[科普中国]-可逆控制

可逆，可以反向进行的。可逆控制，是指掌握住可以反向进行的，不使任意的越出范围。

刺激响应控制释放和分析检测介孔二氧化硅由于具有超高的比表面积、大的介孔体积、均一可调的孔径尺寸和有序的介孔结构等独特的介观结构和物理化学性质，在催化、吸附、大分子转化、蛋白质分离鉴定和光电磁材料等高科技领域，尤其是在刺激响应可控释放领域以及分析检测方面拥有广阔的应用前景。但是，已发展的许多刺激响应控制释放系统和分析检测系统均缺乏可逆性和可再生性。基于此，以介孔二氧化硅纳米颗粒为载体材料，结合胸腺嘧啶的光反应性质和DNA分子构型的多样性，构建了基于光、pH、生物分子响应的可逆控制释放系统，同时结合磁纳米颗粒的磁分离特性，设计了一种能同时检测和移除汞离子的可再生核壳磁介孔二氧化硅纳米颗粒。1

胸腺嘧啶功能化的光响应可逆控制释放系统以纳米颗粒、聚合物等作为封堵材料的光控释放系统得到了广泛的应用。但是，这些已报道的光响应控制释放体系都存在诸多的不足，如缺乏可逆性、封堵材料生物相容性差等。胸腺嘧啶不仅具有良好的生物相容性，而且有很好的可逆光反应性质，是一种优良的门控分子。工作拟将胸腺嘧啶共价交联到介孔二氧化硅纳米颗粒的表面，设计一种光响应可逆控制释放系统。首先，利用溶胶-凝胶法合成了介孔二氧化硅纳米颗粒，然后在颗粒表面共价交联上胸腺嘧啶衍生物，利用透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射仪（XRD）、比表面分析仪（BET和 BJH）、紫外可见吸收光谱仪等对合成和修饰前后的纳米颗粒进行表征。在波长大于270nm 的紫外光照射下，颗粒表面修饰的胸腺嘧啶能形成二聚体，封堵住介孔；另外，胸腺嘧啶二聚体在240nm紫外光照射下会发生解离，重新变回单体，使封堵的介孔打开，从而实现对介孔中封堵物质的释放。然后，以Ru(bipy)32+分子作为模式客体分子，利用荧光发射光谱仪研究其在不同波长光照条件下储存和释放的情况。此外，利用Ru(bipy)32+荧光的氧淬灭性质，拟设计一种可逆的光开关的氧传感器。1

i-motif DNA的光响应可逆控制释放系统寡核苷酸因其具有良好的生物相容性、构型多样性和稳定的物理化学性质等而成为构建“纳米门”的理想材料。以DNA作为“纳米门”的介孔二氧化硅控制释放系统相继被报道。这些系统通过引入各种刺激物（如：互补链，酸/碱，酶和目标分子等）来改变DNA“纳米门”的构型，从而达到控制释放的目的。选择i-motif DNA（富含胞嘧啶的四链DNA）作为pH响应的“纳米门”，羟基孔雀石绿（MGCB）作为光激发氢氧根离子发射器，结合介孔二氧化硅纳米颗粒设计一种新型光响应可逆控制释放系统。首先，将i-motif DNA共价交联在介孔二氧化硅表面，然后将MGCB固定在介孔二氧化硅纳米颗粒通道内壁上。以Ru(bipy)32+作为模式客体分子装载进介孔通道内，当溶液pH值为5.0时，i-motifDNA能有效地封堵介孔，限制客体分子的释放。在紫外光照射条件下，固定在介孔内壁上的MGCB能解离出氢氧根离子，导致溶液pH值的升高。该pH值的变化使得i-motif DNA去折叠成单链DNA结构，从而导致介孔的打开和客体分子的释放。而在黑暗条件下，通过再结合溶液中的氢氧根离子，MGCB分子再生。随后，溶液的pH返回到原始值，单链DNA则再次折叠成i-motif DNA结构，关闭介孔，完成一个循环。然后，通过交替地打开和关闭光源，操作DNA构型的反复变化和介孔通道的打开与关闭。该方法利用光刺激pH变化的分子来调节pH敏感DNA的构型变化，简便易行，并且不需要复杂的合成技术。1

提升机磁场可逆控制系统中逻辑无环流装置分析了可逆系统对逻辑转换的要求，以及逻辑无环流转换装置各部分的原理特性。指出了其优缺点，并提出了改进措施。2

提升机磁场可逆控制系统对逻辑转换的要求(1)在控制系统中，当一组可控制硅工作时，用逻辑电路封锁另一组的触发脉冲，使该组可控硅完全处于阻断状态，从根本上切断环流的通路。

(2)不能根据控制系统中的转速给定信号Vgn的极性来确定脉冲封锁的取舍。因为不只是反转时应该开放反组可控硅，在正转制动(或降速)时，也要利用反组。两种情况下，都要封锁正组，开放反组。

(3)在电动机反转运行和正转制动时，电动机转矩方向和电流方向均为负；正转运行和反转制动时 ,电动机转矩方向和电流方向均为正。由此可见，应该用转矩的极性或电流极性来指挥逻辑切换。由转速调节器输出的电流给定信号Vgi 完全适合于担当这个任务。当Vgi由负变正时，可以发出封锁正组、开放反组的信号；当Vgi由正变负时，可以发出封锁反组、开放正组的信号。

(4)Vgi极性的改变，只说明系统有了使转矩(电流)反向的意图，转矩(电流)的极性真正变换还要滞后一段时间，等到转矩(电流)真正过零时，发出零电流检测信号，才能发出正反组切换的命令。由此可见，转矩极性鉴别电流信号和零电流检测信号是正、反组切换的前提，有了这两个前提，再经过必要的逻辑运算，就可以发出切换命令。

(5)需要关断等待时间。因为电流总是脉动的 ,而零电流检测器不可能等到电流 绝对为零时才动作，它有一个最小动作电流Ⅰ。, 如果脉动的逆变电流瞬时低于Ⅰ。, 而实际电流还在连续导通时就发出封锁脉冲的指令，有可能造成本桥逆变颠覆。因此必须等待一段时间，电流不再大于Ⅰ。, 才能确认电流已经断续，可以封锁脉冲了，t1=2～3ms。

(6)需要触发等待时间。因为封锁原导通组脉冲的时刻，以后的脉冲虽然发不出来了，但原已触发的一相还得过会儿才能真正关断，关断后还必须有恢复阻断能力的时间，如果在这以前，就开放另一组可控硅，势必造成电源短路t2=7ms。2

转换装置的优缺点及其改进措施该转换装置的优点是不需要均衡电抗器，没有附加的环流损耗，可节省变压器和可控整流装置的设备容量。因换流失败而造成的事故比有环流系统低。缺点是具有电流换向死区，影响过渡过程的快速性。为了限制换向冲击电流，可把逻辑判断装置输出的信号分别引到控制系统中电流调节器的入口 ,从而把待工作组的β逆变角推到最小，使反桥制动一开始就是回馈制动，电流冲击就少得多了，即“推β作用”。

减小换向死区的基本方法：让待逆变组的β角等在与原整流组的α角相等的地方，当待逆变组投入时，其逆变电势和电动机电势基本相等，很快就产生回馈制动电流。2

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学