鉴定首个高阶环加成酶，拓展了环加成酶的认知 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 南京大学化学化工学院梁勇教授，生命科学学院谭仁祥教授和戈惠明教授的科研团队，发现了抗幽门螺旋杆菌的潜在药物-汉城霉素并对其生物合成途径进行深入研究。通过多菌株基因组序列比对，对汉城霉素类生物合成基因簇进行了鉴定，利用微生物学，分子生物学、底物化学衍生化、体外酶促反应等手段从该基因簇中鉴定出一个新颖、可催化高阶环加成反应的酶。团队基于蛋白质晶体数据，量子化学计算和蛋白质定点突变技术，对该酶促动力学过程进行了深入解析，最终确定该酶通过“双过渡态”来同时催化产生6+4和4+2环加成产物。该特殊高阶环加成酶的发现，解答了“自然界中是否存在酶催化的高阶环加成反应”，这一持续五十余年的谜题。这类酶的发现将进一步拓展人们对周环反应酶的认识，启发科学家们将来利用和改造周环反应酶来实现有价值的分子转化。 成果于2019年4月以Letter形式发表于Nature。F1000评述该研究“鉴定首个高阶环加成酶，拓展了环加成酶的认知”，诺贝奖得主霍夫曼评述“这是在酶促反应中直接观察到的[6+4]环加成产物的首个例子……，该研究对酶促高阶环加成研究具有深远影响”。

角蛋白酶是一种特异性蛋白酶类，可降解结构复杂、硬质难溶的角蛋白，具有多种优良的催化特性，在生物加工、绿色制药、废弃生物质处理、生物制革、生态纺织、洗涤剂等实际应用中备受关注，被认为是有着巨大应用潜力和市场前景的新一代蛋白酶类。 本项目从角蛋白酶基因挖掘、高效表达、性能改造及其应用研究等方面开展了一系列工作。课题组目前建立了角蛋白酶资源库，是我国拥有角蛋白酶基因资源产权最多和最具多样性来源的单位；实现了角蛋白酶基因在大肠杆菌及枯草芽孢杆菌等外源宿主中的克隆及高效表达；在 5L 罐上发酵酶活最高可达10000 U/mL 以上，是目前文献报道的重组角蛋白酶表达最高水平；项目已完成了 1M3 规模中试试验，成本降低 30%以上。在应用方面，本项目成功将角蛋白酶用于生物法制备纳米银粒子 AgNPs，与传统化学法相比，酶法合成的纳米银具有更好的抑菌活性。另外，项目组已首次开发出无胶原活力的高特异性角蛋白酶，具有高角蛋白活力，不会对皮革胶原造成破坏，能保护胶原结构完整性，可开发出不伤及皮肤真皮的洗涤剂产品、药品及化妆品，在生物制革领域也具有极大应用价值，可缓解制革工业中的烂皮现象；同时本研究所开发的角蛋白酶在活性多肽制备中也表现出良好的应用前景。

复合垃圾衍生燃料制造技术是开发低成本、高固硫率和防潮抗水型，适用于工业锅炉燃用的复合垃圾衍生燃料，可以适量加入粘结剂或根据生物质具体性能对其进行生物化学预处理以适当提高其粘结力；可将复合垃圾衍生燃料的灰分、水分、挥发分、发热量、燃料比、粒径大小、焦渣特性、热变形特性等调整到有利于燃烧的最佳值，大幅度降低生产成本，使之发展成先进的高效清洁燃料。 该工艺的关键环节之一，是制备出适合我国现有锅炉燃烧的新型垃圾衍生燃料。RDF制备过程中掺入一定量的煤，不仅有利于提高热值，均匀分配物料，同时还可以起到助粘的作用；同时，压制成型块燃料，使其具有统一形状和规格，易实现成型时添加固硫、脱氯剂及催化剂等，再配套合适的燃烧设备，既有利于高效燃烧又能减少污染。该处理方式，可为国内垃圾提供一条新型资源化解决途径，这样既节省了处理垃圾的处理费和供热燃料费，又减少了固体废弃物。 本研究利用生物质型煤生产工艺来进行了 C-RDF 成型制备研究。复合垃圾衍生燃料炉前成型是指直接使用煤场的动力配煤，在不添加或添加少量粘结剂的条件下，由置于锅炉旁的成型机成型后直接下落到炉排上，供锅炉燃用。 垃圾衍生燃料成型工艺主要分为三个工序，即原料制备、搅拌成型和固结干燥。3个环节中重点在于原料制备环节。 垃圾衍生燃料之所以能在炉内燃烧过程中取得较散煤好的经济和环境效益，是由于燃料个体形状规格，使垃圾衍生燃料层具有均匀分布的空隙率，且其单个空隙容积较大，有利于可燃气体的反应。燃料层的空隙率大则通风阻力小，有助于降低风机电耗和结渣程度。

成果与项目的背景及主要用途：机械镀锌是一种在常温、常压下利用化学吸 附沉积和机械冲击作用，使金属锌粉在工件表面形成镀层的工艺，它是 50 年代 初由美国 Tainton 公司的 Erith Clayton 发明的一种金属构件表面防腐涂层技术。 一般机械镀锌产品可分为两类：当镀层厚度小于 25m 时称为 mechanical plating， 主要用于替代电镀锌产品；当镀层厚度大于 25m、小于 110m 时称为 mechanical galvanizing，主要用于替代热浸镀锌产品。这两类机械镀涂层除厚度及用途上有 所区别外，镀覆工艺基本相同。 机械镀锌工艺的突出特点是没有氢脆，镀层均匀，可处理复杂表面工件，并 且可以在铁素体金属、铜合金、不锈钢及粉末烧结材料表面形成镀层。机械镀锌 可以处理电镀或热浸镀锌很难处理的螺纹构件，是替代上述工艺进行紧固件处理 的有效防护技术。由于机械镀锌所具有的突出优势，这使得机械镀锌技术在北美 洲和欧洲表面涂饰工业中获得广泛应用。目前，在国内的五金构件(如紧固件、 钢钉及连接件等)防腐加工中也在不断推广应用机械镀技术。 技术原理与工艺流程简介：机械镀锌工艺原理是在室温下，将活化剂、金属 锌粉、冲击介质和一定量的水混合为浆料，与工件一起放入一个特制的滚桶中， 在滚桶转动产生的机械能、促进剂化学作用及冲击介质机械碰撞的共同作用下， 将经活化剂活化的金属粉末不断镀覆到工件表面上，从而在金属构件表面逐渐形 成光滑、均匀、致密的具有一定厚度的防腐涂层。机械镀工艺流程包括以下步骤： (1)前处理(包括对工件表面进行除油、除锈、清洗等)；(2)镀铜(包括闪铜、清洗 等)；(3)镀锡(包括闪锡、清洗等)；(4)镀锌过程(包括逐步添加锌粉、滚动冲击等)； 126天津大学科技成果选编 127 (5)分离(包括磨光、冲洗、分离、烘干等)；(6)钝化处理(包括钝化液浸泡、清洗、 烘干等)。 技术水平及专利与获奖情况：目前该技术处于国内先进水平。 应用前景分析及效益预测：机械镀锌工艺在金属构件防腐领域具有很强的市 场竞争力，该技术具有以下突出特点；1）对工件机械性能没有影响、没有氢脆； 2）非常适合于小型金属构件和具有凸凹表面的工件表面镀覆，镀层均匀质量高； 3）生产过程耗能少、成本低。试验表明：机械镀锌的电耗仅为电镀的 5％。而 锌耗仅为热镀锌的 30%-50%，成本远低于热镀和电镀；4）环境污染少、废水容 易处理，是绿色洁净生产技术；5）工艺范围宽、镀层性能较好。现代的机械镀 锌工艺，厚度可在 l0-100mm 之间任意调节，完成全过程的时间仅需 30-40min。 机械镀锌形成的镀层外观光滑，具有色调一致的银白色，但色泽不如电镀亮。 镀层的耐蚀性能优良，相同厚度的镀层，其耐蚀性处于电镀锌与热镀锌之间，耐 中性盐雾试验 240 小时以上。机械镀的另一个优点是可以形成合金镀层及复合镀 层。由于机械镀工艺具有上述突出特点，因而在小型金属连接件、零件及紧固件 等防腐加工领域具有广泛应用。 应用领域：机械镀锌工艺适用于各种五金零件的表面涂饰和防护，如高强度 螺栓、螺钉、管件、射钉、铁链等铁基工件等，尤其适用于垫圈及弹性工件、射 钉、环链、铰链、农用暖棚搭扣、水暖管件接头等的表面防腐处理，这些五金件 主要远销美洲、澳洲、欧洲等国家和地区。 合作方式及条件：技术合作、转让和技术服务，设备销售和产品加工。

防锈几乎是所有金属与生俱来的共性，因为只要有氧，就必然有金属的氧化，有水汽就会有金属的锈蚀。只要有界面就存在摩擦，相对应的就需要润滑，润滑是随摩擦产生的，这是在日常生活和科学技术领域的任何地方都存在的一种平凡现象；也是现代技术部门经常遇到的最普遍最重要的问题之一。因此防锈润滑脂是一种用途极其广泛的长线产品。 防锈主要是为了保障材料的使用性能，延长其使用寿命。润滑主要是为了使机械设备在苛刻的使用条件（如高温、高速、高负荷、特殊介质环境）下持续稳定工作，发挥最大功能，减少维修和停工损耗，节约能耗和材料消耗，提高综合经济效益。由于金属材质和使用环境的差异，摩擦形式的不同，对产品有不同的功能要求。为了适应用的需要，开发生产了各种不同用途的润滑脂、防锈剂。 新近开发的该复合防锈润滑脂是复合了多重防锈及润滑于一体的一种膏脂，在高温120℃和强紫外线照射下不流淌，不流失；在低温-40℃下不干固、不龟裂；经水冲刷不脱落不稀释；在丝扣缝隙有很好的油浸润性。可用于长期暴露在野外的螺栓（如铁路轨道螺栓）的防锈润滑，达到延长使用寿命，方便松紧螺栓进行保养和维修的目的。产品已在铁道轨道最恶劣环境路段的螺栓上做了应用试验，其防锈和浸润润滑效果极佳。 本产品也可用于各类传动（齿轮、链条、滚球）部位的润滑，也可用于其它长期暴露在野外露天的螺栓的防锈与润滑，是一种适应性较广的防锈润滑兼备的实用型膏脂。

该技术是利用一种截面如字母X形的钢模代替传统的沉管灌注桩圆形钢模，钢模在 X形活瓣桩靴的保护下沉入地基中形成X形空腔，灌注混凝土后边振动边拔管，X 形活瓣桩靴自动打开，使混凝土进入X形空腔内，形成一种X形状的现浇混凝土 桩。施工机具、桩模和桩尖分别如图1〜4所示，成桩后的X形混凝土桩如图5 所示。现浇X形混凝土桩的截面尺寸通过三个变量控制：外包圆直径a、开弧 间距力和孤度。（如图6所示）；一般情况下，其取值范围分别在250mm~1500mm、 100 mm ~130 mm和60。~120。之间。与传统灌注桩技术相比，现浇X形混凝土 桩具有较大的单位体积材料比表面积，因而可以在不增加工程量的前提下大大 提高单桩承载力，从而提高性能价格比。以桩径为426 mm普通混凝土桩为例， 在等面积的情况下，X形混凝土桩周长是普通圆形截面桩的165.8 %,说明在混 凝土用量相同的情况下，X形混凝土桩侧摩阻力大大提高；在等周长的情况下，X 形混凝土桩的截面积仅为普通圆形桩截面的36. 4 %,说明在保证侧摩阻力基本 不变的条件下，X形混凝土桩的混凝土用量大大减小。

针对我国高速公路和高速铁路等工程建设中的工后沉降控制难题，研发了 具有独立自主知识产权的大直径现浇混凝土管桩（以下简称PCC桩）及复合地基 施工方法。PCC桩桩机设备由机架、高频振动头、双层套管沉模结构，活瓣桩靴, 沉模造浆器，混凝土分流器等部分组成。在技术实施过程中，首先进行场地平 整和定位等准备工作，然后通过PCC桩桩机上部振动头将特制两个固定同心的 大直径钢管组成的环形沉模装置，在活瓣桩靴的保护下打入地基设计深度，通 过混凝土分流器向该沉模装置的环形域均匀注入混凝土，然后振动拨出该沉模 装置，在沉入和拨出过程中，成模造浆器向该沉模装置内、外侧壁注入润滑泥 浆，活瓣桩靴结构在该沉模装置进入地基时闭合，拨出时自动分开，使之形成 混凝土管桩。为了保证桩与土共同承担荷载，并调整桩与桩间土之间竖向荷载 及水平荷载的分担比例，在群桩顶部设置1-2层土工格栅与碎石混合的加筋褥 垫层形成复合地基。复合地基褥垫层厚度一＜300-500mm,群桩桩间距3-4m,梅 花形布置和方形布置。

石墨烯橡胶复合材料的制备是一个挑战性的国际难题，采用常规方法难以制备。四川大学在国际上首次提出胶乳混合和原位还原的方法制备石墨烯橡胶纳米复合材料。解决了石墨烯的剥离和均匀分散难题，材料的机械强度、导电、阻隔等综合性能大幅度提高。提出了材料增强、阻隔、耐疲劳机理。研究工作被国际权威专家评价“他们的发现阐明了石墨烯用于天然橡胶增强的巨大潜力”。

智能压电纤维复合材料通过对单层平行排列压电纤维的复合，能有效抑制压电陶瓷沿三维方向的压电效应，增强机电效应的方向性，优化单向驱动性能；作为复合材料，结构整体性大幅提高，很好地克服了压电陶瓷的脆性问题，并能有效避免因局部纤维失效而影响整体器件的问题。智能压电纤维复合材料可进行大幅度弯曲和扭转，适宜应用于包括曲面在内的多种工作主体结构，因而极大地拓宽了压电器件的应用领域。智能压电纤维复合材料集传感、驱动和控制功能于一体，可以广泛应用于飞行器的智能蒙皮、自适应机翼、装备的振动噪声控制和结构健康监测等领域，对有效提高武器装备和飞行器性能、提升生存能力和延长服役寿命等方面具有非常重要的意义。 本项目针对振动对高性能飞行器等武器装备的关键性能、服役寿命的明显制约，发展厚度薄、重量轻、柔韧度好、机电效应方向性强、驱动力和变形量大的智能压电纤维复合材料，填补国内在该技术领域的研究空白，突破西方对该技术和产品的封锁，为智能材料和结构在我国航空、航天、武器装备及民用工业领域的应用提供技术支撑。