仿生表面织构起源 传统摩擦学认为光滑表面具有较低摩擦力和磨损，反之，非光滑表面会带来较大的摩擦力和磨损。而自然界进化过程中，某些生物的表面微观结构具有优异的自润滑和抗磨减磨性能，如鲨鱼皮表面微沟槽表现的超低流体阻力，穿山甲表面微结构的优异耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其机理，则可进行工业应用。 钻头轴承及压裂泵柱塞密封系统仿生织构润滑减磨设计及应用 织构化钻头轴承 钻头作为破碎岩石形成井眼的重要工具之一，在高温高压、冲击动载及贫脂润滑的恶劣环境下，其核心部件钻头滑动轴承易发生黏着磨损从而最终导致钻头整体失效破坏，亟需降耗增寿的新技术来为其安全、可靠使用和延寿经济运行保驾护航。 发明了基于多物理场耦合的超快激光精准高效制备的冰霜辅助超快激光刻蚀分束技术（US17026096，ZL202011229792.1），形成了钻头轴承轴径曲面仿生织构的纳秒/皮秒的激光加工与表征评价方法；目前正在与中国科学院上海光学精密机械研究所和中石化江钻石油机械有限公司开展钻头轴承织构工业化的超快激光加工与质量检测流水线建设和现场应用研究测试，可满足织构化钻头2000支的年产量需求。 建立了织构钻头轴承润滑减磨性能优化设计的理论研究与实验测试评价方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系数、磨损量、油膜厚度、温升和无量纲承载能力等为评价指标，基于理论研究、单元实验和全尺寸的台架实验，模拟测试工况下初步优选的圆形、椭圆形、人字形沟槽织构可使钻头轴承减磨性能和寿命提升50%以上。 织构化柱塞密封系统 柱塞动密封系统是油气增产压裂作业实施中压裂泵装备的关键部件之一，其在超高压、冲击动载及交变往复运动工况下，压裂泵柱塞动密封系统易发生磨损失效而导致密封刺漏等失效，是制约压裂泵工作性能、可靠性和作业成本的关键因素， 亟需创新的设计方法来提升压裂泵柱塞动密封系统的寿命及可靠性。 发明了柱塞表面仿生织构大尺寸拼接刻蚀工艺规划及参数优化设计方法（ZL201910892024.5）， 创新研发了柱塞织构批量化激光分束加工的软件控制系统和配套夹具系统。 发明了表面织构化压裂泵柱塞及其动密封系统性能抗磨减磨性能优化设计的理论研究与试验测试评价方法(ZL201310423514.3)，基于理论模拟、单元及全尺寸台架实验，初步优选的圆形和椭圆形织构布置于压裂泵柱塞表面可实现柱塞动密封系统的摩擦系数和温升降低45%以上，寿命延长30%以上，目前正在与中石油第四石油机械有限公司和中油国家钻井装备工程技术研究中心有限公司开展现场应用试验测试。 未来应用前景及市场规模预测 该技术垂直应用领域为油气勘探开发装备、油气集输装备、通用机械装备的润滑、密封、抗冲蚀与减阻等领域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的装备失效是由磨损引起的。两者造成的损失相当于GDP2%-7%，2019年我国的GDP为99万亿元，按5%计算约为4.95万亿元。

长期以来，山楂鲜食的疲软和加工技术的薄弱与老化严重制约着山楂种植与加工产业的发展，针对此背景，本项目系统的研究了山楂果实的品质成分和营养功能特性，通过生物转化技术开发出了新型天然食品添加剂、高品质凝胶食品、健康食品原料、山楂发酵饮料等系列产品，引领行业技术革命。主要体现为：    （1）山楂寡糖的生物加工及寡糖基天然食品防腐剂：项目首次发明了山楂寡糖连续大量生产的轴式-仿膜式生物反应器，稳定的生产出平均聚合度 5.4 的山楂寡糖；开发的寡糖基天然食品防腐剂在饮料、面制品和肉制品等食品上的保质保鲜效果显著优于目前市售的化学合成防腐剂山梨酸钾和天然食品防腐剂Nisin与那他霉素。    （2）山楂寡糖对脂质代谢的调节作用与机制：首次发现聚合度 5-8 的山楂寡糖具有显著的抑制肥胖、改善脂质代谢紊乱和内脏脂肪蓄积的功能，并阐明了其通过 ADP/AMPK 和 ADP/ PPARα 信号通路的作用机制。作为健康食品原料/配料，在相关企业推广应用中收到了良好的作用反馈效果和显著的经济效益。    （3）高品质糖制凝胶食品加工技术：首次系统的阐明了山楂果胶的化学构造和食品学性质，通过生物酶法修饰技术，提高了山楂果胶的凝胶性和粘弹性，在生产高品质山楂糖制凝胶类食品上取得了技术突破。    （4）山楂制汁及山楂酵素饮料生产技术：研发的中温结合酸性微环境控制技术和纯化的多聚半乳糖醛酸酶分解技术成功解决了目前山楂汁生产中存在的褐变和褪色等瓶颈问题，极大的降低了山楂汁中的甲醇含量。利用选育驯化的植物乳杆菌发酵山楂果汁，开发出了功能、营养和色香味俱佳的山楂饮料，填补了市场空白。    （5）主要成果及应用情况：经过项目的运行，授权发明专利 5 件，发表相关论文 60 余篇，其中 SCI 检索 30 余篇，培养研究生 50 余人。项目技术和产品在相关企业进行了推广应用，近三年累计直接经济效益 3.52 亿元。项目成果同时对辽宁省食品加工业和山楂种植与加工业的发展起到了积极的促进与推动作用，近年新增山楂种植面积 2 万多亩，每年为辽宁省解决 10 万多吨山楂的销售出路，为果农增加收入 4 亿多元，辐射经济效益达 10 多亿元，为社会提供了 300 多人的就业机会，经济与社会效益显著。

该成果属于农业生物技术领域。针对畜牧业生产中出现的饲料短缺及利用率低、抗生素滥用、畜禽粪便不合理排放等问题，开展了饲用益生菌的筛选、微生态制剂的研发、果渣发酵饲料菌株筛选及发酵菌剂研发、果渣发酵饲料生产工艺优化、生物活性饲料喂养效果评价等研究，获得了具备产业化的饲用优良益生菌菌株，建立了高密度发酵工艺，可实现活菌数高达1013cfu/g的微生态制剂的生产，可部分或全部替代抗生素；获得了多株果渣发酵菌种及发酵复合菌剂。建立了苹果渣生物活性蛋白饲料两步固态发酵工艺，实现了多菌种协同发酵，使发酵产物富含蛋白质、水溶性氨基酸、益生菌和水解酶等多种活性物质；建立了微生物制剂中试生产线、果渣发酵饲料中试生产线。该成果可应用于生物活性饲料、替代抗生素类生物添加剂和非粮生物饲料，生物发酵饲料可以精确到8-15%添加使用。在不增加喂养成本的基础上，提高肉蛋奶产量及品质，降低成本。全省可形成30万吨优质活性发酵饲料，应用价值大。  

南开大学元素有机化学研究所（简称元素所）可以为各农药科研单位和生产企业提供各种农药生物活性筛选和测定服务，以及技术咨询和技术人员培训，可以承担新农药创制各阶段的生物活性研究工作，涉及杀虫、杀菌、除草和植物生长调节四个方面，包括整株、离体叶片、活体小株、细胞以及离体酶等不同水平的配套筛选体系。

以黑石顶热带亚热带森林群落为研究对象开展了两个大型幼苗盆栽实验，并结合长达10年的森林固定监测样地和幼苗样方调查数据，采用更全面的多样性测度指标（谱系多样性），和更独特的种间作用方式（“植物-土壤反馈作用”驱动的间接种间作用），为 “生物多样性-生产力”关系的形成提供了机制上的解释。同时，研究将野外调查与控制实验相结合，克服了森林生态系统中自然群落生物量难以准确测定、盆栽实验周期长等问题，也弥补了现有“生物多样性-生产力关系”研究大部分以草地生态系统为对象的不足。相关成果不仅完善了生物多样性-生态系统功能关系的理论体系，还为生物多样性保护和亚热带森林的保育提供了重要的理论基础。

以科学发展观为指导，通过建立生物催化与转化关键技术平台，大力发展工业生物技术；以生物技术高效制造精细化学品为目标，实现高值精细化学品的原料替代和生产路线替代，促进化工产业结构调整与升级，应对市场竞争和经济危机，最终实现生物产业的跨越式发展，引领生物经济浪潮。以国家重大需求和科学前沿为导向，以工业生物技术为中心，形成基础研究－共性关键技术－产品工程一体化的研究体系。

成果简介：微流控芯片是空间生物实验与生命信息探测的最新技术。“微流 控芯片” 被美国宇航局誉为空间生物学实验的“终结者”。微流控芯片是当前微全分析系统发展的热点领域。结合空间生命特征分子的特点，发展高集 成度芯片和芯片检测技术将是一项成本低、信息量高、简便易行的创新技术。此技术的研究和应用将为我国空间生命科学研究提供先进的技术手段。 项目来源：自行开发 技术领域：空间科学、生命科学、芯片

随着全球能源短缺、环境污染问题的日益严重，各个国家都在加紧可再生能源的开发和利用。风力发电是目前最经济、最清洁、最容易实现大规模生产的。随着科技水平的发展，大功率的风力发电机在我国逐渐推出，而它们基本都是原型机，未经时间考验。通过风力机塔架的三维有限元强度、振动与疲劳寿命分析，可以保障机组的安全运行。 本项目采用三维非线性有限元方法，考虑风力机塔架在各种工况下的载荷，计算分析风力机塔架的强度、振动和疲劳寿命。

甾体激素药物是仅次于抗生素的第二大类药物。全球甾体类药物总值近 500 亿美元，占世界医药销售额的 6%。中国是甾体药物原料及其制剂的主要生产国，年产值近 800 亿元人民币。 本项目组围绕重要甾体化合物中间体 AD、三羟基雄甾烯酮及其相关下游产 品，开展生物转化关键技术研究与产业应用研究，突破了生物催化去氢表雄酮双 羟化制备三羟基雄甾烯酮的技术体系，创新了屈螺酮合成新方法。项目改造优化 了微生物转化菌种的性能，开发了新型发酵和绿色提取工艺，建立了全流程的过程工程控制技术，大幅提高了产品的转化率，建成了百吨级规模的甾体化合物生产线。项目成果在 Green Chemistry、Journal of Steroid Biochemistry andMolecular Biology、Steroids 等期刊上共发表了相关文章 30 余篇，申请国家发明专利 28 项，其中授权 10 项。获中国石油和化工行业协会优秀专利奖 1 项，全国大学生“挑战杯”竞赛一等奖 1 项。