、金、钠钙玻璃和高铅玻璃等，相关成果已收录在专著《The Tomb of Lichui》(德文和英文版已经出版，中文版亦即将问世)。　　结合相关背景分析，隋唐时期冠饰上的宝石和钠钙玻璃应由西方输入，而透闪石、珍珠、高铅玻璃等则可能属于国产制品。这对探索唐代手工业的发展及相关原料的贸易具有重要意义。而清代的冠饰上的玻璃多由中国自制，而翡翠和尖晶石等宝石则属于舶来品，也使用了点翠工艺，冠饰基质多为鎏金铜质，柄部则为鎏金银质。　　本研究受到上海市研发公共服务平台建设专项和973项目子课题的支持。

p style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201804/insimg/012b3d42-f7a2-4dba-9536-0b3ca6af1363.jpg" title="NewsDataAction-3.jpeg"//pp style="text-align: center "叶建仁在实验室。王新年摄/pp　　他让松材线虫病检测变得像用傻瓜相机一样简单/pp　　叶建仁的脸庞因常年在野外林地风吹日晒而显得黝黑，只有身上的白大褂和儒雅的气质，让人觉得他像一位“医生”。/pp　　采访叶建仁并不是件容易的事：他平均一个月出差3到5趟，刚从东北林场回来，又被聘为黄山防治病虫害的首席技术专家，还没顾得上歇息，又扎进了实验室。在各种仪器操作声中，他一边注视着手中的玻璃器皿，一边指导他的学生观察和记录变化，里面是团队成员采集回来的线虫样本。/pp　strong　40年间不忘树医的职责使命/strong/pp　　“我国是世界上森林病虫害发生率最高的国家，身为一名‘树医生’，使命不敢忘！”在南京林业大学林学院实验室，面对三获国家科技进步奖的荣誉，叶建仁这样说。/pp　　松树是我国种植最广泛、最常见的树木之一。然而，在过去数十年间，松材线虫病一直危害着广袤松林，其防控成了世界性难题。/pp　　1978年，叶建仁考入南京林业大学前身——南京林产工业学院。大学毕业后，他考上本校森林病理学专业的研究生，师从李传道教授。/pp　　“在幅员辽阔的国土上，数百种树木都有不同的特征性质，各种病害原因各不相同。”叶建仁解释，我国的森林覆盖率从新中国成立初期的8.6%发展到当前的21.66%，人工林面积比例很高，但也导致树种单一、树龄单一、生物多样性脆弱，一旦出现病虫害就容易流行。/pp　　40年间，叶建仁不忘“树医生”的职责使命，他在广阔森林种下的梦想种子开花结果，见证并亲历着我国森林病理学逐渐赶超的过程。/pp　　strong培育基因库，检测技术从无到有/strong/pp　　“以前，山上栽满了郁郁葱葱的松树，但却因为一场突如其来的病虫害而大片枯死。如今一到冬天，新栽的落叶树木再也没有了昔日的绿意。”叶建仁指着窗外的紫金山，遗憾地说。/pp　　那是1982年，南京中山陵一些松树得了松材线虫病。感染上这种病症，松树的水分输导系统就会被摧毁，两个月内便不治而亡。/pp　　“这种病害发源地在美国，但当地松树在长期物竞天择、基因改良中相安无事。”叶建仁告诉记者，30多年来，这种外来有害生物已蔓延至全国近20个省份300多个市县。如果不加以干预，九成以上的松树将会受到感染，林业将遭受严重打击，甚至威胁到国土生态安全。/pp　　雪上加霜的是，当时没有对病害的有效检测手段。有些地方只能用肉眼观察，不乏难以辨别的。很多情况下，对从疫区来的木材制品的检疫只能是形同虚设。/pp　　“找到松材线虫有别于其他虫的基因序列，在检测时就可以准确高效。但这项工作要比想象中艰难得多。”叶建仁解释说，为培育出世界上最大的松材线虫活虫基因库，他和队员频繁地深入各个疫区，采集到300多个虫株，随后反复开展试验，直到找出特异性基因片段。/pp　　叶建仁相信，做研究要经得起坐冷板凳。从2000年开始，他带领团队历时6年，终于研制出了关键防控技术——松材线虫病分子检测鉴定技术，结束了检测基本靠形态学肉眼判断的历史，并获得2008年度国家科技进步二等奖。/pp　strong　让一线工人也能轻松分辨松材线虫/strong/pp　　“我们不可能要求一线的工人像实验室里的博士那样，完成一整套实验。”基因序列的检测手段，由于需要较高的学术性和技术含量，在基层应用上碰到了许多困难。叶建仁琢磨，能不能有一种技术，像傻瓜相机一样简单，只要按下快门，就可以拍摄出好照片？/pp　　2009年，叶建仁着手开始新一轮攻关，他与科技公司合作，将检测鉴定技术升级改良为“松材线虫专项自动化检测系统”，时间也从原来的9到25小时缩短为2小时，让现场检验成为可能。两年后，他和团队又研发出松材线虫恒温检测技术，检测仪器成本也从30万元降到1万元以内。/pp　　记者在现场看到，一个只有文具盒大小的仪器，却有着神奇功能：如果检测结果是该病，就会出现两道红线，即便是没有专业知识的人员也能轻松分辨。/pp　　“就像检测牛奶抗生素那样直观简单，在县里也能用起来啦！”一位基层工作人员坦言，这项革新使松材线虫病变得可防可控，大大降低了潜在损失。/pp　　目前，这项技术已在全国18个省份推广，并建立了70多个检测鉴定中心，松材线虫病扩散速度得以大幅降低。今年初，叶建仁主持完成的科研成果“中国松材线虫病流行动态与防控新技术”获2017年度国家科技进步二等奖。/pp　　叶建仁还将很多精力放在教书育人上。这些年，他培养出140多名硕、博研究生，并坚持给本科生上课：“希望更多的有志青年投身到森林病虫害研究中，为生态保护贡献一份力量。”/p

冻干工艺是将液体产品在容器内进行冷冻，然后在低压环境下，通过升华形式进行干燥。而冻干制剂生产过程中可能会遇到的一个问题，就是作为容器包材的玻璃西林瓶偶尔出现破裂或破损，虽然这种现象相对罕见，但一旦发生，就可能是一个严重的问题，因为它会导致产品损失、甚至带来溢出产品和破碎玻璃渣对设备内部造成的污染。由于整个冻干过程会处于一定温差范围内进行，因此一些观点认为，这种破损现象与包材热应力有关，可以通过改变西林瓶的热性能来减少发生概率。 但事实是这样吗？本文将告诉你答案。西林瓶破损原因及种类分析在本篇引用文章中，作者通过分析西林瓶破裂形式来寻求答案，尽管文章研究的主体针对管制瓶，但破损现象在模制瓶和管制瓶上都可能发生。当然精确判断西林瓶破损的原因是复杂的，因为在冻干过程中可能会出现几种明显不同类型的破损。这些破损类型有不同的原因，需要采取不同的纠正措施。此文将重点介绍更常见的管制西林瓶的破损类型，即在大多数情况下，断裂模式如下图1所示。这种模式的特点是在玻璃瓶外表面下侧壁区域出现垂直断裂，有时在原点上方和/或下方出现分叉。 图1：冻干过程中的典型瓶裂现象当力作用在玻璃物体上时，玻璃会发生弹性变形（应变），从而产生压缩应力和拉伸应力。这些应力在玻璃中的独特分布取决于瓶型设计因素、玻璃厚度分布以及施加在物体上的力的类型。玻璃只有在拉伸应力的影响下才会破损，裂纹会沿着垂直于拉伸应力分布的方向扩展。因此，裂纹样式对应于破损时作用在玻璃物体上的力的类型是仅有的，从而有助于识别导致破裂事件的力。破裂西林瓶的不同裂纹样式示例如下图2和下图3所示。图2中的西林瓶被一个内部压力打破，这个压力是通过将西林瓶装满水，并使装满的瓶子承受液压而产生的。 图2：由于内部压力而造成的瓶裂压力最初很低，一直升高，直到小瓶破裂。断裂样式由垂直裂纹组成，该裂纹在断裂发生的精确位置上下出现分支。上图2-a)中的西林瓶显示出广泛的破裂，这是典型的相对高压。上图2-b)中的小瓶在低得多的压力下破损，显示出一个相对简单的样式，仅由一条直直的垂直裂缝构成，在下端为环状裂缝。下图3中的西林瓶被热冲击力打破，热冲击力是通过西林瓶在烘箱中加热，然后浸入冷水浴中产生的。断裂样式包括许多弯曲裂纹贯穿侧壁和瓶底区域。下图3-a)中的西林瓶在侧壁上显示出广泛的裂纹，表明在破损时存在相对较高的温差。下图3-b)中的西林瓶在较低的温差下破损，并且显示出一个相对简单的样式，该样式仅由瓶子底部周围的单个环向裂纹构成。 图3：由于热冲击而导致的瓶裂根据一些文献中总结的断裂判断方法，如上图2和上图3中的示例所示，可以得出一个假设判断，即上图1中所示的断裂样式是由于施加在西林瓶内表面的力导致瓶子向外膨胀而破裂的独特特征。同时，对在正常商业操作条件下生产的一种管制瓶进行了计算机应力分析。分析中使用的玻璃瓶的轮廓和玻璃厚度分布如下图4所示，并模拟了水冻结成冰时的膨胀水平力。下图5中显示的分析结果表明，向外膨胀力在玻璃内外表面产生的拉伸应力几乎相等，同时伴随厚度远小于圆柱体直径的薄壁圆柱体的膨胀。断裂起源将发生在外表面的该区域，因为与内表面相比，该表面具有足够严重缺陷的可能性更大。冻干过程中温度梯度是否会影响西林瓶破损？破损是否也可能是由于温度梯度产生的应力引起的呢？毕竟冻干过程中存在假定的温度梯度现象。如果温度梯度引起的断裂应力被认为与冻干过程中玻璃瓶的破损有关，则断裂样式将包括侧壁和底部区域的弯曲裂纹，其起源很可能位于底部或跟部区域的玻璃外表面，如图3所示。这与图1所示的商业生产期间破裂的西林瓶观察到的破裂样式形成直接对比。另外事实上，在正常的冻干过程中，装满药品的小瓶放在冻干机腔体内的板层上。冷量通过板层内的导热流体传导板层金属面，再缓慢冷却西林瓶的支承面区域，同时伴随辐射、对流冷却西林瓶周围的环境。由于装满产品的西林瓶瓶从室温到大约-40°C的总冷却时间通常需要较长时间才能完成，因此假设玻璃瓶内外表面之间可能产生的任何瞬时温度梯度都相对非常小。为了验证这一假设，使用理论公式来估计产生许多商业破损事件中观察到的应力大小所需的温度梯度。为了达到27.6 MPa的总断裂应力，玻璃瓶内外表面之间需要125°C的温差。对于69.0 MPa的断裂应力，需要314°C的温差。而在正常的商业冻干过程中，西林瓶冷却的方式相对柔和，玻璃中不太可能产生如此高的温度梯度。冻干过程中西林瓶破损原因总结 为证明上述论断，作者进行了如下几种实验，观察不同情况下的裂痕样式，进行进一步对比分析：Freezer test 冷冻设备试验（仅外向力）Liquid Nitrogen Immersion 液氮浸泡（加上显著的热梯度）GDFOvento Cold Bath Thermal Shock Test 烘箱至冷浴热冲击试验（仅热梯度） *得出结论：文章讨论的常见破损断裂类型是由于冷冻药品在预冻过程中产生的向外膨胀力导致的，而不是由于温度梯度。因此，玻璃瓶热性能的变化（玻璃瓶的设计变化或使用具有较低热膨胀系数的玻璃）不太可能对典型冻干过程中可能经历的破损频率产生显著差异。解决破损断裂问题的方法是进行详细的断裂分析。这种分析将清楚地区分破裂的原因，要么是由于西林瓶在生产、运输或灌装过程中的问题导致的玻璃强度降低，要么是由于产品在冻预过程中膨胀导致的作用力过大所导致的。如何减少冻干过程中的西林瓶破损？那么，如何减少产品在预冻过程中由于膨胀而产生的应力，从而减少冻干过程中西林瓶的破损呢? 让我们一起先来了解一下预冻过程中的成核理论。传统冻干的预冻过程中，晶核的形成都是随机的，如下： 图6：随机成核成核温度不同，产生的冰晶形态和大小各不相同，晶核生长的方向也是杂乱无章，导致产品在冻结过程中膨胀产生的应力比较大，从而导致西林瓶破损现象，尤其是瓶子比较大，装样量比较多时，破损现象更明显。经Controlyo技术控制成核后，所有样品在同一时间、同一温度瞬间成核，晶体生长方向也比较规则，*可以显著减少预冻时的应力，减少西林瓶破损现象。 图7：Controlyo控制成核经典案例分享用于治疗癌症的小分子药物 配方：2.5 wt% API 2 wt% NaCl (pH 7.7-7.9)100ml西林瓶，22ml 的灌装量每批85个样品 图8：随机成核与控制成核对比 从上图可以看出：用Controlyo技术在预冻过程中控制成核后，冻干后的产品显著降低了西林瓶破损率。Controlyo技术不仅可以显著减少破瓶率，还具有以下优势：样品更均一适用于高剂量样品或灌装体积较大的样品保证同一批样品及不同批次样品的均一性提高药效缩短干燥时间（30%左右）改善产品外观减少破瓶率提高产量减少产品复水时间以下引用是FDA出版并认可的结论：Controlyo晶核控制可以显著减少主干燥时间，提高蛋糕状外形，蛋糕形态，减少比表面积，提高瓶子间的均匀性，缩短复水时间。[文章摘译]：David R. Machak and Gary L. Smay，Failure of Glass Tubing Vials during Lyophilization，PDA J Pharm Sci and Tech 2019, 73 30-38*本文图片来源于网络，版权归原作者所有，如有侵权请立即联系我们删除。