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項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:表面等離子共振（SPR）生物傳感技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的用于分析生物分子相互作用的一項(xiàng)技術(shù)。這種檢測(cè)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(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高靈敏檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)序、案件偵破、環(huán)境檢測(cè)、食品安檢以及興奮劑檢測(cè)等。本項(xiàng)目的目的是研制一種基于 SPR 技術(shù)的光機(jī)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(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)。最近幾年中，我們針對(duì)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(xiàng)目、國(guó)家基金及天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)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(cè)實(shí)驗(yàn)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(shì)，而且符合 SPR 傳感系統(tǒng)小型化、儀器化的發(fā)展趨勢(shì)，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(jì)及操作便利方面還需進(jìn)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(jìn)一步開發(fā)，以達(dá)到實(shí)用化。應(yīng)用范圍:所開發(fā)的試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，申請(qǐng)專利兩項(xiàng)。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(cè)序、案件偵破、環(huán)境檢測(cè)、食品安檢以及興奮劑檢測(cè)等，具有很好的應(yīng)用及市場(chǎng)前景。 首先，一套智能化的 SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)分析系統(tǒng)的批量生產(chǎn)成本預(yù)計(jì)為 10 萬(wàn)元人民幣左右，而國(guó)際上同類產(chǎn)品（瑞典 BIAcore 公司生產(chǎn)）的最低售價(jià)為 10 萬(wàn)美元左右。可見(jiàn)，SPR 生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)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(cè)分析系統(tǒng)中的傳感耦合部件因其進(jìn)口成本很高，目前還是一種半消耗品，即每完成一次測(cè)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(cè)成本也在200 元人民幣以上。本項(xiàng)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(jìn)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(shí)現(xiàn)一次性使用。預(yù)計(jì)每個(gè)芯片的批量生產(chǎn)成本不到 50 元人民幣，售價(jià)如果為 100 元人民幣，單次檢測(cè)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(rùn)也是非常可觀的。 另外，我們還可以在此項(xiàng)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(cè)、食品安全檢驗(yàn)以及興奮劑檢測(cè)等其它眾多領(lǐng)域進(jìn)行檢測(cè)分析的系列產(chǎn)品，其巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是不言而喻的。

將計(jì)算機(jī)自然語(yǔ)言處理方法和生物本體學(xué)方法結(jié)合起來(lái)，發(fā)展一套面向生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立了一個(gè)文獻(xiàn)挖掘平臺(tái)。該平臺(tái)可以對(duì)生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，發(fā)現(xiàn)隱含在文獻(xiàn)中的生物學(xué)實(shí)體及其聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)深層次的生物醫(yī)學(xué)知識(shí)，自動(dòng)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(duì)于一組給定的文獻(xiàn)，該平臺(tái)首先進(jìn)行句法分析和生物學(xué)術(shù)語(yǔ)標(biāo)定，然后進(jìn)行語(yǔ)義分析，提煉每條語(yǔ)句的生物學(xué)含義，提取文獻(xiàn)中的生物醫(yī)學(xué)關(guān)聯(lián)特性，以發(fā)現(xiàn)文獻(xiàn)中的基因、蛋白質(zhì)、疾病以及它們的關(guān)系。

一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介生物電磁信號(hào)攜帶有生物活體的生理、病理信息，檢測(cè)和提取有用生物電磁信號(hào)并據(jù)此分析其內(nèi)部電磁過(guò)程，對(duì)于揭示生命活動(dòng)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(duì)生物醫(yī)學(xué)電磁場(chǎng)問(wèn)題數(shù)值求解方法及應(yīng)用進(jìn)行研究，1997年主持了國(guó)家自然科學(xué)基金電工學(xué)科首個(gè)生物電磁領(lǐng)域課題“生物醫(yī)學(xué)電磁逆問(wèn)題求解的數(shù)值方法研究”。二、 項(xiàng)目技術(shù)成熟程度在生物醫(yī)學(xué)電磁問(wèn)題數(shù)學(xué)建模與求解方法方面，針對(duì)腦電（EEG）和電阻抗成像（EIT）的正、逆問(wèn)題，分別建立了二維與三維數(shù)學(xué)模型、靜態(tài)和動(dòng)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(duì)肺功能、乳腺癌以及腔內(nèi)心肌瘢痕等檢測(cè)問(wèn)題，研制了128通道多頻電阻抗實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與成像系統(tǒng)，對(duì)人體胸腔和乳腺的電阻抗特性進(jìn)行檢測(cè)與功能成像。三、 技術(shù)指標(biāo)（包括鑒定、知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利、獲獎(jiǎng)等情況）近年來(lái)獲河北省自然科學(xué)二、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)；完成和承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目2項(xiàng)，國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目2項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)；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(qǐng)專利2項(xiàng)。四、 高清成果圖片3-4張 人體胸腔呼吸過(guò)程電阻抗信息檢測(cè)與功能成像

表面等離子共振（SPR）生物傳感技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的用于分析生物分子相互作用的一項(xiàng)技術(shù)。這種檢測(cè)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(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、高靈敏檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)序、案件偵破、環(huán)境檢測(cè)、食品安檢以及興奮劑檢測(cè)等。本項(xiàng)目的目的是研制一種基于 SPR 技術(shù)的光機(jī)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(cè)試驗(yàn)系統(tǒng)。最近幾年中，我們針對(duì)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(xiàng)目、國(guó)家基金及天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)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(cè)實(shí)驗(yàn)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(shì)，而且符合 SPR 傳感系統(tǒng)小型化、儀器化的發(fā)展趨勢(shì)，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(jì)及操作便利方面還需進(jìn)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(jìn)一步開發(fā)，以達(dá)到實(shí)用化。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場(chǎng)規(guī)模也越來(lái)越大。本項(xiàng)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(diǎn)： 1）本項(xiàng)目采用一鍋化反應(yīng)，以廉價(jià)的L-蘇氨酸為原料，經(jīng)過(guò)工程菌催化合成2-氨基丁酸，反應(yīng)時(shí)間10-12 h，原料的轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上，2-氨基丁酸的產(chǎn)量達(dá)到100 g/L以上。 2）以消旋化蘇氨酸為原料，進(jìn)行酶法拆分制備D-蘇氨酸。底物添加量達(dá)到2.5 M,反應(yīng)10 h內(nèi)達(dá)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(dá)到了94.4 %，L-天冬酰胺產(chǎn)量可達(dá)120 g/L，生產(chǎn)強(qiáng)度達(dá)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(jià)底物合成L-叔亮氨酸，反應(yīng)24 h，底物轉(zhuǎn)化率達(dá)95%，產(chǎn)量達(dá)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(dòng)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。

成果介紹目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有工業(yè)規(guī)模的生物質(zhì)氣化技術(shù)，普遍存在生物質(zhì)氣化效率低、燃?xì)庵薪褂秃扛叩葐?wèn)題。燃?xì)庵薪褂秃仍斐赡茉蠢速M(fèi)，又易造成堵塞，加快設(shè)備損耗，氣化島整體使用壽命不長(zhǎng)。己建成的工程利用率不高，大部分已停用，一定程度上影響了生物質(zhì)氣化集中供應(yīng)，不利于進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化。 為了解決目前存在的諸多問(wèn)題，東南大學(xué)針對(duì)我國(guó)國(guó)情和農(nóng)作物廢棄物的特點(diǎn)，采用流化床低溫氣化+高溫熔融氣化制取焦油含量極低的中熱值可燃?xì)猓壳耙呀ǔ稍摴に嚨娜仗幚斫斩捔?噸的成套示范工程，已穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行2000小時(shí)以上，獲得了熱值7MJ/Nm3的可燃?xì)猓扇細(xì)庵薪褂秃啃∮?mg/Nm3，遠(yuǎn)小于人工煤氣國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 13612-2006）中焦油含量要求，生物質(zhì)中碳元素轉(zhuǎn)化率96.5[[[[[%]]]]]，能量綜合利用效率90.7％，單位MJ的可燃?xì)獬杀镜陀谔烊粴狻Ｊ袌?chǎng)前景本技術(shù)可廣泛用于煤爐改造、糧食烘干，也可為居民提供可燃?xì)猓瑢?duì)加快和諧社會(huì)及新農(nóng)村建設(shè)的步伐具有重要意義。本技術(shù)已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利7件（授權(quán)5件），發(fā)表學(xué)術(shù)論文24篇，獲國(guó)家科技支撐計(jì)劃、江蘇省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目支持。

膜生物反應(yīng)器(MBR)是膜分離技術(shù)與生物處理方法的高效結(jié)合，其起源是用膜分離技術(shù)取代活性污泥法中的二沉池，進(jìn)行固液分離，經(jīng)過(guò)一系列研究和改進(jìn)后，膜生物反應(yīng)器(MBR)可直接達(dá)到處理出水回用的目的，并且具有污水三級(jí)傳統(tǒng)工藝無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)： 1、微生物數(shù)量高于常規(guī)生物處理2～5倍，處理程度高，中空纖維膜孔徑0.2μm，能高效進(jìn)行固液分離，出水懸浮物濃度和濁度接近于零，細(xì)菌總數(shù)接近于零，可直接用于回用目的。 2、處理工藝簡(jiǎn)單可靠，構(gòu)筑物少，可大規(guī)模節(jié)省占地面積和征地費(fèi)用，降低水處理投資，占地面積約為常規(guī)二級(jí)處理加深度處理工藝的1/4～1/10。 3、污泥齡長(zhǎng)，污泥產(chǎn)量低，除無(wú)機(jī)顆粒物外，基本無(wú)剩余污泥排放，由于不投加化學(xué)藥劑，所以不產(chǎn)生化學(xué)污泥。 4、出水水質(zhì)優(yōu)良，各項(xiàng)指標(biāo)低于國(guó)家污水回用有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，且不受進(jìn)水水質(zhì)影響。 5、自動(dòng)化程度高，利用PLC進(jìn)行控制，不需設(shè)置專人管理，人員經(jīng)短期培訓(xùn)就能操作，維護(hù)工作量小。一、MBR-X系列膜生物反應(yīng)器進(jìn)水處理出水水質(zhì)比較 1.進(jìn)水水質(zhì)：(對(duì)于高濃度有機(jī)廢水可采用在MBR反應(yīng)器前增加預(yù)處理措施) CODcr＜500mg/L               BOD5＜300mg/L SS＜300mg/L                 NH4+-N＜40mg/L 2.出水水質(zhì)： CODcr＜20mg/L                BOD5＜5mg/L SS=0mg/L                    NH4+-N＜1mg/L 濁度＜1NTU                  細(xì)菌總數(shù)＜20個(gè)mg/L 大腸桿菌數(shù)未檢出二、MBR-X系列膜生物反應(yīng)器適用范圍 1．生活污水                       2.工業(yè)污水①城市生活污水             　 ①食品工業(yè)廢水      ②賓館、辦公樓污水 ②印染工業(yè)廢水 ③工礦企業(yè)生活污水 ③制藥工業(yè)廢水 ④公廁糞便水 ④石油化工廢水 ⑤洗車業(yè)廢水 ⑤造紙工業(yè)廢水 ⑥垃圾滲透液等                           　⑦焦炭或煤氣含酚工業(yè)廢水

成果描述：生物柴油以其可再生性及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)倍受人們矚目。目前生物柴油工業(yè)生產(chǎn)主要采用均相堿催化酯交換反應(yīng)。該法雖催化效率高，但生產(chǎn)過(guò)程中為降低生物柴油產(chǎn)品含堿量，通常采用稀酸及水洗滌，造成大量含堿含鹽廢水排放，帶來(lái)環(huán)境問(wèn)題，且洗滌后產(chǎn)品需脫水干燥，后續(xù)工藝復(fù)雜，能耗高。本成果提出了一條在甲醇亞臨界條件下，采用微量堿催化制備生物柴油的新工藝。選擇以精制菜籽油為原料，選擇以酯交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率為指標(biāo)，在優(yōu)化條件下，菜籽油一段轉(zhuǎn)化率可達(dá)85.5%，兩段轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%；生物柴油成本單價(jià)為6372.5元/噸，相較于傳統(tǒng)工藝減少了486.1元/噸。市場(chǎng)前景分析：化工市場(chǎng)與同類成果相比的優(yōu)勢(shì)分析：1： 產(chǎn)品堿殘留量小于10 mg/kg； 2：原料油轉(zhuǎn)化率不低于95%； 3：生物柴油產(chǎn)品符合國(guó)標(biāo)BD-100； 4：原料油價(jià)低于5000時(shí)，生產(chǎn)成本不高于6400 元/噸

菊芋是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，可以在干旱地和鹽堿地等邊緣土地上大量種植。菊粉 (一種 多糖) 是菊芋塊莖的主要組分，可以由菊粉酶或蔗糖酶降解為果糖和葡萄糖等單糖。與纖維素 乙醇和纖維素乳酸相比，生物轉(zhuǎn)化菊芋生產(chǎn)乙醇或乳酸的技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，更易于產(chǎn)業(yè)化。但目 前的菊芋生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇和乳酸技術(shù)需要使用昂貴的菊粉酶來(lái)降解菊芋生成單糖，進(jìn)而發(fā) 酵成乙醇或乳酸；而且發(fā)酵產(chǎn)物濃度偏低，造成高昂的產(chǎn)物分離成本和生產(chǎn)成本使這一技術(shù)并 不具備產(chǎn)業(yè)化的潛力。 本項(xiàng)目的菊芋生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇和乳酸技術(shù)采用華東理工大學(xué)研發(fā)的高固體含量底物 同步糖化與發(fā)酵技術(shù)。該技術(shù)主要包括整合生物加工菊芋生產(chǎn)乙醇技術(shù)和高固體含量同步糖化 與發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乳酸技術(shù)。其中，整合生物加工菊芋生產(chǎn)乙醇技術(shù)使用自主篩選的具有高菊粉 降解活性的釀酒酵母同步糖化與發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇，并采用新型的螺帶攪拌式反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了 無(wú)菊粉酶添加的整合生物加工過(guò)程，乙醇濃度可達(dá)14%(v/v)以上，菊芋轉(zhuǎn)化率達(dá)80%以上；高 固體含量同步糖化與發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乳酸技術(shù)通過(guò)自主研發(fā)的螺帶型反應(yīng)器處理固含量達(dá)30%以 上的菊芋進(jìn)行乳酸發(fā)酵，與常規(guī)發(fā)酵反應(yīng)器相比，電耗降低80%以上，發(fā)酵液中乳酸濃度可達(dá) 11% (w/w) 以上，菊芋轉(zhuǎn)化率達(dá)80%以上。本技術(shù)的實(shí)施將會(huì)大大降低菊芋乙醇和菊芋乳酸的 生產(chǎn)成本，為菊芋生物質(zhì)的生物煉制產(chǎn)業(yè)化奠定基礎(chǔ)。