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我國每年農(nóng)林固廢、城市廚余垃圾等生物質(zhì)固廢中近 60%被焚燒或隨意處置，嚴(yán)重污染環(huán)境，也是造成霧霾的重要原因之一。南開大學(xué)生物質(zhì)資源化工程中心多年來致力于以生物質(zhì)固廢為原料生產(chǎn)有機肥系列技術(shù)的研究應(yīng)用，獲得了高效降解木質(zhì)纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、油脂等的細(xì)菌、放線菌和真菌，構(gòu)建了微生物菌種庫和系列化菌劑；開發(fā)了可在 5-15 天內(nèi)將生物質(zhì)固廢轉(zhuǎn)化為有機肥料和富含有益微生物的生物有機肥生產(chǎn)工藝及系列化產(chǎn)品；自主設(shè)計研發(fā)了以布爾 瑪金式攪拌裝置為基礎(chǔ)的微生物發(fā)酵裝置，開發(fā)了系列化的微生物好氧/厭氧發(fā)酵裝置。 本項目已申請國家專利 50 項，其中授權(quán)發(fā)明專利 10 項、實用新型專利 5 項；代表性 SCI 論文 5 篇，出版專譯著 7 部；本項目有關(guān)技術(shù)已被深圳芭田公司、天津百利陽光公司應(yīng)用，近三年產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益；本項目已獲得 2017 年中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎。

浮游植物在表層獲取光能固定CO2，形成顆粒有機碳（POC）往下沉降，在深海再礦化后生成銨（NH4+），從而為深海化能自養(yǎng)細(xì)菌/古菌提供了能量來源。因此，氨氧化古菌和亞硝氧化細(xì)菌所介導(dǎo)的兩步硝化過程是實現(xiàn)光能傳遞到深海被利用的重要途徑，是深海重要的供能過程，支撐了海洋“黑暗固碳”——不依賴于光合作用的化能自養(yǎng)固碳，為深海生物圈提供了“新”的有機質(zhì)，同時積累硝氮。由于亞硝氧化菌群研究的長期滯后，氨氧化和亞硝氧化功能群在深海的協(xié)作關(guān)系始終不明了，因此國際上對深海硝化菌群支撐的碳（C）−氮（N）耦合機理（定性）的理解仍極為有限，對C−N計量學(xué)關(guān)系（定量）的準(zhǔn)確估算仍是空白。 該研究工作結(jié)合多組學(xué)分析、生理學(xué)實驗、現(xiàn)場原位速率及動力學(xué)觀測和模擬，以及生態(tài)系統(tǒng)模型，闡釋了氨氧化古菌和亞硝氧化細(xì)菌顯著差異的代謝策略，及兩步氧化過程耦合、硝化與黑暗固碳耦合的生理生態(tài)學(xué)機制，建立了硝化菌群支撐的C−N、物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換的計量學(xué)關(guān)系，量化了深海硝化過程對深海生物圈及全球海洋碳循環(huán)的貢獻和影響。該工作為深海物質(zhì)與能量循環(huán)研究提供了新的參數(shù)，對深入認(rèn)識深海生物地球化學(xué)過程具有重要意義。

項目成果/簡介:表面等離子共振（SPR）生物傳感技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的用于分析生物分子相互作用的一項技術(shù)。這種檢測手段與傳統(tǒng)方法比較，具有樣品不需要純化、標(biāo)記，并且可以實時、動態(tài)、高靈敏檢測等優(yōu)點，因此 SPR 傳感器在很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如疫苗研制、疾病診斷、疾病治療、藥物靶標(biāo)、藥物開發(fā)、基因測序、案件偵破、環(huán)境檢測、食品安檢以及興奮劑檢測等。本項目的目的是研制一種基于 SPR 技術(shù)的光機電一體化系統(tǒng)。 我校于 1999 年開始從事有關(guān)方面的研究，2004 年底研制完成了第一套單通道 SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測試驗系統(tǒng)。最近幾年中，我們針對被廣泛采用的棱鏡耦合結(jié)構(gòu) SPR 傳感器存在的不足，課題組在天津市科技攻關(guān)培育項目、國家基金及天津市科技支撐計劃重點項目的支持下，研制成功基于傳感芯片的多通道 SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測實驗系統(tǒng)。這種新穎的集成化結(jié)構(gòu)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，而且符合 SPR 傳感系統(tǒng)小型化、儀器化的發(fā)展趨勢，為系統(tǒng)最終產(chǎn)品化奠定了基礎(chǔ)。目前已經(jīng)完成儀器化，結(jié)構(gòu)設(shè)計及操作便利方面還需進一步完善，以便使非專業(yè)人員能夠完成操作；數(shù)據(jù)分析算法及軟件需要進一步開發(fā)，以達到實用化。應(yīng)用范圍:所開發(fā)的試驗系統(tǒng)已經(jīng)達到了國際先進水平，申請專利兩項。產(chǎn)品化后，可以用于疫苗研制、疾病診斷、疾病治療、藥物靶標(biāo)、藥物開發(fā)、基因測序、案件偵破、環(huán)境檢測、食品安檢以及興奮劑檢測等，具有很好的應(yīng)用及市場前景。 首先，一套智能化的 SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測分析系統(tǒng)的批量生產(chǎn)成本預(yù)計為 10 萬元人民幣左右，而國際上同類產(chǎn)品（瑞典 BIAcore 公司生產(chǎn)）的最低售價為 10 萬美元左右。可見，SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測分析系統(tǒng)是一種高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品。 其次，SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測分析系統(tǒng)中的傳感耦合部件因其進口成本很高，目前還是一種半消耗品，即每完成一次測試后需作再生處理，這樣可重復(fù)使用幾次，然后予以更換；即使這樣，單次檢測成本也在200 元人民幣以上。本項研究可以將傳感耦合部件集成為便于批量生產(chǎn)的傳感芯片，可大幅降低成本。再生技術(shù)的研究成功，可以進一步降低使用成本；若能大批量生產(chǎn)，在成本很低的情況下，也可實現(xiàn)一次性使用。預(yù)計每個芯片的批量生產(chǎn)成本不到 50 元人民幣，售價如果為 100 元人民幣，單次檢測的成本將大幅降低。這樣，一方面便于系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，另一方面?zhèn)鞲行酒鳛橐淮涡韵钠罚枨罅繕O大，由耗材產(chǎn)生的利潤也是非常可觀的。 另外，我們還可以在此項研究的基礎(chǔ)上，進一步開發(fā)適合于藥物靶標(biāo)、藥物開發(fā)、案件偵破、環(huán)境監(jiān)測、食品安全檢驗以及興奮劑檢測等其它眾多領(lǐng)域進行檢測分析的系列產(chǎn)品，其巨大的經(jīng)濟效益和社會效益是不言而喻的。

項目成果/簡介:浮游植物在表層獲取光能固定CO2，形成顆粒有機碳（POC）往下沉降，在深海再礦化后生成銨（NH4+），從而為深海化能自養(yǎng)細(xì)菌/古菌提供了能量來源。因此，氨氧化古菌和亞硝氧化細(xì)菌所介導(dǎo)的兩步硝化過程是實現(xiàn)光能傳遞到深海被利用的重要途徑，是深海重要的供能過程，支撐了海洋“黑暗固碳”——不依賴于光合作用的化能自養(yǎng)固碳，為深海生物圈提供了“新”的有機質(zhì)，同時積累硝氮。由于亞硝氧化菌群研究的長期滯后，氨氧化和亞硝氧化功能群在深海的協(xié)作關(guān)系始終不明了，因此國際上對深海硝化菌群支撐的碳（C）?氮（N）耦合機理（定性）的理解仍極為有限，對C?N計量學(xué)關(guān)系（定量）的準(zhǔn)確估算仍是空白。 該研究工作結(jié)合多組學(xué)分析、生理學(xué)實驗、現(xiàn)場原位速率及動力學(xué)觀測和模擬，以及生態(tài)系統(tǒng)模型，闡釋了氨氧化古菌和亞硝氧化細(xì)菌顯著差異的代謝策略，及兩步氧化過程耦合、硝化與黑暗固碳耦合的生理生態(tài)學(xué)機制，建立了硝化菌群支撐的C?N、物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)換的計量學(xué)關(guān)系，量化了深海硝化過程對深海生物圈及全球海洋碳循環(huán)的貢獻和影響。該工作為深海物質(zhì)與能量循環(huán)研究提供了新的參數(shù)，對深入認(rèn)識深海生物地球化學(xué)過程具有重要意義。

將計算機自然語言處理方法和生物本體學(xué)方法結(jié)合起來，發(fā)展一套面向生物醫(yī)學(xué)文獻的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立了一個文獻挖掘平臺。該平臺可以對生物醫(yī)學(xué)文獻進行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)隱含在文獻中的生物學(xué)實體及其聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)深層次的生物醫(yī)學(xué)知識，自動獲取大量的第一手生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。例如，挖掘與人類基因相關(guān)的信息，挖掘蛋白質(zhì)相關(guān)信息，發(fā)現(xiàn)基因的功能，發(fā)現(xiàn)基因與疾病之間，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)之間的相互作用等。/line對于一組給定的文獻，該平臺首先進行句法分析和生物學(xué)術(shù)語標(biāo)定，然后進行語義分析，提煉每條語句的生物學(xué)含義，提取文獻中的生物醫(yī)學(xué)關(guān)聯(lián)特性，以發(fā)現(xiàn)文獻中的基因、蛋白質(zhì)、疾病以及它們的關(guān)系。

本成果總體達到同類研究的國際先進水平，在獸醫(yī)微生物菌毒種資源規(guī)范性描述方 面處于國際領(lǐng)先水平，在獸醫(yī)微生物菌毒種資源的篩選和創(chuàng)新性應(yīng)用等方面處于國際先 進水平。本成果于2009年獲得成果鑒定證書，獲得2010年度山東省科技進步獎二等獎。 本成果分離鑒定了具有平臺資源號的280株細(xì)菌。其中，大腸桿菌80株，金黃色葡 萄球菌30株，豬鏈球菌50株，雞傷寒沙門氏菌103株，特殊菌株17株。分離鑒定了186株 病毒，其中NDV 60株，豬繁殖與呼吸綜合征病毒50株，犬瘟熱病毒3株，豬傳染性胃腸 炎病毒10株，豬流感病毒3株，禽流感病毒20株，雞傳染性支氣管炎病毒20株，雞傳染 性法氏囊病毒20株。對分離、收集和整理以前所保藏的菌毒種等方式獲得的33種3444株 菌毒種進行標(biāo)準(zhǔn)化整理整合，完成了相應(yīng)菌毒種種資源數(shù)據(jù)信息（包括個性信息和共性 信息）的采集、錄入、上報，完成280幅圖像信息采集、整理、上報，完成101株菌（毒） 種資源16SrRNA或病毒資源部分核酸序列的測定、上報。并向國家獸醫(yī)微生物菌種保藏 管理中心國家獸醫(yī)微生物標(biāo)準(zhǔn)菌種保藏庫上交了1621株菌（毒）種，實現(xiàn)了獸醫(yī)微生物 菌毒種資源的信息及實物共享。起草了“布魯氏桿菌菌種資源描述規(guī)范”和“牛結(jié)核桿 菌資源檢測技術(shù)規(guī)程”，驗證完善了“結(jié)核桿菌菌種資源檢測技術(shù)規(guī)程及試點應(yīng)用”等 9個獸醫(yī)微生物資源檢測技術(shù)規(guī)程。制定了“犬瘟熱診斷技術(shù)”的國家標(biāo)準(zhǔn)。對分離的 部分菌毒株進行生物學(xué)特性研究，為相關(guān)單位的科學(xué)研究提供了優(yōu)良菌毒種。

一、 項目簡介生物電磁信號攜帶有生物活體的生理、病理信息，檢測和提取有用生物電磁信號并據(jù)此分析其內(nèi)部電磁過程，對于揭示生命活動本質(zhì)和醫(yī)學(xué)診斷治療都具有重要意義。課題組于1995年開始對生物醫(yī)學(xué)電磁場問題數(shù)值求解方法及應(yīng)用進行研究，1997年主持了國家自然科學(xué)基金電工學(xué)科首個生物電磁領(lǐng)域課題“生物醫(yī)學(xué)電磁逆問題求解的數(shù)值方法研究”。二、 項目技術(shù)成熟程度在生物醫(yī)學(xué)電磁問題數(shù)學(xué)建模與求解方法方面，針對腦電（EEG）和電阻抗成像（EIT）的正、逆問題，分別建立了二維與三維數(shù)學(xué)模型、靜態(tài)和動態(tài)求解模型，研究高效快速的求解方法。在功能成像方面，針對肺功能、乳腺癌以及腔內(nèi)心肌瘢痕等檢測問題，研制了128通道多頻電阻抗實時監(jiān)測與成像系統(tǒng)，對人體胸腔和乳腺的電阻抗特性進行檢測與功能成像。三、 技術(shù)指標(biāo)（包括鑒定、知識產(chǎn)權(quán)專利、獲獎等情況）近年來獲河北省自然科學(xué)二、三等獎各1項；完成和承擔(dān)國家自然科學(xué)基金重點項目2項，國家自然科學(xué)基金面上項目2項，省部級項目10余項；出版專著2本，發(fā)表論文百余篇，其中大部分被SCI、EI檢索；申請專利2項。四、 高清成果圖片3-4張 人體胸腔呼吸過程電阻抗信息檢測與功能成像

表面等離子共振（SPR）生物傳感技術(shù)是近年來迅速發(fā)展起來的用于分析生物分子相互作用的一項技術(shù)。這種檢測手段與傳統(tǒng)方法比較，具有樣品不需要純化、標(biāo)記，并且可以實時、動態(tài)、高靈敏檢測等優(yōu)點，因此 SPR 傳感器在很多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如疫苗研制、疾病診斷、疾病治療、藥物靶標(biāo)、藥物開發(fā)、基因測序、案件偵破、環(huán)境檢測、食品安檢以及興奮劑檢測等。本項目的目的是研制一種基于 SPR 技術(shù)的光機電一體化系統(tǒng)。 我校于 1999 年開始從事有關(guān)方面的研究，2004 年底研制完成了第一套單通道 SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測試驗系統(tǒng)。最近幾年中，我們針對被廣泛采用的棱鏡耦合結(jié)構(gòu) SPR 傳感器存在的不足，課題組在天津市科技攻關(guān)培育項目、國家基金及天津市科技支撐計劃重點項目的支持下，研制成功基于傳感芯片的多通道 SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測實驗系統(tǒng)。這種新穎的集成化結(jié)構(gòu)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，而且符合 SPR 傳感系統(tǒng)小型化、儀器化的發(fā)展趨勢，為系統(tǒng)最終產(chǎn)品化奠定了基礎(chǔ)。目前已經(jīng)完成儀器化，結(jié)構(gòu)設(shè)計及操作便利方面還需進一步完善，以便使非專業(yè)人員能夠完成操作；數(shù)據(jù)分析算法及軟件需要進一步開發(fā)，以達到實用化。

進入21世紀(jì)以來，手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規(guī)模也越來越大。本項目目前研發(fā)的手性氨基酸包含L-2-氨基丁酸、D-蘇氨酸、L-天冬酰胺、L-叔亮氨酸、L-色氨酸等。 創(chuàng)新點： 1）本項目采用一鍋化反應(yīng)，以廉價的L-蘇氨酸為原料，經(jīng)過工程菌催化合成2-氨基丁酸，反應(yīng)時間10-12 h，原料的轉(zhuǎn)化率達到99%以上，2-氨基丁酸的產(chǎn)量達到100 g/L以上。 2）以消旋化蘇氨酸為原料，進行酶法拆分制備D-蘇氨酸。底物添加量達到2.5 M,反應(yīng)10 h內(nèi)達到完全拆分，D-蘇氨酸ee值為99%。 3）以天冬氨酸為原料，采用工程菌催化反應(yīng)10-12 h，L-天冬氨酸轉(zhuǎn)化率達到了94.4 %，L-天冬酰胺產(chǎn)量可達120 g/L，生產(chǎn)強度達到12.4 g/(L•h)。 4）基于構(gòu)建的基因工程菌，采用偶聯(lián)輔酶再生技術(shù)，轉(zhuǎn)化廉價底物合成L-叔亮氨酸，反應(yīng)24 h，底物轉(zhuǎn)化率達95%，產(chǎn)量達到100 g/L以上水平。 5）其它手性氨基酸（L-色氨酸、D-氨基酸）發(fā)酵和生物合成正在陸續(xù)開展中。 6）多種高效酶制劑的工程菌株構(gòu)建、發(fā)酵產(chǎn)酶以及多種中間體的制備。如蘇氨酸脫氨酶、亮氨酸脫氫酶、甲酸脫氫酶、ω-轉(zhuǎn)氨酶等，以及利用這些酶制備的多種醫(yī)藥中間體。

該技術(shù)制備的生物組織材料是一種以豬主動脈血管為基體,以氧化海藻酸鈉為交聯(lián)劑制備的人工器官用生物組織材料。