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生物基多元醇的綠色制造
眾所周知，石油、天然氣和煤炭等不可再生的化石資源構成了當今世界燃料和化學工業的基石，豐富了人類的物質生活，創造了當今的繁華塵世。然而，隨著化石資源的日益枯竭，能源供需矛盾的不斷惡化，油價的不斷飆升，化石工業造成的環境污染日益嚴重等問題，已成為制約社會和經濟可持續發展的瓶頸。這些問題大大推動了人們研究可再生的生物質資源制備能源和大宗化學品的熱情。多元醇作為新一代能源和化學品的平臺，其廣泛的應用前景已引起了眾多科研工作者的廣泛關注。目前，生物基多元醇的工藝路線主要集中在山梨醇的加氫裂解和纖維素通過熱裂解、催化裂化及酸水解加氫等反應途徑制得。但是這兩種工藝路線具有工序流程長，反應條件比較苛刻（需要高溫、高壓下進行），產品比較復雜，分離難度大，成本高等不足，嚴重制約生物基多元醇產業的健康發展。本項目針對上述工藝路線存在的不足，設計了三條新的反應途徑，均能有效地將葡萄糖單體轉化為附加值比較高的多元醇，如合成聚酯纖維的基礎原料：1、2-丙二醇和乙二醇等。這些工藝路線與傳統路線相比，具有反應條件比較溫和，產物比較簡單，成本比較低等優點，同時也能達到節能減排的目標，符合環境友好的要求。因此，這么有意義的研究工作應該得到更大的扶持力度，使其盡快產業化，走出符合我國生物產業特色的道路。
南京工業大學
2021-04-13
熱管式生物質氣化爐
熱管式生物質氣化爐是將高溫熱管技術引入生物質氣化爐中，實現生物質的間接氣化，使得生成的燃氣中不含氮氣，熱值可達15MJ/Nm3。試驗結果表明與用空氣直接供熱氣化的氣化爐氣體組分和熱值比較，用熱管式生物質氣化爐間接供熱得到的氣體組分中H2的含量很高，約是用空氣直接供熱氣化的10倍，熱值是用空氣直接供熱氣化的2～3倍。用所開發的熱管式生物質氣化爐建立小規模分布式熱電聯產系統，合理利用生物質能，解決我國分散地區的熱、電供應問題。已申請了兩項發明專利，目前均已授權。旋轉熱管生物反應器是采用回路熱管的技術原理，依靠熱管吸熱段上的熱管漿葉來實現吸熱。熱管漿葉和熱管攪拌軸是相通的，兩者組合的旋轉熱管本身是一個等溫體，當熱管漿葉圍繞攪拌軸旋轉時，在釜內形成圓筒形的液體等溫層，并通過布置多層熱管漿葉，就可實現整個釜內的溫度均勻性。優點是吸熱槳葉單元占用空間小，強化管外反應器內介質的傳熱傳質，提高反應器內傳熱效率和生物反應效率，同時實現節能減排目的。已申請了一項發明專利，目前已授權。
南京工業大學
2021-04-13
γ-氨基丁酸的生物制備技術
該產品獲國家基礎科研計劃(2009CB724700)、國家高技術研究發展計劃(2012AA021503)和博士學科點專項科研基金(20103221110006)等支持，專利在申1項。該產品可應用于食品、藥品以及生物材料等領域。以L-谷氨酸為底物，工程菌直接脫羧反應，反應轉化率高達100%，產物得率為70%，純度達99%以上，工藝簡單，綠色無污染。隨著人們生活質量的提高，養生越來越受到人們的密切關注。因為γ-氨基丁酸的生理與保健作用，它將供不應求，所以推廣該技術與該產品迫在眉睫。該項目擁有自主知識產權，目前已小批量生產。
南京工業大學
2021-04-13
揭示生物振蕩網絡的設計原則
生物振蕩網絡作為生命體的內稟時鐘，調節各種與時間信息相關的生命過程，因此需要在減小計時漲落的同時，保持對環境信號的敏感性。 對于處于熱力學平衡態的系統，漲落耗散定理表明，高響應與低漲落不可能同時完成。但是生命系統處于非平衡態，并沒有漲落耗散定理的約束。對于振蕩網絡這一非平衡態系統，如何保持高敏感性和精確性，以及對應的熱力學的設計原理，是一個重要的利用物理原理理解生命系統的基本問題。 歐陽頎教授研究組與美國IBM沃森研究中心的涂豫海教授（北京大學物理學院/定量生物學中心教授）展開合作，首次從理論上揭示了生化反應網絡優化振蕩功設計原則。研究發現，通過增加系統的自由能耗散，振蕩的計時精確性增加，這與之前的研究相符；更重要的是，耗散的增加還能夠增強系統對于外界信號的響應，兩者呈正比關系。通過對簡單模型的解析發現，額外的自由能耗散可以加強振蕩相位與振幅的耦合，借此來增強對信號的響應，從而打破了平衡態的漲落響應關系。為了同時達到高敏感性和精確性，系統需要精細的分配參與反應的非平衡環路中的自由能耗散。研究基于化學勢與反應流提出了兩條重要的能量分配原則，并在相關實驗數據分析中得到驗證。
北京大學
2021-04-11
腫瘤特異的生物正交前藥
協同利用酶觸發的超分子自組裝和生物正交斷鍵反應，在腫瘤細胞內部實現原位、特異的前藥激活，不僅極大地降低了抗癌藥物的毒副作用，而且增強了靶向活化能力。設計合成了帶有前藥激活開關Tetrazine的酶響應組裝前體短肽，利用宮頸癌細胞過表達的磷酸酶，在腫瘤原位構建功能納米組裝體，使前藥激活開關獲得腫瘤靶向性并且大量富集。后續使用的阿霉素前藥TCO-DOX (其中，TCO為生物正交脫籠基團)在正常細胞或組織內沒有激活，不產生毒性；而在腫瘤內則能被高效激活，顯著提高了癌細胞的殺傷效果。
北京大學
2021-04-11
利用餐飲廢油制取生物柴油
項目簡介近年來，石油價格不斷上漲，我國汽車保有量持續上升，燃料油用量越來越大，這在一定程度上造成了我國燃油供給的緊張。另一方面，隨著餐飲行業的發展，加之我國人民的飲食習慣，日益增加的餐飲行業產生的廢食用油,已經成為環境及飲食安全方面的一大隱患。本項目的目的在于將餐飲行業的廢油（脂）經過凈化處理后，在堿催化劑存在下，進行酯交換反應，生產市場緊缺的車用燃油替代品——生物柴油。經檢測本項目制得的生物柴油性能指標如下：二、市場前景當今餐飲行業異常發達，產生的廢油資源越來越豐富。石油短缺，汽車保有量增多，造成石油柴油供應短缺，使生物柴油市場前景非常樂觀。三、規模與投資規模5000噸/年，廠區占地1000㎡，設備投資100萬元。四、生產設備設備名稱 規格 材質 數量反應釜 5000L 不銹鋼 5個貯罐 10000L 不銹鋼 4個離心泵 5臺熱水鍋爐 3噸 1個五、效益分析以地溝油、動植物油、酸化油[動植物油皂角油]，脂肪酸，毛油.等經凈化后脫水干燥后，在堿催化劑作用下與甲醇進行酯交換反應，生產脂肪酸甲酯[生物柴油]。生產成本：原料費：甲醇 50kg 200元凈化餐飲廢油 3400元/噸 人工費 20元/噸水、電費 20元/噸 其他原料及加工費 50元/噸生產成本： 3690元/噸 包裝、運輸及其他經營成本 600元/噸生物柴油市場售價 4800元/噸年經濟效益：（4800－600－3690）×5000=255萬元六、合作方式合作，轉讓。
河北工業大學
2021-04-13
導電聚苯胺及其衍生物
導電聚合物的發現為有機高分子材料的應用開辟了一個新領域，聚苯胺由于合成工藝簡單、摻雜機制特殊，具有良好的導電性、優良的環境穩定性以及特殊的光、電、磁學性能而得到廣泛的研究。但仍存在以下問題：（1）聚苯胺的分子鏈骨架剛性強，分子間相互作用力大，幾乎不溶不熔，加工性能和機械性能較差；（2）合成產物的結構、分子量和聚集態難于控制，對宏觀性能的影響大；（3）聚苯胺經摻雜后雖然表現出一些優異的性能，但相對于本征態，穩定性降低。針對以上問題，本項目采用化學氧化聚合法合成了不同
廈門大學
2021-01-12
MOFs生物雜交材料的可控設計
開發一種簡單的合成策略，制備具有高活性的酶@MOFs生物雜交材料。該方法的關鍵在于添加了能夠作為“形貌調制器”的聚多肽-聚谷氨酸（γ-poly-L-glutamic acid, PLGA)。PLGA是一種陰離子生物聚多肽，不僅可通過靜電組裝方式調控酶的表面電荷進而加速酶@ZIF-8雜交材料的形成，而且PLGA直鏈上豐富的羧基基團可與金屬離子競爭配位，原位裁剪出具有不同形貌和孔徑尺寸的酶@ZIF-8納米結構（圖1A）。研究表明不同的納米結構對于雜交材料的活性有重要影響，其中設計的介孔2D酶@ZIF-8納米片結構由于具有更短的底物擴散路徑和更大的孔道尺寸，極大提高酶活性位點的利用率，因此得到的MOFs雜交材料具有優異的生物活性。基于提出的合成策略，研究人員還建立一個 MOFs“人造細胞”，通過酶級聯反應模擬細胞內的信號轉導（圖1B）。該人造細胞對葡萄糖具有雙重光學（熒光和比色信號）響應，兩種光學信號都與葡萄糖濃度成正比，并且在兩個互補的濃度范圍內靈敏。
中山大學
2021-04-13
真核生物DNA復制源組件
在 S.pombe 中發現的一個全新pre-RC組分Sap1，它是pre-RC的裝配過程中不可或缺的一個蛋白: 與ORC一樣，Sap1在細胞生長周期中與DNA復制源結合，通過一系列的功能研究及X射線晶體學與NMR聯合的結構功能研究表明，Sap1與通過其九個AT-鉤狀基序結合不對稱AT富序列的ORC不同，Sap1優先結合5’-（A / T）nC / G（A / T）9-10G / C（A / T）n-3’，對于DNA起始復制源有一定的序列傾向性。 通過進一步的功能研究證明Sap1和ORC存在相互作用，ORC在招募Cdc18至DNA復制源時需要Sap1來完成pre-RC組裝，充分表明Sap1是直接參與pre-RC組裝的復制起始因子，本研究論文表明在S.pombe的DNA復制過程中，首先需要Sap1與ORC共同結合到DNA復制源上從而開啟DNA的起始復制過程。進一步的研究表明在人類的DNA復制過程中同樣存在Sap1功能類似的蛋白質元件，相關工作正在進行中。
南方科技大學
2021-04-13
新型乙烯生物合成抑制劑
利用植物化學遺傳學手段，以擬南芥乙烯過量合成突變體eto1-2和乙烯信號活化突變體ctr1-1為篩選材料，從2000種化學小分子文庫中篩選出了3種可抑制乙烯合成或反應的小分子化合物：kynurenine（KYN），ponalrestat（PRT）和pyrazinamide（PZA）。他們早期的研究發現KYN能夠抑制乙烯所誘導的下游生長素合成途徑中的一類關鍵酶TAA1/TARs（He et al., 2011 Plant Cell），最近發現PRT也作用于乙烯下游反應，抑制了生長素合成途徑中的另一類關鍵酶（相關工作正在整理發表中）。 不同于KYN和PRT，第三個小分子PZA只特異性抑制乙烯過量合成突變體eto1-2的“三重反應”（圖A）。施加PZA處理可以抑制乙烯合成前體ACC所誘導的乙烯反應，暗示PZA可能通過抑制ACC氧化酶（ACC oxidase，ACO）而抑制乙烯合成。體外生化分析發現，PZA無法直接抑制ACO催化活性，需要被擬南芥煙酰胺酶（nicotinamidase）轉化為pyrazinoic acid（POA）（圖B），進而以POA的形式競爭性抑制ACO的催化活性。 進一步解析了擬南芥中ACO家族成員ACO2與POA復合物的高分辨率晶體結構（2.1?），從原子層面揭示了POA的抑制機理（圖C和圖D）。晶體結構表明，POA是通過與活性中心的一個鋅離子或鐵離子形成配位鍵而與ACO2結合。此外，POA與其周圍氨基酸之間形成的氫鍵、疏水相互作用以及范德華力，也鞏固了其與蛋白的結合。通過對ACO2蛋白關鍵氨基酸進行突變，證實了POA或其類似物2-PA可以模擬ACO的內源底物ACC，從而競爭性抑制了ACO的活性。這些結果不僅在原子層面上闡明了POA的抑制機理，還為進一步優化POA結構，提高其抑制活性提供了理論基礎。
南方科技大學
2021-04-13