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本成果聚焦于可再生木本植物油脂的生物-化學組合合成技術，合成了基于油脂的新型聚氨酯系列產品，并結合分子結構設計-性能調控構建了多功能、高性能且穩定的生物油脂基聚氨酯及其復合材料，為獲得綜合性能優良的新型生物基聚氨酯材料提供理論依據和技術支持。

（一）蠟樣芽孢桿菌蠟樣芽孢桿菌NJYH63305是團隊自行篩選的有益芽孢桿菌，廣泛應用于農業、醫藥、食品保健、飼料等領域。在農業領域，是一種集抑菌、殺蟲、促生于一體的環境友好型高效生防制劑，對茶輪斑病菌、黃瓜枯萎病菌、立枯絲核菌、煙草赤星病菌、茶云紋葉枯病菌、小麥全蝕病菌、小麥紋枯病、尖鐮孢菌、鐮刀菌、終極腐霉菌等植物病害及小菜蛾具有較強抑制作用。在醫藥領域，可調節人體腸道微生態平衡，適于治療急慢性痢疾、腸炎、腹瀉、嬰幼兒腹瀉引起的腸功能紊亂等；在食品保健領域，可作為食品添加劑，長期服用能促進營養物質的消化吸收，減少腸道疾病的發生，提高免疫能力、增強抗病能力。 1、蠟樣芽孢桿菌國內外研究進展目前，國內外蠟狀芽孢桿菌研究大多處于實驗室內研究階段，其商品化并應用于農業防治的實例較少。國內市場上蠟樣芽孢桿菌農用制劑大部分為復配試劑，同時其大規模培養過程中也存在不少問題，如發酵放大過程信息采集困難、制劑有效期不長、產品貨架期短等，這些問題的深入研究對解決蠟樣芽孢桿菌高密度培養瓶頸、降低蠟樣芽孢桿菌生產成本、促進細胞大規模培養領域重大突破具有重要意義。2、本課題組技術優勢（1）團隊以項目為紐帶，建立了蠟樣芽孢桿菌在線監控的高密度培養與多階段發酵集成技術，在1000L發酵罐上蠟樣芽孢桿菌活菌數高達800億個/g, 比初始培養提高了230%，達國際領先水平；（2）篩選的芽孢保護劑，可提高蠟樣芽孢桿菌活性，延長半衰期40％以上；（3）協同江蘇省農科院及南京農業技術推廣站進行綠色防控技術推廣，于江蘇浦口林大蔬菜基地、江寧區湖熟街道設施蔬菜基地、溧水傅家邊茶廠等地建立2800畝示范區，重點試驗核心區460畝。推廣示范區內，蠟樣芽孢桿菌對水稻紋枯病、灰霉病、晚疫病等真菌病害抑制率達51.8％～85.9％，與蘇云金芽孢桿菌（Bt）進行增效試驗，小菜蛾殺滅率提高29%，降低化學農藥使用量50％以上，農藥殘留量低于國家無公害農產品標準；（4）目前已在國內外重要期刊發表學術論文10余篇，出版專著《高效有益微生態制劑開發與利用——蠟樣芽孢桿菌》，申請國家發明專利4項，授權3項，其中3項（ZL200910028025.1、ZL201010579133.0、ZL200910028320.7）在南京新百藥業有限公司成功實現轉化。（二）凝結芽孢桿菌團隊自行篩選獲得一株益生凝結芽胞桿菌NJYHHWG 877005，除具有和乳酸菌及雙歧桿菌同樣的保健功效外，還具有耐酸、耐熱、耐鹽、容易培養和保存的特點。凝結芽孢桿菌為兼性厭氧菌，進入腸道后會消耗游離氧，有利于厭氧微生物乳酸菌和雙歧桿菌的生長，多用于調節腸道內微生態菌群平衡，團隊自主知識產權的凝結芽胞桿菌NJYHHWG 877005對甜瓜枯萎病菌、番茄早疫病菌、西瓜炭疽病菌等有很強的防治效果，可進行新型高效生物農藥的開發。

本項目自然溫和的多功能生物試劑，是以生物試劑PEPK為基礎形成的一系列新型聚合物產品。一些前期研究表明，該系列生物試劑可能作為齒科材料等生物醫用材料使用，也可能作為阻燃劑等化學品使用。PEPK是一個在生化反應過程中被廣泛使用的磷酸化試劑，價格昂貴，產品大都依賴進口。在原料PEPK的合成工藝上取得了技術突破，使得該產品的生產成本大幅度降低。并且，創新的開發了以PEPK為共聚單體的一系列新型聚合物產品（圖?，生物試劑的樣品）。本項目研究處于國際前沿水平。PEPK形成的系列聚合物生物試劑產品，由于含有強親水性基團羧基和磷酸根基團，使得這些聚合物具有非常優良的水溶性，良好的表面吸附性，熱穩定性以及生物可降解性等優點。實驗表明，該系列生物試劑經水配制而成的溶液，非常自然溫和，無色無味（圖2，生物試劑的水溶液），不刺激肌膚和眼睛，具有超強的清洗和漂洗性能，可用于眼鏡、液晶屏幕等表面的清洗，以及花卉苗木的培養基調整劑（圖3，水培的花卉風信子，右側為培養基中添加了生物試劑的花卉，開花期比左側未添加的早）。雖然目前PEPK系列聚合物產品尚未產業化，但這一類生物相容性高的產品可能用作齒科、骨科材料等生物醫用材料、表面活性劑以及土壤改良調整劑等許多領域。而且，該系列產品的性能符合國家低碳環保的高新技術項目開發趨勢，預計該生物試劑將有非常光明的應用前景。已申請中國發明專利二項：（ 1） 一 種 自 然 溫 和 型 的 表 面 活 性 劑 與 制 備 方 法 及 其 應 用 ， 專 利 申 請 號 ：201010202777.8。（2）一種有機多聚磷酸鹽的制備方法，申請號：200910121213.X。

生物柴油是用含油植物或動物油脂作為原料的可再生能源，是優質的石油柴油代用品，具有可再生、清潔和安全三大優勢，目前世界許多國家正大力開發這種生物柴油技術并推進其產業化進程。我國“十五”計劃發展綱要提出發展各種石油替代品，將發展生物液體燃料確定為國家發展方向。我國自“八五”就有科研單位開展了生物柴油技術的研究開發，目前只有海南正和生物能源公司實現了產業化，生產能力僅為2×104 噸/年，其工藝有以下缺點：生產規模小，生產成本高，產品分離困難，排放大量的廢液造成環境污染。 本工藝路線的小試驗研究結果為：(1)以廢食用油為原料，生物柴油收率達到95％以上；(2)生物柴油質量達到美國生物柴油標準，性能與0 ＃柴油相近。副產物甘油純度達到99.5%；(3)生產成本與石油柴油相當（或稍高）。

一、項目簡介烷基吡啶是重要的有機合成中間體，其中一甲基吡啶(皮考林)、二甲基吡啶(盧剔啶)、三甲基吡啶(可力丁)、2-甲基-5-乙基吡啶(MEP)廣泛用于醫藥、農藥、香料、工業產品等的合成。近年來，烷基吡啶的應用領域不斷擴大，需求增長很快，已引起廣泛關注。國外95％ 以上的烷基吡啶均由合成法生產，生產集中在西歐、美國、日本。而國內烷基吡啶的生產主要是從煤焦油中分餾制取，產率低，產品純度差。二、市場前景我國市場所需烷基吡啶，主要依靠進口。因此，加快發展合成法吡啶生產已是大勢所趨。三、規模與投資根據不同產品的生產規模，投資大小差別較大，按年產100噸計算，總投資50萬元即可建廠。四、生產設備根據不同產品的不同生產方法，主要設備為固定床反應器或高壓釜。五、效益分析按目前市場價格計算，每種產品的利潤都在50%以上。六、合作方式技術轉讓或合作開發。

眾所周知，石油、天然氣和煤炭等不可再生的化石資源構成了當今世界燃料和化學工業的基石，豐富了人類的物質生活，創造了當今的繁華塵世。然而，隨著化石資源的日益枯竭，能源供需矛盾的不斷惡化，油價的不斷飆升，化石工業造成的環境污染日益嚴重等問題，已成為制約社會和經濟可持續發展的瓶頸。這些問題大大推動了人們研究可再生的生物質資源制備能源和大宗化學品的熱情。多元醇作為新一代能源和化學品的平臺，其廣泛的應用前景已引起了眾多科研工作者的廣泛關注。目前，生物基多元醇的工藝路線主要集中在山梨醇的加氫裂解和纖維素通過熱裂解、催化裂化及酸水解加氫等反應途徑制得。但是這兩種工藝路線具有工序流程長，反應條件比較苛刻（需要高溫、高壓下進行），產品比較復雜，分離難度大，成本高等不足，嚴重制約生物基多元醇產業的健康發展。本項目針對上述工藝路線存在的不足，設計了三條新的反應途徑，均能有效地將葡萄糖單體轉化為附加值比較高的多元醇，如合成聚酯纖維的基礎原料：1、2-丙二醇和乙二醇等。這些工藝路線與傳統路線相比，具有反應條件比較溫和，產物比較簡單，成本比較低等優點，同時也能達到節能減排的目標，符合環境友好的要求。因此，這么有意義的研究工作應該得到更大的扶持力度，使其盡快產業化，走出符合我國生物產業特色的道路。

該產品獲國家基礎科研計劃(2009CB724700)、國家高技術研究發展計劃(2012AA021503)和博士學科點專項科研基金(20103221110006)等支持，專利在申1項。該產品可應用于食品、藥品以及生物材料等領域。以L-谷氨酸為底物，工程菌直接脫羧反應，反應轉化率高達100%，產物得率為70%，純度達99%以上，工藝簡單，綠色無污染。隨著人們生活質量的提高，養生越來越受到人們的密切關注。因為γ-氨基丁酸的生理與保健作用，它將供不應求，所以推廣該技術與該產品迫在眉睫。該項目擁有自主知識產權，目前已小批量生產。

生物振蕩網絡作為生命體的內稟時鐘，調節各種與時間信息相關的生命過程，因此需要在減小計時漲落的同時，保持對環境信號的敏感性。 對于處于熱力學平衡態的系統，漲落耗散定理表明，高響應與低漲落不可能同時完成。但是生命系統處于非平衡態，并沒有漲落耗散定理的約束。對于振蕩網絡這一非平衡態系統，如何保持高敏感性和精確性，以及對應的熱力學的設計原理，是一個重要的利用物理原理理解生命系統的基本問題。 歐陽頎教授研究組與美國IBM沃森研究中心的涂豫海教授（北京大學物理學院/定量生物學中心教授）展開合作，首次從理論上揭示了生化反應網絡優化振蕩功設計原則。研究發現，通過增加系統的自由能耗散，振蕩的計時精確性增加，這與之前的研究相符；更重要的是，耗散的增加還能夠增強系統對于外界信號的響應，兩者呈正比關系。通過對簡單模型的解析發現，額外的自由能耗散可以加強振蕩相位與振幅的耦合，借此來增強對信號的響應，從而打破了平衡態的漲落響應關系。為了同時達到高敏感性和精確性，系統需要精細的分配參與反應的非平衡環路中的自由能耗散。研究基于化學勢與反應流提出了兩條重要的能量分配原則，并在相關實驗數據分析中得到驗證。

協同利用酶觸發的超分子自組裝和生物正交斷鍵反應，在腫瘤細胞內部實現原位、特異的前藥激活，不僅極大地降低了抗癌藥物的毒副作用，而且增強了靶向活化能力。設計合成了帶有前藥激活開關Tetrazine的酶響應組裝前體短肽，利用宮頸癌細胞過表達的磷酸酶，在腫瘤原位構建功能納米組裝體，使前藥激活開關獲得腫瘤靶向性并且大量富集。后續使用的阿霉素前藥TCO-DOX (其中，TCO為生物正交脫籠基團)在正常細胞或組織內沒有激活，不產生毒性；而在腫瘤內則能被高效激活，顯著提高了癌細胞的殺傷效果。

開發一種簡單的合成策略，制備具有高活性的酶@MOFs生物雜交材料。該方法的關鍵在于添加了能夠作為“形貌調制器”的聚多肽-聚谷氨酸（γ-poly-L-glutamic acid, PLGA)。PLGA是一種陰離子生物聚多肽，不僅可通過靜電組裝方式調控酶的表面電荷進而加速酶@ZIF-8雜交材料的形成，而且PLGA直鏈上豐富的羧基基團可與金屬離子競爭配位，原位裁剪出具有不同形貌和孔徑尺寸的酶@ZIF-8納米結構（圖1A）。研究表明不同的納米結構對于雜交材料的活性有重要影響，其中設計的介孔2D酶@ZIF-8納米片結構由于具有更短的底物擴散路徑和更大的孔道尺寸，極大提高酶活性位點的利用率，因此得到的MOFs雜交材料具有優異的生物活性。基于提出的合成策略，研究人員還建立一個 MOFs“人造細胞”，通過酶級聯反應模擬細胞內的信號轉導（圖1B）。該人造細胞對葡萄糖具有雙重光學（熒光和比色信號）響應，兩種光學信號都與葡萄糖濃度成正比，并且在兩個互補的濃度范圍內靈敏。