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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、生命科學(xué)學(xué)院陶余勇教授、李旭副教授團(tuán)隊(duì)在美國(guó)科學(xué)院院刊《PNAS》在線發(fā)表題為“Interface switch mediates signal transmission in a two-component system”的研究論文，綜合運(yùn)用生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究手段，揭示了胞外G6P信號(hào)通過(guò)金黃色葡萄球菌HptRSA傳感器復(fù)合物實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)-胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)機(jī)制。 為了適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，細(xì)菌必須迅速地將細(xì)胞外信息轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)募?xì)胞內(nèi)部反應(yīng)。雙組分系統(tǒng)（TCS）是原核細(xì)胞將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為細(xì)胞反應(yīng)的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，它通常由膜包埋組氨酸激酶和胞質(zhì)反應(yīng)調(diào)節(jié)器組成。HptRSA是一種新近發(fā)現(xiàn)的TCS，由G6P相關(guān)傳感器蛋白（HptA）、跨膜組氨酸激酶（HptS）和細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)器（HptR）組成。HptRSA介導(dǎo)葡萄糖-6-磷酸（G6P）攝取，支持金黃色葡萄球菌在不同宿主細(xì)胞內(nèi)的生長(zhǎng)和增殖，但HptRSA傳感器復(fù)合物感知G6P信號(hào)并觸發(fā)下游反應(yīng)的分子機(jī)制一直以來(lái)都還是個(gè)謎。

微生物燃料電池（MFCs）是利用微生物的新陳代謝氧化化學(xué)物質(zhì)并釋放電子，把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的一種電化學(xué)裝置。MFCs由于具有去污和產(chǎn)電雙重功能，是一種“綠色”能源。其最具潛能的應(yīng)用是污水處理，即利用微生物分解污水中的有機(jī)物，并將轉(zhuǎn)化為可用的電能。且整處理過(guò)程不用曝氣，可節(jié)省大量的耗能。目前，微生物燃料電池的發(fā)展和應(yīng)用中最大的障礙是材料的成本和性能。 本研究利用低成本的天然木質(zhì)纖維素為原料，采用直接碳化的方法來(lái)制備三維大孔碳材料作為微生物燃料電池的陽(yáng)極材料，并取得突破性進(jìn)展，。 相關(guān)系列研究結(jié)果2012年分別發(fā)表在Journal Material Chemistry, ChemSusChem 以及Energy & Environmental Science等國(guó)際權(quán)威雜志上。特別地，基于天然纖維制備的波紋層狀三維碳陽(yáng)極，陽(yáng)極電流密度提高了10倍，達(dá)到了200 A m-2，該結(jié)果2012年已發(fā)表在能源環(huán)境領(lǐng)域頂級(jí)雜志Energy & Environmental Science上，影響因子9.61. 該研究成果制備的材料成本低，性能優(yōu)異。該研究成果結(jié)合我們的陰極氧氣還原催化劑的研究成果，以及后續(xù)的隔膜研究成果，將可微生物燃料電池的在污水處理中的規(guī)模化應(yīng)用。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心、生命科學(xué)學(xué)院陶余勇教授、李旭副教授團(tuán)隊(duì)在美國(guó)科學(xué)院院刊《PNAS》在線發(fā)表題為“Interface switch mediates signal transmission in a two-component system”的研究論文，綜合運(yùn)用生物化學(xué)和結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究手段，揭示了胞外G6P信號(hào)通過(guò)金黃色葡萄球菌HptRSA傳感器復(fù)合物實(shí)現(xiàn)胞內(nèi)-胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的結(jié)構(gòu)機(jī)制。 為了適應(yīng)不斷變化的環(huán)境，細(xì)菌必須迅速地將細(xì)胞外信息轉(zhuǎn)化為適當(dāng)?shù)募?xì)胞內(nèi)部反應(yīng)。雙組分系統(tǒng)（TCS）是原核細(xì)胞將環(huán)境刺激轉(zhuǎn)化為細(xì)胞反應(yīng)的主要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，它通常由膜包埋組氨酸激酶和胞質(zhì)反應(yīng)調(diào)節(jié)器組成。HptRSA是一種新近發(fā)現(xiàn)的TCS，由G6P相關(guān)傳感器蛋白（HptA）、跨膜組氨酸激酶（HptS）和細(xì)胞質(zhì)效應(yīng)器（HptR）組成。HptRSA介導(dǎo)葡萄糖-6-磷酸（G6P）攝取，支持金黃色葡萄球菌在不同宿主細(xì)胞內(nèi)的生長(zhǎng)和增殖，但HptRSA傳感器復(fù)合物感知G6P信號(hào)并觸發(fā)下游反應(yīng)的分子機(jī)制一直以來(lái)都還是個(gè)謎。

本項(xiàng)目所研制和應(yīng)用的凈水材料SPM是在消化吸收進(jìn)口凈水材料基礎(chǔ)上，利用國(guó)產(chǎn)原料研制成功和應(yīng)用的一種合金材料，經(jīng)初步試驗(yàn)與核算SPM的性能達(dá)到引進(jìn)產(chǎn)品的主要水質(zhì)指標(biāo)，但其售價(jià)僅為進(jìn)口產(chǎn)品的50%～60%，因此由上海市科委立項(xiàng)，由上海芬迪超硬材料科技有限公司與華東理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院實(shí)行產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，承擔(dān)該項(xiàng)目并于2008年通過(guò)市科委組織的專家驗(yàn)收，并申請(qǐng)了國(guó)家發(fā)明專利。該項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)性和技術(shù)特點(diǎn)： 1）去除自來(lái)水中的余氯效果良好，去除效率可高達(dá)90%以上； 2）去除水中有害金屬離子如Pb、Hg、Cr、Cd等；3）抑制水中細(xì)菌和藻類繁殖，殺菌率也>?0%； 4）與活性炭和分離膜聯(lián)用，可對(duì)活性炭和分離膜起到一定保護(hù)作用而延長(zhǎng)其使用壽命，降低成本。在實(shí)驗(yàn)工廠實(shí)行批量生產(chǎn)，并應(yīng)用于集團(tuán)用、家用和全屋型飲用水凈水機(jī)（器），以及居民社區(qū)分質(zhì)供水的飲用水站。

本項(xiàng)目以污水處理廠存在能源消耗高，二次污染等問題，針對(duì)污水體量龐大，復(fù)雜多變量，多相體系的數(shù)據(jù)信息滯后，強(qiáng)耦合，非線性等問題，采取學(xué)科交叉方式與物理學(xué)院、智能學(xué)院合作開發(fā)新型水質(zhì)傳感器，開發(fā)信息處理系統(tǒng)，多變量耦合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，深度學(xué)習(xí)和算法，構(gòu)建污水處理智能控制關(guān)鍵技術(shù)，儀器和設(shè)備。為污水廠的智能節(jié)能減排創(chuàng)造提供技術(shù)支持。

四足機(jī)器人具有良好的運(yùn)動(dòng)靈活性和環(huán)境適應(yīng)性,是機(jī)器人研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。隨著研究的深入和對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能需求的提高,四足機(jī)器人研究領(lǐng)域分化出以高速運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)的研究分支。生物學(xué)研究顯示,跳躍步態(tài)是四足動(dòng)物典型的高速對(duì)稱步態(tài),且多種動(dòng)物在高速速度中存在脊柱大幅地參與運(yùn)動(dòng),而相應(yīng)的脊柱型四足機(jī)器人的理論及運(yùn)動(dòng)控制研究卻鮮見報(bào)道。當(dāng)前研究大多孤立了脊柱環(huán)節(jié),鮮有整機(jī)的建模研究以及運(yùn)動(dòng)控制方法研究。在該方向的研究勢(shì)必推動(dòng)仿生工程和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制等方面的發(fā)展,此外,以其高速運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),在軍事偵察、救震救災(zāi)和未來(lái)生活等領(lǐng)域也將具有廣闊的應(yīng)用前景。首先,本文以分析獵豹的運(yùn)動(dòng)特性入手,建立了脊柱型四足機(jī)器人七桿模型,以及構(gòu)建了ASLIP動(dòng)力學(xué)模型,使用拉格朗日方程推導(dǎo)了其跳躍運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程;迭代運(yùn)算動(dòng)力學(xué)微分方程,使用龐加萊映射方法搜索了機(jī)器人七桿模型基于ASLIP跳躍運(yùn)動(dòng)的不動(dòng)點(diǎn),結(jié)果顯示不動(dòng)點(diǎn)在固定能量層級(jí)下呈區(qū)域性分布;不動(dòng)點(diǎn)的對(duì)比結(jié)果顯示基于ASLIP模型的運(yùn)動(dòng)比基于SLIP模型的運(yùn)動(dòng)能適應(yīng)更高的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)速度,并作了觸地力、脊柱角和穩(wěn)定性等特性分析。為脊柱型四足機(jī)器人跳躍運(yùn)動(dòng)提供了動(dòng)力學(xué)模型和理論基礎(chǔ)。然后,根據(jù)機(jī)器人模型各關(guān)節(jié)主動(dòng)力作用于控制量的廣義力計(jì)算結(jié)果,研究了前向速度、彈跳高度、機(jī)身俯仰角

針對(duì)高層建筑在多驅(qū)動(dòng)因素影響下的火災(zāi)煙氣蔓延特點(diǎn)和擴(kuò)散規(guī)律，研究獲得了多驅(qū)動(dòng)力作用下火災(zāi)煙氣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，形成了較為完善高層建筑火災(zāi)煙氣輸運(yùn)理論；獲得了高層建筑固定防排煙系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，推動(dòng)規(guī)范的優(yōu)化調(diào)整；研究了以正壓送風(fēng)排煙為核心的“固移結(jié)合”排煙技戰(zhàn)術(shù)，建立了成體系的建筑火場(chǎng)煙氣控制技術(shù)。項(xiàng)目研究形成了對(duì)公安行業(yè)科技工作具有非常典型示范作用的“理論+實(shí)驗(yàn)+實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用”科研范式；項(xiàng)目成果的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了煙氣控制領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化升級(jí)和實(shí)戰(zhàn)能力提升，并持續(xù)推動(dòng)公共安全行業(yè)教學(xué)與科研工作的深入發(fā)展。