项目简介： 在生物学研究中， 生物学家常常通过具有扩散的偏微分方程来描述种群迁移等现象。例如，当原始微生物与环境相互作用（如粘液霉菌形成、胚胎发育、肿瘤侵入健康组织等） 时，个体的非结构化行为在宏观层面上将转变为相当复杂的动力学行为，其中一个重要因素是

载药量高达到400%（w/w）的多功能纳米载体 一、项目分类 重大科学前沿创新、关键核心技术突破、显著效益成果转化 二、成果简介 南京大学医学院胡一桥教授和吴锦慧教授科研团队，围绕生物材料的理化及生理特性，聚焦药物临床治疗的关键科学问题和难题，首创“单元-多维”生物材料成形理论，突破了“超强疏水/高比重”物质的高效负载、体内传输、体外贮存三大关键科学技术难题，构建了载药量高达到400%（w/w）的多功能纳米载体。 研究成果发表在Nature BME，Nature Communication、PNAS、Science Advances上，并获得教育部技术发明一等奖、教育部自然科学一等奖、江苏省发明专利金奖。据此项研究成果，建立了“Bottom-Up”的规模化制备生物纳米药物的生产线，完成了以蛋白类生物材料为载体的抗肿瘤靶向药物的规模化制备和临床研究，相关药物1项在临床试验，1项获得NMPA的批准上市。有效的解决了进口类似品种价格高，患者无法承受的问题。

该研究集中于探索发酵肉制品中生物胺的检测、主要来源以及控制措施。研究建立了用液相色谱检测常见生物胺的方法。研究还发现，在肉制品发酵成熟阶段存在于其中的生物胺产生菌是生物胺的“主要贡献者”，通过添加发酵剂可以有效控制发酵肉质品种生物胺的产生。研究结果为肉制品生产者控制生物胺的产生提供了有效的方法。

基于导模共振效应的生物检测系统是基于导模共振滤波器共振原理来进行生物样品的检测，具有高灵敏度，高分辨率等优点。主要是依靠检测导模滤滤波器的共振峰值的移动来实现的，当生物分子附着导模共振滤滤波器，就会引起透过或者反射峰值的变化。通过检测峰值的移动量可以分析出生物分子中抗原和抗体的结合度。

γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领域。解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是一株谷氨酸非依赖型 γ-PGA 合成菌。为了提高其 γ-PGA 产量，项目组采用无痕基因编辑技术对菌株进行了代谢工程改造。包括三部分：模块化代谢通路改造；蔗糖代谢途径改造；谷氨酸合成途径改造。 B. amyloliquefaciens LL3 是项目组从发酵食品中分离得到，它能够从蔗糖出发合成 γ-PGA。利用模块化通路改造策略对 γ-PGA 合成相关的八个代谢通路进行改造包括：γ-PGA 降解相关途径；细胞呼吸链；胞外蛋白及胞外蛋白酶合成途径；细菌多糖合成途径；次级小分子代谢产物合成途径；细胞自诱导因子合成途径；谷氨酸合成途径以及 γ-PGA 合成途径。最终整合获得的最优基因工程菌株 NK-anti-rocG（敲除了 epsA-O 操纵子（负责胞外多糖合成），sac 操纵子（负责果聚糖合成），lps（脂多糖合成相关），pta（乙酸合成相关），pgdS（γ-PGA 降解酶），cwlO（细胞壁水解酶），luxS（AI-2 合成）以及表达anti-rocG sRNA（抑制谷氨酸脱氢酶表达））γ-PGA 摇瓶发酵产量从 3.8g/L 提高到 11.04 g/L，较对照菌株提高了 2.91 倍。γ-PGA 产物纯度也从 78.6%提高到 95.2%。5-L 罐补料分批发酵实验得到 NK-anti-rocG菌株产量可达 20.3 g/L。分子量 450,000 Dal，纯度 95%以上。 项目特色： 1. 菌种（Bacillus amyloliquefaciens）LL3 是谷氨酸非依赖型 γ-聚谷氨酸合成菌株；发酵生产主要原料为蔗糖； 2. 补料分批发酵产量为：20.3 g/L。 3. 授权专利号为：ZL200810053900.7 市场应用前景： γ-聚谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid）是一种重要的天然聚合物，由于其具有良好的性质已被广泛应用于食品，化妆品，医药，材料等领域。本项目采用谷氨酸非依赖型 γ-聚谷氨酸合成菌做为发酵菌种，以蔗糖为原料发酵法生产 γ-聚谷氨酸，可产生巨大的经济效益和社会效益。

精氨酸酶它能将精氨酸水解，生产鸟氨酸和尿素，是生物体中参与尿素循环而起作用的酶。基于这个反应机理，目前精氨酸酶一方面可用于功能性氨基酸 L-鸟氨酸的生物制备；另一方面可作为药物用于癌症诸如肝细胞癌、黑色素细胞癌、肾癌等以及一些病毒感染的治疗。鸟氨酸是一种非蛋白质氨基酸，具有保肝护肝、促进垂体分泌生长激素、提 高血清中的胰岛素类生长因子的水平、进而促进肌肉的生成、缓解运动后的身体疲劳及运动后人体内氮的失衡等功能。 本项目通过菌种筛选获得高产精氨酸酶菌株，并将其用于鸟氨酸的生物制备，鸟氨酸产量可达到 70g/L 以上，底物精氨酸的摩尔转化率 96%。

南开大学蓖麻生物航油集成技术，是在“应对气候变化、绿色低碳发展”的前瞻理念下，集成南开十几年蓖麻产业链开发基础及化学化工科研优势，自主研发，现已取得阶段性成果：建立了“生物航油基础研发基地”，突破了催化剂关键技术，打通了工艺流程，产品全项达标，成本在目前所有生物质航油中最低，申请中国发明专利 7 项，列入国家发改委《战略新兴产业重点产品目录》、《国家重点推广的低碳技术项目指南》等，获第四届国家和天津市创新创业大赛奖项，具有拉动千亿元绿色低碳产业链的巨大发展潜力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以动植物油脂或农林废弃物等生物质为原料生产的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用（50%），且不需要对发动机做任何改进。2012 年开始的欧盟航空碳税之争已迫使各国争相开发生物航煤技术来实现航空业的碳减排。生物航煤的研发契合国家十三五发展战略规划，对我国航空业减排、根治雾霾、维护能源安全、以及拉动三农等都有重要作用，是国家大力支持的绿色低碳产业创新增长点，是当前国家急需解决的重大科学难题之一。目前，该项目的技术难题就是核心催化剂脱氧活性不佳、航煤选择性低、稳定性差。 南开大学李伟教授科研团队目前已开发出具有完全自主知识产权的蓖麻航油制备及配套催化剂关键技术，使原料油转化率＞99%，蓖麻生物航油产品收率＞80%；经中石化石科院按国际生物航煤最高标准的 ASTM D7566 和国家喷气 3 号燃料（GB 6537-2006）等指标检测，全项达标。相关研究内容在《Bioresource Technology》发表论文 1 片、申报中国发明专利 7 项、国际发明专利 2 项。相关技术受到国内外高度重视及新闻媒体关注。在第四届中国创新创业大赛中以天津赛区第一名成绩进入全国总决赛，最终以第 6 名荣获“全国优秀团队”称号。

南开大学蓖麻生物航油集成技术，是在“应对气候变化、绿色低 碳发展”的前瞻理念下，集成南开十几年蓖麻产业链开发基础及化学 化工科研优势，自主研发，现已取得阶段性成果：建立了“生物航油基础研发基地”，突破了催化剂关键技术，打通了工艺流程，产品全 项达标，成本在目前所有生物质航油中最低，申请中国发明专利 7 项， 列入国家发改委《战略新兴产业重点产品目录》、《国家重点推广的低 碳技术项目指南》等，获第四届国家和天津市创新创业大赛奖项，具 有拉动千亿元绿色低碳产业链的巨大发展潜力。 生物航空煤油（生物航煤）就是以动植物油脂或农林废弃物等生 物质为原料生产的航空煤油，可在航空煤油中大比例的添加使用 （50%），且不需要对发动机做任何改进。2012 年开始的欧盟航空碳 税之争已迫使各国争相开发生物航煤技术来实现航空业的碳减排。生 物航煤的研发契合国家十三五发展战略规划，对我国航空业减排、根 治雾霾、维护能源安全、以及拉动三农等都有重要作用，是国家大力 支持的绿色低碳产业创新增长点，是当前国家急需解决的重大科学难 题之一。目前，该项目的技术难题就是核心催化剂脱氧活性不佳、航 煤选择性低、稳定性差。 南开大学李伟教授科研团队目前已开发出具有完全自主知识产 权的蓖麻航油制备及配套催化剂关键技术，使原料油转化率＞99%， 蓖麻生物航油产品收率＞80%；经中石化石科院按国际生物航煤最高 标准的 ASTM D7566 和国家喷气 3 号燃料（GB 6537-2006）等指标 检测，全项达标。相关研究内容在《Bioresource Technology》发表论 文 1 片、申报中国发明专利 7 项、国际发明专利 2 项。相关技术受到 国内外高度重视及新闻媒体关注。在第四届中国创新创业大赛中以天 津赛区第一名成绩进入全国总决赛，最终以第 6 名荣获“全国优秀团 队”称号。 市场应用前景： 生物航油市场需求巨大，据国际民航组织规定，2020 年中国航空燃油的 30%（约 1200 万吨）要打上“生物质标签”，如果按“50%生 物质航油：50%化石航油”掺混，需要 600 万吨“纯”生物质航油， 总产值达数千亿元。但 2014 年全国生物航油产量不足 100 吨，离规 模化相差甚远。蓖麻航油具备占据 50%市场份额的可能性，按 5 年生 产蓖麻生物航油 300 万吨计算，仅技术转让和催化剂销售利润就可达 5 亿元以上。同时，使用生物航油可降低 50%以上的污染物排放，可 有效减排治霾，维护我们的环境安全。 拟开展合作方式： 现已申请中国发明专利 7 项，拟开展合作方式：建设年产万吨级生物航油 及配套催化剂示范生产装置，采用股权合作或实施许可的方式合作。

本项目采用生物酶法脱支重结晶制备淀粉纳米颗粒；采用微波 辅助半仿生法提取花生壳黄酮、负压空化技术提取原花青素等活性成分；利用 花生分离蛋白和豌豆淀粉为基质，添加淀粉纳米颗粒、活性物质制备可食膜， 通过对复合膜性质的研究，优化最佳纳米颗粒添加量；通过对复合膜的保鲜抑 菌等效果进行研究，确定黄酮多酚、原花青素等活性物质的最佳添加量。克服 了淀粉纳米颗粒传统制备方法的周期长、工艺复杂的缺点，同时以淀粉纳米颗青岛农业大学科技成果介绍 2017 －53－ 粒为增强相制备的可食膜解决了淀粉膜机械性能差等难题。获得国家发明专利 6 项（201210552239.0；201210513149.0.；201210513150.3；201310212546.9； 201110166508.8） 技术优点或者效益预测:根据国家新材料产业发展规划对塑料包装行业提 出的倡导环境保护的要求，安全、可全生物降解的食用级多功能复合膜用于取 代部分塑料包装是食品包装新的发展趋势。我国食品塑料包装材料年总需求约 为 2000 万吨，如果其中 10%的用食用级复合膜代替，其中需求量达 200 万吨， 预计产生经济效益 1000 亿。食用级多功能纳米复合膜用于取代部分塑料包装是 食品包装新的发展趋势，推广前景广阔。