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第五代廢電池回收技術包括廢鉛酸電池、廢鋰離子電池、廢燃料電池等廢電池的污染防治、清潔資源化、先進制造技術。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 第五代廢電池回收技術包括廢鉛酸電池、廢鋰離子電池、廢燃料電池等廢電池的污染防治、清潔資源化、先進制造技術。各種廢電池含有重要的戰略資源，而目前廢電池回收市場缺口巨大，比如我國每年廢鉛酸電池500萬噸左右，而實際循環220萬噸左右；隨著新能源汽車保有量的快速增長，鋰離子電池理論回收量達到47.8萬噸，但是實際可統計的真實回收量僅為19.6萬噸，占比僅為41%；新興的鈉離子電池和燃料電池等暫時只有華中科技大學具備可產業化的再生技術。雖然電池在使用過程中不會產生有毒有害的物質，但如果不能對廢電池進行正確、有效地處理，將會給環境帶來極大污染風險隱患和資源浪費。對各種廢電池加以回收再生，不僅可以消除廢電池帶來的各種危害，還能通過資源循環和高端制造產生新的經濟增長點。

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磷脂酶 D 是一種用于磷脂改性的工業化生產用酶，近年來研究較多且效果比較明顯的是通過微生物發酵的方法獲得磷脂酶 D。磷脂酶 D 主要用于兩個方面：一是從卵磷脂出發，通過磷酸基轉移反應，制備含量較少的磷脂化合物，如磷脂酰絲氨酸（PS）、磷脂酰肌醇（PI）等；二是通過轉移反應合成新的磷脂衍生物，用在藥物學領域。磷脂酰絲氨酸是磷脂中的一種，天然含量稀少，但它是大腦中主要的酸性磷脂，能控制和調節細胞膜關鍵蛋白的功能狀態，提高腦細胞的活力，改善大腦功能、修復大腦損傷，成為“腦專一性營養物質”。本項目通過菌種篩選獲得一株高產磷脂酶 D 的肉桂鏈霉菌菌株。通過發酵優化，發酵酶活可達到 10U/mL 以上，可用于 PS、PI 的生產。 

利用自主篩選、鑒定和保藏的一株產精氨酸脫亞氨基酶（ADI）的惡臭假單胞菌 CGMCC1347，通過發酵培養其微生物細胞，用于轉化精氨酸生成 L-瓜氨酸，用 5L 發酵罐發酵 20 小時產酶活力達到 2.17U/mL。采用卡拉膠等凝膠包埋固定化細胞反復分批轉化 10 次，酶活力不減。用固定化細胞固定床反應器進行連續轉化，連續 30 天以上，連續 30 天 mol 轉化率穩定在 90-99％，30 天平均稀釋速率 D=0.0735 h-1，固定床反應器生產效率平均 6.34 g L-1 h-1，固定化細胞生產能力 0.0108 g h-1 g -1。本技術的特點是高產精氨酸脫亞氨基酶（ADI）的惡臭假單胞菌菌株能高效轉化精氨酸生成 L-瓜氨酸，對底物總摩爾轉化率高，轉化后的產物純度高，作為生物催化劑的微生物細胞易于培養且安全無毒，生物轉化反應條件溫和，環境友好。固定化細胞可反復利用多次，或裝柱連續轉化。 

精氨酸脫亞胺酶（Arginine deiminase，EC 3.5.3.6，ADI）因其可以作為 精氨酸營養缺陷型腫瘤細胞（如：肝癌、黑素瘤）的靶向治療藥物而受到廣泛關注。目前，進入癌癥臨床研究的僅有支原體來源的 ADI，處于臨床三期試驗。本項目從自然界篩選到產精氨酸脫亞胺酶的變形假單胞菌，在大腸桿菌實現 了該酶的重組表達，采用該重組 ADI 進行體外和小鼠體內抗癌活性研究，對肝癌細胞人肝癌細胞系 HepG2 和小鼠肝癌細胞系 H22 有顯著抑制作用。基于簡便靈敏的 96 孔板高通量篩選模型，篩選在體內生理條件下具有較高酶活以及底物親和性的精氨酸脫亞胺酶突變株，采用隨機突變、定點突變等非理性和半理性的蛋白質定向進化手段，獲得了最適 pH 由 6.0 提高至 7.0，在生理中性條件下（pH 7.4）酶活力較野生型 ADI 提高了 33 倍以上的 ADI 突變株，比活力為 15－17 U/mg。該改造后的 ADI 的 PEG 化和小鼠實驗正在進行中。 

中試階段/n成果簡介：目前，農業生產減肥增效、節能降耗、減少環境污染是人們關注的熱點。聚γ-谷氨酸（簡稱“γ-PGA”）作為一種綠色生物大分子材料，不僅可使作物增產10-30％，節肥10-20％，還可提高作物品質和作物抗病耐旱能力。華中農業大學農業微生物學國家重點實驗室率先在國際上開展了γ-PGA在農作物栽培中的應用，已申請γ-PGA發酵及γ-PGA在農業領域的應用等5項中國發明專利，其中獲得3項發明專利授權。三項相關課題鑒定成果分別于2007年，2008年，2009年通過湖北省科技廳組織的專家鑒定

技術分析（創新性、先進性、獨占性） （1）耐藥菌感染已經成為危害公共安全和人類健康的重大疾病 近年來，隨著抗菌藥物的增加和廣泛應用，細菌耐藥性問題日益突出，尤其是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)、耐青霉素肺炎鏈球菌(PRSP)、耐萬古霉素腸球菌(VRE)、產超廣譜β-內酰胺酶(ESBL)腸桿菌、多種耐藥性結核桿菌(MDRMT) 等超級耐藥致病菌相繼產生和擴散，嚴重危害公共安全和威脅人類健康，減少耐藥菌株的生成和研制新的抗菌藥物不僅成為醫藥界必須解決的重大問題，而且引起了國際社會和各國政府的高度關注。2014年，WHO首次發布了全球抗生素耐藥報告；2016年，聯合國在紐約聯合國總部召開“抗生素耐藥性問題高級別會議”，WHO再次發布報告，全面審視了全球的耐藥菌情況。2016年在杭州舉行的二十國集團（G20）領導人峰會，專門提出要推動全球應對抗生素耐藥性問題。美國、中國等國家高度重視耐藥菌的危害和防控，美國政府2015年制定了為期5年的抗擊耐藥細菌國家行動計劃；中國政府制定了《遏制細菌耐藥國家行動計劃（2016 —2020 年）》。耐藥菌感染，已經成為危害世界公共安全和人類健康的重大疾病。 （2）中醫藥防治感染性疾病具有確切的療效和明顯的優勢 感染性疾病在中醫典籍中常被稱為外感疾病，有外感熱病、傷寒、溫病、溫疫等稱謂。幾千年來，中醫藥為中國人民的健康，尤其是在預防和控制感染疾病方面做出了重大貢獻。中藥藥效物質研究是中藥實現現代化和國際化的突破口，《“十三五”中醫藥科技創新專項規劃》明確了中藥藥效物質研究是國家中長期重點關注的內容之一，強調發展前沿關鍵技術與創新方法的重要性；同時要求在中醫藥原創思維的指導下，加強系統生物學、合成化學、大數據等多學科前沿技術與中醫藥的深度交叉融合，促進中醫藥研究策略的優化和復雜系統研究方法學上的變革，解決當前中醫藥的研究瓶頸問題。 （3）項目建立了中藥防治耐藥菌創新藥物發現新模式 項目建立了以“方-病證-菌”、“藥-病證-菌”、“有效部位-病證-菌”、“有效成分-病證-菌”和“結構-網絡-靶標”的中藥防治耐藥菌創新藥物發現的新模式，建立了抗耐藥菌創新藥物發現與評價的技術體系和平臺，為解決日益嚴重的細菌耐藥性問題提供新思路、建立新體系、開發新藥物。 抗耐藥菌創新藥物發現新平臺 項目建立中藥防治耐藥菌創新藥物發現新模式，基于計算機輔助設計的防治耐藥菌創新中藥發現；基于高通量高內涵篩選的防治耐藥菌創新中藥發現；基于網絡藥理學的防治耐藥菌創新中藥發現；基于新靶點的防治耐藥菌創新中藥發現，突破了中藥防治耐藥菌新品種的評價技術：基于病證菌模型的創新中藥評價；基于毒效整合的創新中藥評價。 （4）篩選出中藥防治耐藥菌候選藥物兩個 ① 基于“方-病證-菌”、“藥-病證-菌”、“有效部位-病證-菌”理念篩選出中藥五類新藥1個-廣藿香油 通過前期對大量中藥方劑抗耐藥菌活性進行篩選，發現廣藿香在大量具有抗耐藥菌活性的中藥方劑中都有出現，初步活性測試也表明，中藥廣藿香具有較強的抗耐藥菌效價。進一步研究還發現廣藿香水提物和醇提物的抗耐藥菌效果遠不如廣藿香油，因此廣藿香油是廣藿香抗耐藥菌活性的有效部位。 廣藿香油的藥效學研究 針對廣藿香油能“芳香化濕”治療陰道炎的臨床應用，我們通過構建家兔陰道炎模型、大小鼠陰道炎模型、原發性痛經模型、斑馬魚血管損傷模型、多種動物離體子宮模型等，通過細菌篩選、細胞篩選等試驗平臺，借助超高分辨率激光共聚焦顯微鏡、高內涵成像系統、流式細胞儀等先進設備對廣藿香油治療陰道炎的物質基礎、量效關系、藥理作用機理等進行了研究，表明廣藿香油對于陰道炎具較好的治療效果。隨后項目對廣藿香油栓劑的制備工藝、質量標準草案等進行了研究制定，并對藥理作用與毒理進行了評價。 ② 基于“有效成分-病證-菌”理念篩選出抗耐藥菌新藥1個-廣藿香酮共軛取代衍生物（CDPC-B7）片劑 廣藿香酮是廣藿香油的有效成分之一，具有多種生物活性，包括胃腸道調節功能、抗炎和抗菌等作用。經實驗證明，廣藿香酮能夠抑制白色念珠菌（Candida albicans）、新型隱球菌（Cryptococcus neoformans）、黑根霉菌（Rhizopus nigricans）和其他真菌，體內研究表明對大腸埃希菌（E. coli）和耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）均有抑制作用。而且，廣藿香酮單體對棒狀桿菌和金黃桿菌的最小抑菌濃度小于0.098 μg/mL。經藥代動力學研究表明，廣藿香酮具有良好的口服吸收效果。 為了進一步優化藥物抑菌療效，降低毒副作用，我們利用分子對接以及網絡藥理學等方法，研究了廣藿香酮復雜的抗菌作用機制和抗菌作用的靶點。并通過基于靶點藥物設計方法，針對性的設計了一類能與靶點緊密結合的廣藿香酮創新衍生物，并通過借助有機合成方法學手段對化合物合成工藝進行了設計和優化，實現了創新廣藿香酮衍生物庫的構建。隨后通過抗菌活性驗證、片劑制備工藝、質量標準草案等進行了研究制定，并對藥理作用與毒理進行了評價。

該技術屬于微生物農藥行業，使用的是專利菌種，制備工藝重 點解決了黃色籃狀菌分生孢子的發酵培養和與普通助劑生物相容性差的技術難 題，目前國內沒有相關制劑研究和開發。本技術優化了發酵條件，在配方中選 用了生物相容性好的助劑和保護劑，產品穩定性好。生產加工操作相對容易； 黃色籃狀菌可濕性粉劑具備制劑穩定，使用、貯存及運輸方便等特點。黃色籃 狀菌可濕粉劑對花生、棉花等多種作物土傳病害防效顯著，防治對象不容易產青島農業大學科技成果介紹 2017 －57－ 生抗藥性，對人畜及天敵安全，是生產無公害農產品的首選藥劑，經在花生和 棉花上應用，盆栽試驗防病效果 85%以上；田間試驗防病效果 60%以上，增產 10% 以上。 

氟嘧菌酯是農藥殺菌劑，廣泛用于治療水稻，小麥，馬鈴薯，蔬菜，咖啡等作物的枯葉 病。氟嘧菌酯的商標名為，中文商品名，國外專利即將到期。 本課題組已完成氟嘧菌酯原料藥合成，工藝路線先進，有成本和環保優勢，利潤空間大。 目前在進行制劑研究，計劃進行國家批文申請。

從多種環境中篩選出具有高效增殖和益生能力的枯草芽孢桿菌、臘樣芽孢桿菌、乳酸桿菌、酵母菌、反硝化菌等微生物菌株，分別建立了高密度發酵工藝和菌體回收、節能干燥、高活力保藏以及制劑復配技術。