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我國每年農林固廢、城市廚余垃圾等生物質固廢中近 60%被焚燒或隨意處置，嚴重污染環境，也是造成霧霾的重要原因之一。南開大學生物質資源化工程中心多年來致力于以生物質固廢為原料生產有機肥系列技術的研究應用，獲得了高效降解木質纖維素、淀粉、蛋白質、油脂等的細菌、放線菌和真菌，構建了微生物菌種庫和系列化菌劑；開發了可在 5-15 天內將生物質固廢轉化為有機肥料和富含有益微生物的生物有機肥生產工藝及系列化產品；自主設計研發了以布爾 瑪金式攪拌裝置為基礎的微生物發酵裝置，開發了系列化的微生物好氧/厭氧發酵裝置。 本項目已申請國家專利 50 項，其中授權發明專利 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；本項目有關技術已被深圳芭田公司、天津百利陽光公司應用，近三年產生了顯著的經濟、社會和環境效益；本項目已獲得 2017 年中國產學研合作創新成果一等獎。

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細菌/古菌提供了能量來源。因此，氨氧化古菌和亞硝氧化細菌所介導的兩步硝化過程是實現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固碳，為深海生物圈提供了“新”的有機質，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作關系始終不明了，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計量學關系（定量）的準確估算仍是空白。 該研究工作結合多組學分析、生理學實驗、現場原位速率及動力學觀測和模擬，以及生態系統模型，闡釋了氨氧化古菌和亞硝氧化細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學機制，建立了硝化菌群支撐的C−N、物質與能量轉換的計量學關系，量化了深海硝化過程對深海生物圈及全球海洋碳循環的貢獻和影響。該工作為深海物質與能量循環研究提供了新的參數，對深入認識深海生物地球化學過程具有重要意義。

項目成果/簡介:表面等離子共振（SPR）生物傳感技術是近年來迅速發展起來的用于分析生物分子相互作用的一項技術。這種檢測手段與傳統方法比較，具有樣品不需要純化、標記，并且可以實時、動態、高靈敏檢測等優點，因此 SPR 傳感器在很多領域具有廣闊的應用前景，如疫苗研制、疾病診斷、疾病治療、藥物靶標、藥物開發、基因測序、案件偵破、環境檢測、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 技術的光機電一體化系統。 我校于 1999 年開始從事有關方面的研究，2004 年底研制完成了第一套單通道 SPR 生物醫學檢測試驗系統。最近幾年中，我們針對被廣泛采用的棱鏡耦合結構 SPR 傳感器存在的不足，課題組在天津市科技攻關培育項目、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 生物醫學檢測實驗系統。這種新穎的集成化結構具有明顯的技術優勢，而且符合 SPR 傳感系統小型化、儀器化的發展趨勢，為系統最終產品化奠定了基礎。目前已經完成儀器化，結構設計及操作便利方面還需進一步完善，以便使非專業人員能夠完成操作；數據分析算法及軟件需要進一步開發，以達到實用化。應用范圍:所開發的試驗系統已經達到了國際先進水平，申請專利兩項。產品化后，可以用于疫苗研制、疾病診斷、疾病治療、藥物靶標、藥物開發、基因測序、案件偵破、環境檢測、食品安檢以及興奮劑檢測等，具有很好的應用及市場前景。 首先，一套智能化的 SPR 生物醫學檢測分析系統的批量生產成本預計為 10 萬元人民幣左右，而國際上同類產品（瑞典 BIAcore 公司生產）的最低售價為 10 萬美元左右。可見，SPR 生物醫學檢測分析系統是一種高技術含量、高附加值的產品。 其次，SPR 生物醫學檢測分析系統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的傳感芯片，可大幅降低成本。再生技術的研究成功，可以進一步降低使用成本；若能大批量生產，在成本很低的情況下，也可實現一次性使用。預計每個芯片的批量生產成本不到 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，一方面便于系統的推廣應用，另一方面傳感芯片作為一次性消耗品，需求量極大，由耗材產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上，進一步開發適合于藥物靶標、藥物開發、案件偵破、環境監測、食品安全檢驗以及興奮劑檢測等其它眾多領域進行檢測分析的系列產品，其巨大的經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細菌/古菌提供了能量來源。因此，氨氧化古菌和亞硝氧化細菌所介導的兩步硝化過程是實現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固碳，為深海生物圈提供了“新”的有機質，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作關系始終不明了，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計量學關系（定量）的準確估算仍是空白。 該研究工作結合多組學分析、生理學實驗、現場原位速率及動力學觀測和模擬，以及生態系統模型，闡釋了氨氧化古菌和亞硝氧化細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學機制，建立了硝化菌群支撐的C?N、物質與能量轉換的計量學關系，量化了深海硝化過程對深海生物圈及全球海洋碳循環的貢獻和影響。該工作為深海物質與能量循環研究提供了新的參數，對深入認識深海生物地球化學過程具有重要意義。

將計算機自然語言處理方法和生物本體學方法結合起來，發展一套面向生物醫學文獻的數據挖掘技術，建立了一個文獻挖掘平臺。該平臺可以對生物醫學文獻進行數據挖掘，發現隱含在文獻中的生物學實體及其聯系，發現深層次的生物醫學知識，自動獲取大量的第一手生物醫學數據。例如，挖掘與人類基因相關的信息，挖掘蛋白質相關信息，發現基因的功能，發現基因與疾病之間，發現蛋白質之間的相互作用等。/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術語標定，然后進行語義分析，提煉每條語句的生物學含義，提取文獻中的生物醫學關聯特性，以發現文獻中的基因、蛋白質、疾病以及它們的關系。

本成果總體達到同類研究的國際先進水平，在獸醫微生物菌毒種資源規范性描述方 面處于國際領先水平，在獸醫微生物菌毒種資源的篩選和創新性應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 菌毒種進行標準化整理整合，完成了相應菌毒種種資源數據信息（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。并向國家獸醫微生物菌種保藏 管理中心國家獸醫微生物標準菌種保藏庫上交了1621株菌（毒）種，實現了獸醫微生物 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范”和“牛結核桿 菌資源檢測技術規程”，驗證完善了“結核桿菌菌種資源檢測技術規程及試點應用”等 9個獸醫微生物資源檢測技術規程。制定了“犬瘟熱診斷技術”的國家標準。對分離的 部分菌毒株進行生物學特性研究，為相關單位的科學研究提供了優良菌毒種。

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此分析其內部電磁過程，對于揭示生命活動本質和醫學診斷治療都具有重要意義。課題組于1995年開始對生物醫學電磁場問題數值求解方法及應用進行研究，1997年主持了國家自然科學基金電工學科首個生物電磁領域課題“生物醫學電磁逆問題求解的數值方法研究”。二、 項目技術成熟程度在生物醫學電磁問題數學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學模型、靜態和動態求解模型，研究高效快速的求解方法。在功能成像方面，針對肺功能、乳腺癌以及腔內心肌瘢痕等檢測問題，研制了128通道多頻電阻抗實時監測與成像系統，對人體胸腔和乳腺的電阻抗特性進行檢測與功能成像。三、 技術指標（包括鑒定、知識產權專利、獲獎等情況）近年來獲河北省自然科學二、三等獎各1項；完成和承擔國家自然科學基金重點項目2項，國家自然科學基金面上項目2項，省部級項目10余項；出版專著2本，發表論文百余篇，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）生物傳感技術是近年來迅速發展起來的用于分析生物分子相互作用的一項技術。這種檢測手段與傳統方法比較，具有樣品不需要純化、標記，并且可以實時、動態、高靈敏檢測等優點，因此 SPR 傳感器在很多領域具有廣闊的應用前景，如疫苗研制、疾病診斷、疾病治療、藥物靶標、藥物開發、基因測序、案件偵破、環境檢測、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 技術的光機電一體化系統。 我校于 1999 年開始從事有關方面的研究，2004 年底研制完成了第一套單通道 SPR 生物醫學檢測試驗系統。最近幾年中，我們針對被廣泛采用的棱鏡耦合結構 SPR 傳感器存在的不足，課題組在天津市科技攻關培育項目、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 生物醫學檢測實驗系統。這種新穎的集成化結構具有明顯的技術優勢，而且符合 SPR 傳感系統小型化、儀器化的發展趨勢，為系統最終產品化奠定了基礎。目前已經完成儀器化，結構設計及操作便利方面還需進一步完善，以便使非專業人員能夠完成操作；數據分析算法及軟件需要進一步開發，以達到實用化。

進入21世紀以來，手性氨基酸作為最重要的原料和中間體，市場規模也越來越大。本項目目前研發的手性氨基酸包含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。 創新點： 1）本項目采用一鍋化反應，以廉價的L-蘇氨酸為原料，經過工程菌催化合成2-氨基丁酸，反應時間10-12 h，原料的轉化率達到99%以上，2-氨基丁酸的產量達到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10 h內達到完全拆分，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10-12 h，L-天冬氨酸轉化率達到了94.4 %，L-天冬酰胺產量可達120 g/L，生產強度達到12.4 g/(L•h)。 4）基于構建的基因工程菌，采用偶聯輔酶再生技術，轉化廉價底物合成L-叔亮氨酸，反應24 h，底物轉化率達95%，產量達到100 g/L以上水平。 5）其它手性氨基酸（L-色氨酸、D-氨基酸）發酵和生物合成正在陸續開展中。 6）多種高效酶制劑的工程菌株構建、發酵產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-轉氨酶等，以及利用這些酶制備的多種醫藥中間體。

該技術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劑制備的人工器官用生物組織材料。