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項目成果/簡介:觀測活細(xì)胞內(nèi)生物大分子的動力學(xué)過程和信號小分子對生物大分子的調(diào)控作用對于探索生理病理新機制及疾病治療新方法具有重要的科學(xué)意義。 我校物質(zhì)科學(xué)與信息技術(shù)研究院張忠平課題組（張瑞龍、田肖和、韓光梅、劉正杰），針對上述關(guān)鍵科學(xué)問題，通過設(shè)計一系列多響應(yīng)、多重定位的新型光學(xué)探針，實現(xiàn)了活細(xì)胞內(nèi)信號分子對蛋白/酶活性的調(diào)控以及遺傳物質(zhì)動力學(xué)的分子影像分析，在理解細(xì)胞內(nèi)生物分子動力學(xué)領(lǐng)域取得了重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。代表性進(jìn)展主要包含：（1）氣體信號分子對細(xì)胞內(nèi)酶活性的調(diào)控； (2）膜穿透性碳點對活體內(nèi)DNA和RNA結(jié)構(gòu)及動力學(xué)的超分辨影像分析；（3）超分辨成像揭示活性氧調(diào)控線粒體核蛋白動力學(xué)；（4）超分辨STED和電鏡關(guān)聯(lián)成像對細(xì)胞微管蛋白超精細(xì)結(jié)構(gòu)的分析。 上述進(jìn)展解決了生物探針對細(xì)胞內(nèi)多種組分和細(xì)胞器的特異性識別問題，不僅有效避免了熒光光譜的重疊，還同步結(jié)合電鏡對生物大分子精細(xì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)行研究，為我校雙一流學(xué)科生物醫(yī)學(xué)探針和成像方向再添新成果。

本發(fā)明提供一種提高冬季低溫污水生物反硝化脫氮的方法，該方法包括步驟：采用序列間歇式活性污泥法運行方式，將馴化好的活性污泥和硝酸鹽廢水置于四個連續(xù)攪拌反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)，用冷卻水循環(huán)器將所述反應(yīng)器中的水溫控制在5～15℃溫度狀態(tài)下。從四個反應(yīng)器中取樣測定總氮，我國GB18918-2002要求總氮的最高排放標(biāo)準(zhǔn)為20mg/L，結(jié)合測定的結(jié)果分析最終排放總氮的量是否達(dá)標(biāo)。本發(fā)明的效果是采用該方法能夠在低溫條件下投加介體后顯著提高了生物脫氮，達(dá)到了我國《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)》要求總氮的最高排放標(biāo)準(zhǔn)。氧化還原介體的應(yīng)用克服了在低溫條件生物脫氮速率慢的缺點并為高效降解含氮污染物提供了新的思路。

本發(fā)明提供一種基于生物體觸電阻抗參數(shù)計算的多端口阻抗模型構(gòu)建方法，包括：采集活體試驗對象在完整皮膚和破損皮膚狀況下的多組低壓配電網(wǎng)生物體觸電信號；根據(jù)所述生物體觸電信號，獲取生物體觸電阻抗參數(shù)；根據(jù)所述生物體觸電阻抗參數(shù)，利用非線性時變電阻和電容元件搭建試驗生物體觸電阻抗電路模型，對生物體觸電的暫態(tài)過渡過程進(jìn)行描述；根據(jù)所述試驗生物體觸電阻抗電路模型，基于外推法獲取生物體觸電多端口阻抗模型。該方法能計算生物體觸電阻抗參數(shù)并建立響應(yīng)精度較高的生物體觸電多端口阻抗模型，實現(xiàn)在低壓配電網(wǎng)工頻狀況下對生物體觸電暫態(tài)過渡過程的精確描述。

艾滋病由人體免疫缺陷病毒（HIV）感染而引起。針對 HIV-1 的侵入、傳染的機制 及其它一些可能抑制 HIV-1 的機理，我們已經(jīng)獲得抗 HIV-1 的 C22 和 M3 多肽等系列的 膜融合抑制劑。但是多肽和蛋白質(zhì)類藥物在胃腸道給藥過程中普遍存在如胃內(nèi)酸解酶解、 胃腸道粘膜滲透性差、脂溶性差影響吸收等難點和缺點。 殼寡糖是利用殼聚糖為原料，通過生物工程技術(shù)降解制備獲得的 2-20 個氨基葡萄 糖連接而成的低聚氨基葡萄糖。有增強免疫力、降低血脂血糖、防控癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移、抑制 細(xì)胞老化等重要作用。 本發(fā)明在于提供殼寡糖及其衍生物作為抗 HIV-1 多肽藥物載體的應(yīng)用。殼寡糖作為 多肽藥物載體，可增加低吸收率的多肽藥物的生物利用率；控制多肽藥物的釋放；減少 對胃腸粘膜的刺激；保持多肽藥物在體內(nèi)穩(wěn)定性；提高藥物的靶向性。 二、功能特點： 3、增加低吸收率的多肽藥物的生物利用率。 4、控制多肽藥物的釋放；減少對胃腸粘膜的刺激。 5、保持多肽藥物在體內(nèi)穩(wěn)定性；提高藥物的靶向性。

1 成果簡介本項目在研發(fā)過程中得到了教育部留學(xué)人員歸國基金、教育部博士點基金、自然科學(xué)基金、國家科技支撐計劃的部分支持，經(jīng)過主持單位和協(xié)作單位的聯(lián)合攻關(guān)，經(jīng)過 8 年的時間研究完成的。通過實驗室小試，開發(fā)出可將污泥停留時間和水力停留時間分離的新型多孔微生物載體，研究了好氧-厭氧耦合污泥減量化的機理。采用設(shè)計的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進(jìn)行現(xiàn)場中試和實際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進(jìn)展和成果，并成功的將該項目應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在項目研究過程中共申請國家發(fā)明專利 6 項（其中5 項已授權(quán)），實用新型 1 項，發(fā)表論文 30 余篇，翻譯教材 2 部。 該項目在實施過程中，主要取得如下幾個方面的技術(shù)突破： （ 1）研究了好氧-厭氧耦合體系在處理廢水的同時對污泥減量化的作用機理，開發(fā)出好氧-厭氧多次反復(fù)耦合原位污泥減量技術(shù)。 （ 2）對多孔載體的結(jié)構(gòu)及對剩余污泥的截流效果進(jìn)行了全面研究。設(shè)計了一種空隙率高、對污泥截流效果好的多孔載體。 （ 3）開發(fā)出以天然高分子為助凝劑的鐵鹽混凝除磷技術(shù)。 （ 4）實現(xiàn)了該技術(shù)的實際推廣應(yīng)用，分別應(yīng)用于處理城市生活污水、農(nóng)村的生活污水、工業(yè)廢水和河道污染治理中。在高碑店污水處理廠進(jìn)行的運行兩年的 103/d 的中試實驗結(jié)果表明，運行效果穩(wěn)定，在水力停留時間為 12h 時，出水 COD 保持在 60mg/L 以下，出水 SS 在 30mg/L以下，兩年不需要排泥。在廣東肇慶處理 5m3/d 的高濃度發(fā)酵制藥廢水（ COD 2000~3000 mg/L），運行近一年的實驗結(jié)果表明，在水力停留時間為 27h 時，出水 COD 保持在 100 mg/L 以下，出水 SS 在 50mg/L 以下。 在以上中試試驗研究的基礎(chǔ)上，我們將該技術(shù)推廣應(yīng)用于青島即墨市兩個社會主義新農(nóng)村的生活污水處理（日處理量 150~180 噸），上海浦東區(qū)金家村農(nóng)村生活污水處理（適于不同地理特點的 170 套反應(yīng)器，服務(wù)人口 2120 人），佛山市石角涌河道截污工程（日處理量 1000~3000噸）和河北威遠(yuǎn)生物化工有限公司的農(nóng)藥廢水處理項目（日處理量 780 噸）。應(yīng)用結(jié)果表明該技術(shù)可以有效地去除廢水中的有機物及氮，同時實現(xiàn)原污泥減量化，而且對于用常規(guī)方法不能去除的有機物（如苯、苯酚等）也可以有效地去除。新型多孔微生物載體技術(shù)在污水處理過程中不需要對剩余污泥進(jìn)行處理，運行管理簡單，運行成本低，具有廣闊的應(yīng)用前景。2 技術(shù)指標(biāo)生活污水經(jīng)過處理后達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn) GB18918-2002》一級B 排放標(biāo)準(zhǔn)；處理生活污水的過程中剩余污泥減量 60~75%；處理河道污水的過程中剩余污泥減量 70~85%；多孔微生物載體的使用壽命在 10 年以上；工業(yè)污水由于種類較多，排放標(biāo)準(zhǔn)不一，需要根據(jù)具體的情況進(jìn)行確定。3 應(yīng)用說明本技術(shù)主要是應(yīng)用于新建或者現(xiàn)有污水處理廠污泥減量、廢水處理方面。該技術(shù)利用多孔載體和定點曝氣技術(shù)，在反應(yīng)器中實現(xiàn)了沿載體軸向、反應(yīng)器水流和高度方向的多層次好氧-厭氧反復(fù)耦合環(huán)境，從而在同一個反應(yīng)器中實現(xiàn)好氧-厭氧微生物反應(yīng)的耦合。實驗室采用人工廢水的小試研究結(jié)果表明，該類耦合體系的 COD 去除率大于 90%，而與傳統(tǒng)廢水處理工藝相比，剩余污泥的產(chǎn)率可以減少 90%以上。 對該類耦合體系實現(xiàn)污泥減量的機理研究表明，好氧區(qū)增殖的污泥進(jìn)入下游的厭氧區(qū)后發(fā)生死亡溶解釋放出胞內(nèi)蛋白質(zhì)等組分，進(jìn)一步被降解成小分子物質(zhì)，這些物質(zhì)流入下游好氧區(qū)被污泥再次利用，強化了污泥的隱性增殖；而微型動物的穩(wěn)定存在強化了捕食效應(yīng)。整個過程伴隨著 CO2、 N2 的釋放，使得進(jìn)水中有機物以氣體形式脫離體系，從而實現(xiàn)了廢水的凈化處理和剩余污泥的原位減量。 為了進(jìn)一步將污泥停留時間和水力停留時間分離以實現(xiàn)污泥減量效果，本研究設(shè)計開發(fā)了新型的多孔微生物載體。采用設(shè)計的新型載體構(gòu)建了中試裝置，進(jìn)行現(xiàn)場中試和實際應(yīng)用，取得了一系列突破性的進(jìn)展和成果，驗證了新型載體的實際應(yīng)用效果，并進(jìn)而成功地將該技術(shù)應(yīng)用在生活污水、河道污水和工業(yè)廢水的治理中，在處理生活污水的過程中可以使污泥減量 60~75%，處理河道污水的過程中可以使污泥減量 70~85%。4 效益分析城市污水處理廠污泥安全處置工作有其艱巨性和復(fù)雜性，特別對于污水處理規(guī)模較小，污泥厭氧發(fā)酵無法實施的地方，污泥減量化污水處理技術(shù)的應(yīng)用將成為必要的選擇。通過該技術(shù)的實施，可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量，減少填埋用地，節(jié)約土地資源，避免了對環(huán)境的二次污染。同時，由于污水處理廠對污泥處理量的減少，運行費用隨之降低，而且運行管理簡單，對促進(jìn)我國水處理事業(yè)的發(fā)展有積極的影響。 該技術(shù)既可以用于生活污水的處理也可以用于工業(yè)廢水的處理，適用范圍比較廣，而且在處理污水的同時可以大量的減少剩余污泥的產(chǎn)量。不僅可以減少污水處理設(shè)備的投資，而且可以節(jié)省運行費用， 適于中小規(guī)模的生活污水處理及有機工業(yè)污水處理。5 合作方式技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)。

滇藏?zé)崛鷳B(tài)系統(tǒng)中蘊含著豐富的微生物資源，包含大量的系統(tǒng)發(fā)育位置未知且功能奇特的神秘、新穎的微生物類群。課題組結(jié)合宏基因組學(xué)測序技術(shù)和生物信息學(xué)手段從中重構(gòu)出14個具有甲烷/烷烴代謝能力的微生物基因組（圖1），其系統(tǒng)發(fā)育多樣性極高且獨特，廣泛分布于韋斯特古菌門、哪吒古菌門(Nezharchaeota)等TACK超級門中。值得一提的是，該課題組首次于奇古菌門(Thaumarchaeota)中發(fā)現(xiàn)其具有產(chǎn)甲烷功能。此前，奇古菌門以其好氧氨氧化能力而為眾人所熟知，而課題組首次對其厭氧狀態(tài)下產(chǎn)甲烷能力的發(fā)現(xiàn)表明我們目前對此門認(rèn)知的局限性，神秘的自然界或?qū)⑦h(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的認(rèn)知。此外，組學(xué)技術(shù)的發(fā)展或?qū)⒅敢覀儗ζ溥M(jìn)化歷史進(jìn)行更全面的認(rèn)知。課題組對這些未知生命的代謝特征進(jìn)行了揭示，并發(fā)現(xiàn)除卻傳統(tǒng)的氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌外，還有多種氫依賴的甲基營養(yǎng)性產(chǎn)甲烷菌，他們可吸收熱泉生態(tài)系統(tǒng)中多種甲基底物以完成甲烷的產(chǎn)生（圖2）。通過進(jìn)化基因組分析，課題組還對古菌祖先的進(jìn)化起源進(jìn)行了推測，研究發(fā)現(xiàn)對于具有產(chǎn)甲烷能力的微生物類群，其甲烷代謝關(guān)鍵基因mcrABG相對較為保守，并無明顯的水平基因轉(zhuǎn)移時間發(fā)生；而對于烷烴氧化的微生物類群，水平基因轉(zhuǎn)移對其多樣性塑造有著深遠(yuǎn)影響。基于甲烷代謝基因的保守性，課題組對其祖先序列進(jìn)行了序列重構(gòu)，從而來推測祖先序列的最適生長溫度，結(jié)果表明具有mcrABG標(biāo)記基因的微生物類群或起源于高溫生境（圖3）。另外，由于 TACK和ASGARD超級門中，以及廣古菌門中大部分支系均具有甲烷/烷烴代謝能力，且相應(yīng)微生物相比其它同支系微生物有著更為悠久的進(jìn)化歷史，因此，課題組猜測地球早期生命中，古菌的祖先或具有甲烷和烷烴代謝能力。

● 項目簡介：細(xì)菌生物膜是細(xì)菌互相粘連形成的模樣物，對大多數(shù)抗生素耐藥，其耐藥性比浮游菌可高達(dá)100倍。近年來細(xì)菌生物膜疾病日益嚴(yán)重、治療難度極大，目前尚無抗細(xì)菌生物膜藥物上市。YycG/YycF雙組分信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)對細(xì)菌的生長和生物膜形成具有重要的調(diào)控作用，可以作為理想的藥物靶標(biāo)篩選抗生物膜先導(dǎo)化合物。對先導(dǎo)化合物優(yōu)化改造，評價其藥效，研究候選藥物的藥代動力學(xué)特征并對其安全性進(jìn)行初步評價，探討其成藥性，可能產(chǎn)生創(chuàng)新性強、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的候選新藥。● 應(yīng)用前景：通過生物信息學(xué)分析，在表皮葡萄球菌全基因組中共發(fā)現(xiàn)了16對雙組分信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)。選擇其中一組YycG/YycF 系統(tǒng)中的組氨酸激酶YycG的保守功能域HATPase_c作為候選抗菌藥物靶點，通過高通量虛擬篩選獲得了具有抑制生物膜作用的小分子化合物，能夠可特異性地作用于葡萄球菌屬等革蘭陽性球菌，對革蘭陰性菌無抑菌作用，且對哺乳類細(xì)胞毒性作用低。對表皮葡萄球菌已形成生物膜中的細(xì)菌具有殺傷作用，同時也可使細(xì)菌生物膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，很好的抑制了生物膜的形成。以其中兩個小分子化合物作為先導(dǎo)化合物，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造，已經(jīng)獲得30個結(jié)構(gòu)新穎的衍生物。通過表皮葡萄球菌生物膜殺傷實驗證明，其中5個化合物的MIC，MBC和抑制生物膜濃度均不同程度的優(yōu)于先導(dǎo)化合物。化合物H5-10的MIC，MBC和抑制生物膜濃度分別達(dá)到1.5，3.1，25μM。目前該項目的技術(shù)水平居于國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。本項目已申請并獲得授權(quán)2項國家發(fā)明專利。

丁二酸又名琥珀酸，是生物煉制產(chǎn)品工程中最重要的碳四平臺化合物，是制備多種重要化工中間體（1，4-丁二醇、四氫呋喃、g-丁內(nèi)酯等）與生物可降解材料（PBS）的原料，市場需求總量將有望由目前的1.8萬噸擴展至400萬噸。傳統(tǒng)生產(chǎn)方法采用的是從丁烷經(jīng)順丁烯二酸酐通過電解生產(chǎn)，生產(chǎn)污染大，成本高，抑制了丁二酸這一大宗化學(xué)品的發(fā)展?jié)摿ΑＩ锓ㄉa(chǎn)丁二酸的主要原料來源廣泛且價格低廉（玉米、廢乳清、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢料等），可以減少對不可再生資源的消耗，微生物合成丁二酸的過程中吸收并固定CO2用于菌株的代謝，并最終生成丁二酸，每生產(chǎn)1kg丁二酸，將會有0.37kg的CO2被固定。如果將發(fā)酵生產(chǎn)丁二酸與另一大宗發(fā)酵產(chǎn)品乙醇的生產(chǎn)過程進(jìn)行耦合，更可將發(fā)酵生產(chǎn)乙醇產(chǎn)生的CO2加以利用，減少溫室氣體的排放，并同時生產(chǎn)出丁二酸、乙醇等產(chǎn)品。該制備技術(shù)具有產(chǎn)物濃度高、原料來源豐富、分離簡便、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)勢。可利用葡萄糖、玉米粉糖化液、纖維素/半纖維素水解糖液并在發(fā)酵中固定二氧化碳?xì)怏w作為碳源，在較高葡萄糖濃度下（100g/L）實現(xiàn)了較高濃度產(chǎn)物的累積（60~70g/L），生產(chǎn)強度達(dá)1.5g/（L?h），丁二酸提取收率≥80%，產(chǎn)品純度≥98%。擁有具有自主知識產(chǎn)權(quán)的丁二酸生產(chǎn)菌株：產(chǎn)琥珀酸放線桿菌NJ113，該菌株具有良好的丁二酸生產(chǎn)性狀，生產(chǎn)水平目前處于國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先。建立了從種子培養(yǎng)、厭氧發(fā)酵、產(chǎn)物分離提取及檢測分析等一系列較為完整的上下游工藝，具有路線簡單、便于操作、綠色清潔等優(yōu)點。

膜蛋白生物標(biāo)志物的超高靈敏度、高通量、多目標(biāo)及操作簡便的常壓敞開式質(zhì)譜（AMS）免疫分析新方法。該方法可實現(xiàn)微升級體液中或幾十個細(xì)胞表面的疾病蛋白標(biāo)志物的原位檢測，檢測靈敏度達(dá)zeptomole（zmol）水平。實現(xiàn)了血清樣品中CA125等生物標(biāo)志物的檢測，有望用于卵巢癌和乳腺癌的早期診斷。該平臺還可實現(xiàn)低至25個細(xì)胞水平的OVCAR-3和MCF-7細(xì)胞表面的重要三種生物標(biāo)志物（CA125、CEA和EpCAM）的同時、原位表達(dá)差異測定，顯示了超高的靈敏度和多目標(biāo)同時檢測能力，且具有普適性和可拓展性。

本實用新型涉及實驗設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及多功能生物化學(xué)實驗用試管固定裝置,包括固定臺，固定臺上設(shè)置有升降桿，升降桿頂端轉(zhuǎn)動連接有試管固定臺，且轉(zhuǎn)動連接處設(shè)置有鎖緊裝置，試管固定臺上設(shè)置有試管放置孔，試管放置孔上設(shè)置有彈性固定夾；固定臺上分別設(shè)置有加熱裝置和冷卻裝置。本實用新型所述的試管固定裝置操作方便，無需將試管取下即可實現(xiàn)試管的加熱、冷卻等操作，結(jié)構(gòu)簡單，使用更加靈活。而且采用風(fēng)冷技術(shù)，可以防止溫差