离子导体相对于电子导体在固体氧化物燃料电池阴极中渗透的优势

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概述 固体氧化物燃料电池(SOFC)是一种极具吸引力的电化学装置,可以直接有效地利用燃料的化学能发电。SOFC 在相对高温(600–1000 ℃)下工作,可实现较高的燃料灵活性,并通过热电联产系统中的废热回收提高效率。为充分发挥潜力,SOFC 需要进一步改进,在经济上与传统能源转换技术竞争,包括提高其耐用性和可靠性。 渗透是在预制电极骨架内生成具有特定性质(如特定电导率或电催化作用)纳米级固体的过程。渗透改变了电极的局部形态,对电化学反应位点的数量和/或质量和电荷传输具有积极的影响。在实验上,很难直接确定局部电化学如何受到影响和在相关长度尺度(几十微米量级)上以适当的分辨率(纳米量级)量化电化学活性位点的 3D 分布。 为了解纳米级渗透如何影响性能,需要能够模拟许多相对较大体积 3D 微观结构的计算工具。本项目通过研发的高通量开源仿真代码 ERMINE 对 55 种不同的阴极微观结构进行有限元模拟,探索 SOFC 中离子导体和电子导体作为渗透物的差异。 图1:从分割图像数据到模拟的计算工作流程 亮点 对渗透 SOFC 阴极进行电化学 HPC 模拟。 离子导体的渗透比电子导体更能提升性能。 离子导体将在 TPB 处产生的电流重新分布到整个电极上。 再分布降低了 TPB 处的局部欧姆过电势,增加了局部活性。 原始微观结构更能显著影响整体性能。 图像处理 采用商业阴极结构的图像数据进行 3D 重建,原始数据尺寸为 126 × 73 × 12.5 μm3,体素为 55 × 55 × 50 nm3,基于灰度值将其分割为氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、镧锶锰氧化物(LSM)和孔隙。从完整模型中随机提取五个尺寸为 10 × 10 × 7 μm3 的较小微观结构子体积,记为 BB_i (i = 1-5)。为更精准地分割出三相界面(TPB),通过重采样调整分辨率,将原有的 1 个体素由 8 个相同的更小体素组成。 对五个微观结构进行人为地渗透,随机选择与 LSM 和 YSZ 表面接触的一定比例孔隙种子。将渗透相(LSM […]

脆性岩石试样断裂过程区及宏观疲劳裂纹行为研究

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概述 当材料在任意荷载作用下出现应力引起的新裂纹时,材料的应力状态会发生显著变化,应力的重分布将导致脆性岩石材料中原有裂纹发生扩展、钝化或改向,对材料的强度产生影响。由于循环加载和疲劳效应,在较小荷载作用下脆性材料就可能发生破坏,这种破坏属于材料的“疲劳”破坏。地铁隧道边墙、大坝、巷道顶板、桥梁和路基等在循环/重复荷载作用下均可能发生劣化。 损伤力学研究一般关注水平和竖直变形/应变,而这些变形是微/纳裂纹形成和扩展的结果。本研究结合试验与扫描电子显微镜(SEM)、计算机层析成像(CT)技术对断裂过程区(FPZ)进行观察和分析,探索断裂韧度(KIC)与循环载荷的关系。 试验和模拟 按照 ISRM 标准开展巴西圆盘试验和断裂韧度试验,在静力和重复加载测试下均重复 5 次。用于巴西圆盘试验的岩石试样为凝灰岩。岩石试样的单轴抗压强度(UCS)为 123 MPa,巴西圆盘试样直径为 51 mm。V 型切槽巴西圆盘(CCNBD)试样中存在切槽裂纹,适用于各种断裂型加载。 图1:CCNBD 试样及其几何参数 开展采用径向间接拉伸应力的重复加载试验,正弦加载试验中荷载频率为 1 Hz。正弦循环加载试验从约 2/3 材料抗拉强度的高应力水平开始,然后将施加荷载降低约 10% 直到试样在较低应力水平下不再断裂,此时的应力水平称为试样的疲劳极限。 数值模拟中的非均质性采用扩展有限元法(XFEM)和 Simpleware 软件实现。将 CT 图像数据导入 Simpleware 软件进行图像处理,量化测试样本中 FPZ 的微断裂体积/面积,生成高质量的网格模型用于 ABAQUS 软件中的数值模拟。 结果与讨论 在线弹性断裂力学(LEFM)理论中,裂纹尖端应力情况可由3 种常见的断裂状态表征,对应为 I 型(拉伸应力)、II 型(剪切应力)和III 型(撕裂应力)裂纹扩展模式。材料的断裂模式属于上述哪种取决于裂纹几何形态及表面位移。I 型断裂条件下,由裂纹尖端开始,裂纹表面预计产生一个开口;II 型断裂条件下,裂纹面产生面内滑移;III 型断裂条件下,由于裂纹面外剪切作用,裂纹面垂直于裂纹轴线移动。 拉伸强度和断裂韧度 取 5 个试样测试结果的平均值,得到静态巴西拉伸强度为 11 MPa,静态 I 型(拉伸)断裂韧度为 1.48 MPa·m1/2。巴西圆盘试样和 CCNBD […]

利用微观结构模型评估受电弓滑板的材料性能

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概述 铁路所使用的摩擦材料如受电弓滑板和车轮踏面制动器,大多都由复合材料制成。而复合材料的宏观性能在很大程度上取决于其几何微观结构,如尺寸、形状和成分的分布。传统的铁路材料倾向于通过试错进行试验开发。为更有效地改进和开发材料,可通过数值仿真研究材料微观结构与宏观性能间的关系。 本项目利用 X 射线计算机断层扫描技术开发了一种基于图像的浸金属碳微观模型,通过均质化方法评估其杨氏模量、热导率和电阻率,计算分析应力、温度和电流密度的分布。 图像处理 本研究所用受电弓滑板的材料为浸金属碳(PC78A),由多孔碳与铜浸渍制成,认为几乎是各向同性。 表1:PC78A 的材料性能和各成分的体积分数 使用 Bruker SkyScan 2211 CT 扫描设备获取 PC78A 的微观结构,导入Simpleware 软件进行图像处理。为缩短图像处理时间,先将像素间距从 1 μm 调整为 3 μm,采用中值滤波器去除脉冲噪声。 图1:CT 扫描获得的图像数据 裁剪边长为 600 μm 的立方体(模型 600)作为感兴趣区域,基于灰度值将图像分割为铜、碳和空隙。考虑到后续产生网格单元的数量和计算资源,将空隙区域体素小于 10 和铜中体素小于 50 的部分重新划分为碳的区域。按照不同位置将模型 600 分为 8 个边长为 300 μm 的立方体(模型 300①-⑧)。在 Simpleware FE 模块为所有模型 300 生成高质量的网格模型。 图2:模型 600 中不同模型 300 的位置关系 图3:图像分割结果和生成的网格模型 将模型 600 与模型 […]

通过添加线圈减缓在右侧放置植入式心律转复除颤器的发生器引发除颤阈值升高

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概述 植入式心律转复除颤器(ICD)是治疗致命性心律失常最有效的方法,在激活的发生器(can)和右心室(RV)线圈间传递跨越心室心肌的强烈双相电击。通常会将发生器放置在患者左胸锁骨下,远端电极导线植入右心室(RV)腔内,一般是心尖位置。由于各种条件或与导线相关的并发症,这种配置并不总是可以实现,例如先前在左侧的装置感染可能需要重新在右胸植入。还可以选择将电击线圈放置在 RV 室间隔处,而不是像心脏再同步化治疗除颤器(CRT-D)设备那样放置在心尖。 本研究基于高分辨率的 CT 扫描图像数据创建整个躯干的计算模型队列,定量评估是否可以通过右心室(RV)电击线圈的交替定位或在上腔静脉(SVC)和冠状窦(CS)添加线圈减缓右侧发生器配置中除颤阈值(DFT)的潜在增加。 模型生成 躯干模型 获得 5 名接受经导管主动脉瓣置入术计划患者的整个躯干 CT 扫描(0.7 × 0.7 × 0.5 mm)以及额外更高分辨率对比心脏扫描(0.3 × 0.3 × 0.5 mm)的图像数据,在 Simpleware 软件中对主要器官、皮肤和骨骼进行分割。为右心室壁将血池膨胀至 3.5 mm,为左/右心房和主动脉将血池膨胀至 2 mm,并调整重叠区域。此外,还单独分割出肺静脉和 SVC 的血池和壁。 肥厚型和扩张型心肌病 根据测量尺寸初步评估五个心脏模型的病理结构差异,发现其中两个患有肥厚型心肌病(HCM)。为扩大模型队列,对心脏几何形状进行修改,为每个病例生成三个结构不同的心脏,即健康、HCM 和扩张型心肌病(DCM)的心脏。 表1:健康、DCM 和 HCM 心脏的左心室舒张末期直径与心室壁厚度 缺血性心肌病 为重现缺血性心肌病(ICM),随机选择根据梗死的猪心脏晚期钆增强 MRI 重建五种不同的梗死疤痕并映射到五颗健康心脏。选择疤痕位置代表各种典型的灌注区域:左前降支(LAD)、左回旋支(LCA)、右冠状动脉(RCA)。 图1:(A)五个健康心脏中在 RCA、LCA、LAD 灌注区的梗死疤痕(B-F)ICD配置的 RCA、LCA、LAD 疤痕模式下 DFT 能量的比较 ICD 的电极放置 按照设计的每个 ICD 配置将虚拟线圈/发生器植入躯干模型中。对标准经静脉 ICD 配置进行建模,将 RV 电击线圈(直径 2 mm,长 […]

采用基于 μCT 的有限元分析评估木材的导热系数

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概述 木材是一种来自树木或木质植物的天然物质,在建筑、燃料、器皿、乐器和其他复合材料行业都有广泛应用。在燃料领域,木材也成为探索新型电极材料的关注点。木质纤维素和多通道微观结构有助于钒液流电池充电中离子导电型电解质的传质。无论是实验还是设计工作,研究控制介质传递热量内在能力的导热系数都具有非常重要的实际意义。 本项目提出一种结合 X 射线显微计算机断层扫描(μCT)和有限元分析(FEA)在介观尺度测试木材导热系数的方法。通过对具有两相成分(早材和晚材)的真实木材进行三维重建,研究纹理、孔隙率和水饱和度对木材导热性能的影响。 图像处理 本研究所用为松树锯材,纹理层是深/亮黄色交替的图案。纹理表示树木不同季节形成层活动下细胞纤维的取向,可分为早材和晚材。早材层源自薄壁木质细胞,呈现出明显较浅的颜色和较宽的线条图案。晚材呈现为较暗的线条图案,通常在夏季生长更密集且细胞壁含量更高。木材形成的纹理使其具有各向异性的材料特性。采用 μCT 在介观尺度获得木材试样的内部几何结构,尺寸为 15 × 15 × 20 mm。 图1:尺寸为 15 × 15 × 20 mm 的木块 考虑到计算资源和耗时,从三个不同位置裁剪 4 × 4 × 4 mm的感兴趣区域(ROI)作为模拟和分析的计算模型。对三个 ROI 的模拟结果进行平均得到具有统计代表性的均匀场,考虑到了整个木材纹理密度的异质因素。 图2:X-Y 和 X-Z 平面上木材断层扫描图像的分割 为了解尺寸对热传导模拟可靠性的影响,将 ROI 裁剪为体积从 1 mm3 到 64 mm3 的立方体模型。试样编号如 W4-T-0.8-0.6,W 表示木材;4 为模型边长 4mm;T 表示木纤维的横向(P 表示平行于木纤维);0.8 是早材孔隙率;0.6 是晚材孔隙率。 图3:不同尺寸的木材介观尺度结构(a)4 × 4 × 4 mm(b)3 × 3 × 3 mm(c)2 × 2 × 2 mm(d)1 × 1 × 1 mm 在 Simpleware […]

髋关节翻修手术中髋臼大面积缺损的统计形状建模

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概述 统计形状模型(SSM)可以帮助获取髋臼大面积缺损患者在髋关节上常见缺失的标志,将重建骨盆与先前经历过翻修手术的患者进行比较。 本研究采用一个 38 人的 Paprosky III 型缺损患者回顾性队列和通过 Simpleware 软件处理 100 个健康骨盆创建的 SSM 进行研究。结果评估是 SSM 与患病髋关节、SSM 与术前规划及 SSM 与对侧健康髋关节的旋转中心CoR 之间的差异。从这些分析中了解中位 CoR,展现 SSM 的优势。 亮点 使用 Simpleware 软件对 50 例男性和 50 例女性的半骨盆进行图像分割,建立统计形状模型将 SSM 与患侧髋关节、手术规划、健康对侧髋关节比较,评估 CoR 的差异。SSM 工作流程为复杂髋关节重建手术规划和个性化假体设计提供一种有价值的工具。 介绍 全髋关节置换术(THA)是髋臼存在严重缺损时恢复髋关节功能的常见骨科手术。然而在使用传统方法进行 THA 翻修时,处理严重的髋臼骨缺损非常具有挑战性,通常会导致因植入失败造成较高的翻修率。 定制的髋臼植入物与残留宿主骨的匹配有助于克服这些障碍,能够更准确地定位髋臼组件,从而提高植入物性能和降低翻修手术风险。这些手术规划方法包括通过镜像健侧半骨盆测量可接受的髋关节 CoR,但受到人体解剖结构不对称、病理或金属加工的限制。 虽然骨盆统计形状模型为重建骨盆骨缺损提供了解决方案,但这些模型主要局限于与患者数据无关的计算模型或基于非常小的患者队列。在本案例中,研究人员进一步使用 SSM 测试其在重建大面积髋臼缺损患者髋关节中缺失的重要骨骼标志中的价值。这种方法可以将 SSM 的 CoR 与之前未使用 SSM 技术手术规划进行因大面积髋臼缺损接受髋关节翻修手术的患者进行比较。 研究设计与结果评估 本研究使用的数据集是一项回顾性队列研究,共纳入了 38 例 Paprosky Ⅲb 型缺损患者,包括髋臼边缘和泪滴严重破坏。采用健康骨盆对 SSM 进行训练,然后用 SSM 对所有 38 例患者的原始骨盆形态进行虚拟重建,其中 […]

激光功率对激光粉末床熔融加工 316L 不锈钢缺陷、织构和微观结构的影响

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概述 增材制造(AM,也称 3D 打印)的潜在优势(如复杂几何形状的制造)吸引了汽车、航空航天、国防和医疗行业的广泛关注。激光粉末床熔融(L-PBF)是金属零件制造的技术之一,基于离散堆积的成形理念逐层熔覆沉积制备三维实体样件。L-PBF 具有柔性化程度高、加工速度快、对样品尺寸及形状无限制等特点,关键加工参数包括激光功率、扫描速度、激光束尺寸、层厚度、舱口间距和扫描策略。 L-PBF 的局部连续激光熔化过程会因高热梯度而产生热残余应力,从而导致增材制造零件的破裂、分层和变形。此外,孔隙率也是一个关键问题,特别对于需要高拉伸强度和抗疲劳性的零件。本项目研究了激光功率对激光粉末床熔融 (L-PBF) 加工的 316L 不锈钢(SS)缺陷特征、微观结构发展、组成相和晶体织构的影响。 亮点 在最佳加工制度下,激光功率降低一半时孔隙率增加约 7 倍。随着激光功率的降低,熔池形貌由扁平宽大转变为鱼鳞状。择优取向由强( 200 )织构转变为随机织构。 实验 材料和 L-PBF 处理条件 所用材料为商用气雾化 316L 不锈钢粉末,使用 L-PBF 系统(改进的 AconityLab 设备,Aconity3D)和 400 W 的 Yb 光纤激光器在氩气氛中打印圆柱形样品。在所有其他加工参数保持不变的情况下,分别使用 380 W、320 W、260 W和 200 W 的激光功率打印四个圆柱体。所有样品均采用激光扫描速度 300 mm/s、激光束直径 0.207 mm、标称粉末层厚度 0.06 mm。预估体积能量密度(VED) 为 102、86、70 和 54 J/mm3。 同步辐射X射线成像(sXCT) 在阿贡国家实验室采用高能量、高分辨率 的 sXCT 测量以亚微米分辨率表征打印圆柱体样品的宏观缺陷。原始数据以 HDF […]

真实干燥岩土计算机断层扫描的热导网络模型

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概述 热导率是核废料处理、电缆掩埋、农业和地热能等应用中的关键参数。在浅层地热能系统中,应最大限度地提高通过土壤和灌浆传递热量的速率。无论哪种方式,控制热导率的能力本质上依赖于对引起热流增加或减少的潜在现象的基本理解。对于(饱和)岩土材料,传输模式包括通过颗粒传导、颗粒间接触和间隙相,以及辐射和对流。虽然实验测量可以提供准确的热导率值,但通常无法获得有关这些传递模式的局部微观结构信息。为了解多孔颗粒材料为何表现出一定的热导性,需要获得微观尺度的结构、几何形状和连通性信息。 本研究提出了一种从真实干燥地质材料的高分辨率图像中提取热导网络模型(TCNM)的方法。为进一步证明实用性,分析了一系列具有不同颗粒形状复杂性的材料(包括玻璃珠、渥太华砂、棱角砂和片岩)对零横向应变应力的热响应。 试样 选取 5 种涵盖不同颗粒尺寸分布和颗粒形状的材料,进行显微计算机断层扫描。 表1:所用颗粒材料 玻璃珠试样包含由二氧化硅制成的近球形颗粒,渥太华砂和棱角砂主要由最常见的结晶二氧化硅组成:石英。为便于比较,对渥太华砂进行筛分,受长期侵蚀的渥太华砂比棱角砂颗粒更圆润、光滑。破碎的片岩试样具有最复杂的颗粒形状,由石英和长石矿物组成,其中至少 50% 是板状和细长形状。片岩 B 试样是一种特殊类型的变质岩,还含有云母。 图1:2D(水平)CT 切片(a)玻璃珠(b)渥太华砂(c)棱角砂(d)片岩 A(e)片岩 B 图像处理 使用网络模型表示颗粒和多孔介质的一个关键优势是能够离散地表示组成材料的孔隙、喉道、颗粒和颗粒间接触。使用 Otsu 分割方法将扫描获得的 μCT 图像数据分割为固体和空隙,然后执行分水岭算法。尽管合并了相邻的局部最小值,但在某些情况下也会错误将同一颗粒分离为两个区域。 图2:扫描获得 μCT 图像数据的分割过程(1)图像堆栈(2) 3D 重建(3)分割固体与空隙(4)运用分水岭算法将固体和空隙分别分割为单独的颗粒和孔隙(5)固体空间分水岭中的一些误差 热导网络模型 通过计算颗粒 ID、质心、体积以及与试样顶部和底部边界的相对位置对颗粒分水岭输出进行后处理。如果区域/颗粒与试样的顶部(或底部)边界相交,则该颗粒被识别为入口(或出口)颗粒(橙色点)。接触和临近接触的识别是构建热导网络模型的关键步骤,将直接影响网络架构和产生的热流。在这里,“临近接触”被定义为彼此非常接近的两个颗粒。 图3:热导网络模型(G-TCNM)通过将颗粒表示为节点和由颗粒临近或接触的边连接而构建。(1)G – TCNM的输入:重构灰度图像和两者分水岭(孔隙和颗粒)(2)分水岭图像前处理过程中计算参数和标识符的选择(3)G – TCNM 边缘加权的热导计算总结,区分了接触颗粒和临近颗粒。 标记每个颗粒与任何其他物体接壤的体素,检查邻近的 6 个体素(上、下、左、右、前、后)范围,称为边界体素。使用这种方法,1 到 2 个体素长度的(真实)颗粒间间隙可能会被错误地识别为接触,此类错误接触的热导将受到惩罚。为构建 G-TCNM 网络,每个颗粒首先要被分配一个节点。如果相应的颗粒接触或临近接触,则节点通过网络中的边(链接)连接。为计算通过所得网络的热导率,建立由 Batchelor 和 O’Brien 首创的圆形和球状颗粒组件及填料。 图4:(1)颗粒-孔隙或孔隙-颗粒的连接(橙色箭头),利用这些连接识别临近接触点(紫色虚线)(2)对于边界体素集合中的每个体素,间隙圆柱体的长度等于到另一侧边界体素的最小距离。 结果和讨论 G – TCNM与 FE 模拟和实验测量的比较 按照 […]

短/长节段脊柱后路固定的有限元分析

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概述 近年来,随着微创手术(MIS)和医疗器械包括侵入性较小的螺钉与杆的发展,脊柱后路内固定手术治疗椎体骨折的效果有所改善。 本研究采用 Simpleware 软件基于医学图像和真实的螺钉数据中创建三维有限元脊柱模型。使用 4 种病理模型分析比较病理状态下脊柱屈伸对器械及固定长度的影响,通过比较脊柱后路融合术中的固定长度,辅助确定最佳固定长度。 亮点 利用 Simpleware 软件生成有限元模型测试不同的断裂模型由医学图像和真实的螺钉数据生成 3D 模型通过有限元分析模拟不同的模型组合旨在帮助评估脊柱后路固定的方法 介绍 使用短节段固定治疗椎体骨折有多种潜在的益处和并发症。虽然较短节段固定创伤较小,可以获得更好的结果,但长节段固定可能更有利于矫正前凸和保留节段前凸,而固定长度可能会受到后路固定后邻近节段疾病(ASD)、内固定失效(松动)和手术侵入性考虑的影响。在这种情况下,与主要由骨质疏松和基础疾病引起的骨折患者相比,年轻患者术后并发症的风险较低。 外科医生通常选择不同的固定长度和开放手术或经皮手术,评估是否需要骨移植、前路融合或使用钩和胶布。虽然 MIS 是最合适的,但还是有必要准确地可视化骨质疏松和弥漫性特发性骨质增生(DISH)的固定长度,了解不同临床问题的影响。对病理模型进行有限元(FE)分析,比较后路脊柱融合术中的固定长度有助于确定可选的固定长度。 本研究利用医学图像和真实螺钉创建三维有限元模型,对骨折模型、骨质疏松骨折模型、DISH 骨折模型和DISH -骨质疏松骨折模型进行研究,比较病理状态下脊柱屈伸活动对内固定器械和固定长度的影响。此外,这是第一项使用真实螺钉数据和较长脊柱长度来考虑病理和不同固定长度对术前规划影响的研究。 图2:(A)分割每个椎间盘(B)脊柱模型(C)从 T8 到骶骨的每个椎体、前纵韧带、椎间盘、后纵韧带和黄韧带 模型构建 获取一名 50 岁成年女性从胸椎到骨盆的脊柱 CT 图像,将数据导入 Simpleware 软件进行脊柱的图像处理,椎体分为松质和皮质,同时分割出椎间隙。由于小面关节的尺寸较小,皮质骨和松质骨的分割变得更加困难,需要基于 CT 扫描进行手动操作。 由第 8 胸椎至第 5 腰椎区域的所有椎骨和椎间盘构建 3D 脊柱模型,并为每个椎骨创建各节间可独立移动的小面关节空间。在模型中加入前纵韧带(ALL)、后纵韧带(PLL)和黄韧带。在 Simpleware FE 中生成有限元网格,包含 1,049,711 个单元和 2019,357 个节点。设定所有单元为线弹性材料,为脊柱的每个组成部分添加适当的材料属性。 图3:(A)假设骨折模型位于 T12 的中心,采用楔形模型在 T12 和 ALL 处进行切割(B)在螺钉模型中,去除螺钉头部的连接杆,将直径为 5.5mm 的杆连接到头部(C)将螺钉固定在每个椎骨中 由于胸腰椎骨折是最常见的骨折类型,因此对 […]

利用 Micro-CT 技术快速分析玉米籽粒的饱满度特性

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概述 玉米是全球产量最高的粮食作物,是主要的粮食资源和重要的工业原料。玉米籽粒的品质反映了籽粒产量和品种适应性。玉米籽粒饱满度是衡量玉米产品产量和品质的重要表型性状。玉米籽粒饱满度的定性和定量分析是研究玉米遗传因素、生理过程和改良方法的最重要前提。 传统方法测量籽粒密度等指标耗时且困难,迫切需要简单、快速、可靠的分析方法鉴定玉米的产品品质和育种的种质资源。本研究基于 Micro-CT 技术对玉米籽粒进行三维重建,检测不同类别玉米籽粒之间的解剖差异,通过测量计算籽粒密度、空腔、孔隙度等表型特征及与种子饱满度分级的密切关系。 图像处理 从每个自交系中随机选择两组品质不同的玉米粒 X178 和 W99。随机选择籽粒,然后分别使用 X 射线 Micro-CT 系统(SkyScan 1172,Bruker Corporation)对整个籽粒进行扫描。将图像数据导入 Simpleware 软件进行处理,基于不同部位的灰度值利用阈值、洪水填充和区域生长等工具分割。 胚胎和玻璃体胚乳的灰度值非常接近,在全局 3D 图像上通过“区域生长”分割这两个部分会很困难。因此,打开“区域生长”工具,设置 Number of iteration = 1,Multiplier = 2,Initial neighborhood radius = 1。依次分别应用在合适的 2D 切片上,使用形态学操作 Close 获得胚胎结构,然后通过布尔运算得到胚乳,利用侵蚀工具获得果皮。 图1:在 Simpleware 软件中基于 Micro-CT 3D 图像分割玉米籽粒胚、胚乳和空腔的流程 结果与讨论 玉米粒的 2D 和 3D 图像 在二维切片图像中可观察到,玉米粒由果皮、胚、胚乳和空腔组成,通过 X 射线吸收值的不同可以区分。籽粒中的胚乳有玻璃质和粉质两种类型。与粉质胚乳(较暗)相比,玻璃质胚乳(较亮)更硬,籽粒外部密度更高。由于粉质胚乳中淀粉的压实度较低,存在许多气孔。从明暗对比来看,周围的空气和内部空隙都是黑色,胚胎是明亮的。在所有重复测试中,两组种子的粉质胚乳中均观察到较大的空腔,且在自交系 X178 的种子中更为突出。比较两种玉米种子的 CT 图像,饱满度差异明显。 […]

 
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