磁性螺旋形游动微机器人

科技处

-/生物与新医药

伴随微纳米科学技术的发展,微纳机器人得到了广泛关注,尤其是在生物医药和微系统方面具有非常重要的潜在应用。受大肠杆菌等微生物通过鞭毛旋转产生推进运动的启发,磁性螺旋形游动微机器人作为一种磁控微机器人受到研究者普遍关注。在外加旋转磁场作用下,磁性螺旋形游动微机器人的特殊螺旋形结构可产生轴向推进力,在低雷诺数液体环境中实现高效可控的运动,从而完成微小尺度的任务要求。在微纳尺度精准操控、靶向药物运输等前沿领域具有重要的研究价值。
传统的机械加工方法难以实现微米尺度三维微螺旋结构的批量制造,而新兴的三维激光直写技术等微纳加工方法也存在制造成本高、制造效率低等不足,限制了磁性螺旋形游动微机器人的发展应用。此外,包括磁性螺旋形游动微机器人在内的所有磁性微机器人,都要求具有对其实现简单便捷运动操控的三维可控旋转磁场,且三维可控旋转磁场是实现对该类微机器人精准操控的一种必要手段,而现有三维可控旋转磁场多存在结构庞大、控制复杂、集成度不高等问题,不便于操控微米尺度的磁性微机器人。
该项目研发出一种磁性螺旋形游动微机器人,其制备方法包括:选取螺旋藻生物模板、固定强化、胶态钯活化、解胶、化学镀镍、清洗烘干;螺旋藻生物模板的结构参数与用户所需磁性螺旋形游动微机器人的结构参数相同。该机器人操控系统包括:线圈部、容器平台、三个驱动器、三个直流电源、数字量模拟量转换装置、上位机以及观测记录装置等。

骨创伤辅助诊断救治平台

科技处

-/生物与新医药

骨创伤患者具有病情复杂、病变迅速、死亡率高等特点。因此,第一时间内进行有效的诊断和救治,将为后续诊治赢得时机,对提高治愈率有重要意义。针对这种情况,世界各国积极开展了对骨创伤患者进行及时救治方法的研究。目前,骨创伤诊断和救治功能集于一身的治疗平台,因其便携性、功能多样性等优势越来越受到人们的重视,具有广阔的市场前景。这种平台集中各种检测装置和诊治设备,可在现场进行急救,缩短了骨创伤患者救治的准备时间。目前,世界各国展开了相关研究,同时也存在着一些问题:如部分功能冗余,结构复杂,灵活性较差、不能为医生远程诊治提供生命体征数据和诊治数据等。
该项目开发出一种骨创伤辅助诊断救治平台,其包括平台本体及平台底座,还包括体温保持装置、光学定位模块、用户交互模块、电源模块、无线数据传输与GPS定位模块、呼吸机模块、吸引器模块、供氧模块、心颤救治模块、多参数监护仪模块、输液模块、急救用品存储箱、牵引夹板、B超机和X光机;既具有一般手术平台的通用性又能为骨创伤患者提供辅助诊断功能和初步救治功能。通过无线数据传输模块将患者的生命体征数据和诊治数据传输出去,为远程诊治提供依据。在患者转运的过程中,通过GPS定位模块可以获得位置信息,实时对患者目标位置的路线规划。

新型强效干扰素

汪国林

-/生物与新医药

与小分子药物相比,蛋白质药物具有高特异性、高活性和低毒性等优点。但是,大多数蛋白质药物在体内的循环半衰期短,生物利用度低,副作用大。用聚乙二醇(PEG)修饰蛋白质药物(PEG 化)或用人源白蛋白(HSA)融合蛋白质药物(HSA 融合)是改善上述问题的常用方法,但是存在明显的缺点,如:产物的生物活性大幅度降低;生产工艺复杂;产率低;成本高。因此,如何高效提高蛋白质体内循环半衰期和治疗效果是一个极具挑战性的生物医药问题。

本课题组率先提出了一种新型、通用、简单、高效的类弹性蛋白多肽融合方法(elastin-like polypeptide fusion, ELP fusion)用于精准设计蛋白质-高分子偶联物,通过将类弹性蛋白多肽与干扰素-? (IFN-?)融合,使用大肠杆菌制备出 IFN-ELP 融合蛋白,产率高,成本低,较好地保持了 IFN-?的生物活性(如图 1)。小鼠模型测试发现,通过 ELP 修饰后的蛋白有效地改善了体内循环半衰期和肿瘤滞留情况,最终显著改善了治疗效果,提高了小鼠存活率(如图 2)。该方法有望成为修饰蛋白药物,提高药物稳定性、改善药物半衰期和增强治疗功效的清华大学科技成果重点推广项目新策略,所制备的新型强效干扰素 IFN-ELP 有望成为具有自主知识产权的创新生物药物。

C-Sight 人工视觉假体

汪国林

-/生物与新医药

视觉假体技术主要在在视觉神经信息处理、编码传输新规律,在材料、微电子、信号处理等技术上取得突破,在理论、技术应用、临床验证等研究中取得重要成果:1、视觉理论、视觉信息编码的突破:基于视网膜神经信息编码与传输的基础研究,建立复杂视觉刺激模式下,视网膜神经节细胞群体编码模式。2、视觉信号处理方面:视网膜本身是一个生物并行计算机,传统的视网膜计算模型都是线性多层计算模式,基于视觉假体的研究我们在视网膜计算的非线性和实时性有所突破。3、视神经的电刺激理论与建模方面:建立从激励,组织,神经纤维的视神经模型。通过改变激励参数,确定刺激的阈值电流;通过分析组织模型,可以计算假体使用过程中的电场分布,定位刺激点与温度分布。4、关键微光机电技术、临床手术技术的突破:在微光学系统仿生屈光成像系统、5、微电子系统仿生视网膜信息处理、编码与电脉冲生成、无线视频技术仿生神经信息与能量传输上取得重要创新,研究出具有自主知识产权的视觉假体,并在人体成功植入。6、技术平台建设:通过本项目的研究,初步建设两个技术平台,即“视觉信息编码和视觉计算技术平台”与“仿生微电子系统(Biomimetic MicroElectronic Systems)技术平台”新一代医学仪器的研究基地。

新冠肺炎中医药防治方案

刘永生

首都医科大学/生物与新医药

中央指导组专家组成员、首都医科大学附属北京中医医院院长刘清泉团队与中央指导组专家组成员、中国工程院院士张伯礼团队合作完成的《中医药防治新型冠状病毒感染的肺炎各地诊疗方案综合分析》(以下简称《诊疗方案综合分析》),该研究在线发表于《中医杂志》。
作为科技部“新型冠状病毒感染的肺炎疫情科技应对”应急攻关项目,该项研究全面收集并整理相关信息, 汇总分析我国卫生管理部门发布的系列《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案》(简称“国家《方案》”)及各地区《方案》,对新型冠状病毒感染的肺炎中医证候分型、分期以及方药特点进行梳理,总结规律,以期为中医药防治此次疫情以及快速应对同类疫情。
研究团队对治疗性方案进行了比较分析:国家《方案》将新型肺炎按照病程进展,将治疗期分为寒湿郁肺、疫毒闭肺、内闭外脱、肺脾气虚四型。21个涉及治疗的地方《方案》中,对该疾病的分期分型基本遵循了病情由轻到重,邪气由表及里的规律。将新型肺炎分为医学观察期、治疗期的有山西、河北、宁夏、上海、内蒙古;按照病情轻重分型的有浙江、陕西、天津、北京、福建、重庆;21个地区 《方案》分型均涉及了中医证候。
《诊疗方案综合分析》通过梳理分析24个地区《方案》,认为各地中医在新型肺炎的证候分型和传变规律上认识是一致的,均在国家《方案》基础上,结合了本地区气候、人群特点从不同角度完善了证候分型,提出了具体化的防治措施,为我国战胜此次重大疫情给出了科学权威的中医方案。
该项研究还对方药推荐情况进行了梳理:治疗性地方 《方案》中仅列出药物组成,而未列出方剂名称的有26处,观其药物组成,多为数个经方合用加减化裁而成,具有明确名称的中药方剂共40种,中成药32种。按照应用频次排序,中药方剂中麻杏石甘汤频次最高为15次;其次为宣白承气汤和升降散;中成药中,安宫牛黄丸频次最高为15次,其次为血必净注射剂和连花清瘟胶囊(颗粒)。
通过分析,研究团队建议:
1.随着病例的增多,应主动开展临床证候学调查,掌握临床第一手资料,根据病患临床表现,经过专家认真分析,进一步总结疫情病症特点,证候演变规律,从而完善全国防治 《方案》;
2. 希望各地在全国《方案》 基础上,结合具体情况,因时、因地制宜,继续调整、优化本地区中医药防治 《方案》;
3.在临床实践中注重总结治疗经验,观察病情转变规律,总结有效方药,不断完善方案,并将经验转化为临床评价证据;
4.此次疾病恢复期,虽然两次病毒核酸检测阴性符合出院标准,但患者还有乏力、干咳、憋闷等症状,肺部影像仍有散发阴影,此时中医辨证多为气阴两虚、痰瘀阻络,可以采用益气养阴、通络散结法治之;
5.建议在 《方案》制定及实践应用中,注重防治结合,充分发挥中医 “治未病思想”。在不同阶段采取有效措施,未病先防,已病防变,愈后康复,全程发挥中医药作用。

药学院和GHDDI开放药物研发资源

刘永生

清华大学/生物与新医药

清华大学人工智能研究院联合RealAI研发并推出“新冠肺炎疫情AI话题分析平台”,帮助用户随时“触手可得”疫情最新变化。

“新冠肺炎疫情AI话题分析平台”通过对多渠道海量媒体信息进行自动抓取采集、识别分析,解决了传统信息检索过程中因消息源头繁杂、消息过多、检索意图不明确而产生的困扰。同时,基于大数据分析和AI建模,自动识别出近期热点话题、新闻追踪和话题导向、地区关注度变化,为用户第一时间推送全网话题最新动态,满足用户对疫情舆情监测的需求,为作出正确舆论引导提供分析依据。

该平台已正式上线“全国热门速递”内容板块,包括“全国热门话题”“热点地区排行”“实时热点话题排行”“最近三天热点排行”“官方发布消息”“关于热点话题的热点信息”等具体模块。该板块基于国家及各省市卫健委与官方媒体平台上的公开发布新闻,结合公众资讯兴趣,实时更新全网最近一天与最近三天的TOP10疫情话题热榜,多维度动态展示公众关注的热门话题与舆论趋势。

在底层算法支持上,该平台基于清华大学人工智能研究院、计算机系推出的WarpLDA主题提取算法研发。基于蒙特卡洛EM算法,WarpLDA在访存效率、并行度方面相比传统的Gibbs采样算法更有优势,可用于上亿级别文本的主题提取。

清热解毒注射液的新药开发研究

禹玉洪

北京理工大学生命科学与技术学院药学系/生物与新医药

发热为临床的常见症状,系由多种原因引起的,主要有外感发热、内郁发热,一般多由病毒和细菌感染所致。西医常采用抗生素和抗病毒药进行治疗,然而目前抗病毒药尚无特效药,抗生素耐药现象又日趋严重,且无直接的退热作用,西药退热还存在较多的副作用。

中药的抗病毒和直接退热作用的疗效确切,现在,一般采用口服的方式给药,疗效虽好,但起效较慢;注射给药因此越来越受到重视,不但疗效优于口服给药,而且起效迅速,生物利用度高。

据我国卫生部组织的"第二次国家卫生服务调查"结果得知,需两周治疗的疾病中,属中医理论上讲的,需清热解毒的病种为:排在患病率前列的急性鼻咽炎占42.44%,第2位的流行性感冒占14.4%,排在第6位的扁桃体炎及气管炎占4.95%,此三项之和为61.79%,此三项的患病率远远高过其它任务疾病的患病率,在疾病分类构成中此三类分别占28.38%、9.63%、3.31%,按我国13亿人口算每年有8031.8万人患病。

清热解毒注射液为采用现代中药提取分离新技术新方法,提取精制某单味中药的有效部位制成的中药注射液,确保了本制剂的安全、有效、稳定、可控。

本品种具有良好的解热作用好和较强的抗病毒、抗菌作用,在临床上可治疗多种原因引起的发热证,如外感发热、内郁发热等高热症,是一种具有起效快,副作用小特点的针剂。

镇静催眠复方中药酸枣仁汤临床前研究

李玉娟

北京理工大学/生物与新医药

21世纪生命科学的蓬勃发展和人们崇尚回归自然的热潮给中药的振兴、发展和走向世界提供了良好机遇。在此历史条件下,中医药必将再次焕发出巨大的生命力,中药现代化的发展将显示出广阔前景。众所周知,镇静催眠类化学药物一般失眠所服用的安眠药有都副作用,而且越用效果越差,原因是安眠药成了肝药酶的诱导剂,连续用药后产生耐受性;超过正常治疗剂量或长期使用正常治疗量都可形成药物依赖;一旦停药后就会出现戒断综合症;不得不持续用药,由于其耐受性使得所需剂量越来越大,副作用就会表现出来。基于此,开发研究低毒高效的中药镇静催眠类药物一直是药学研究领域的热点问题。

酸枣仁汤出自《金匮要略》,是中医临床首选滋养安神方剂。由酸枣仁、川芎、茯苓、知母、甘草五味药组成主要适用于阴血不足、虚阳偏亢,见有心悸怔忡、虚烦少寐、健忘等证。为将此传统复方开发成现代中药制剂,已经对其进行了下列全方位研究,为其新药开发和临床研究奠定了雄厚的研究基础。

1 药效学实验及毒性试验  对酸枣仁汤及其各组方进行了镇静催眠药效学实验,结果表明其具有良好的镇静、催眠、抗惊厥效果,有效减少小鼠的自主活动次数, 增加戊巴比妥钠协同的消暑入睡只数和入睡时间等。最大耐受量试验表明酸枣仁汤几乎不具有毒性。

2 化学成分分析及质量标准研究(色谱指纹图谱)  前期对君药酸枣仁中的化学成分进行了系列提取分离研究,得到约5个镇静催眠类有效成分(黄酮类和三萜类化合物),并以此作为质量控制指标之一。按照国家中药类新药的研究要求,对该复方建立了完善的质量标准研究(薄层鉴别和HPLC含量测定及其他),采用色谱指纹图谱研究手段来控制原药材的质量(采收期、炮制方法、产地等)。

3 酸枣仁汤的配伍机制和药效物质基础研究  对酸枣仁汤进行拆方设计,对所得组方分别进行药理实验,获取药理数据,经数据处理后探讨酸枣仁汤配伍机制。对各组方进行RP-HPLC分析,获取化学数据。将所得药理数据和化学数据进行统计学处理,从众多色谱峰中选取出与酸枣仁汤药效密切相关的有效成分群(即药效物质基础),并确定其质量控制指标。

4酸枣仁汤提取工艺研究  优选了酸枣仁汤的最佳提取溶剂,采用一定试验设计,以质控指标含量和浸膏得率为考察对象, 对最佳溶剂的参数进行优化,确定酸枣仁汤最佳提取工艺。为将其开发成现代剂型,改善丸、散、膏、丹的状况奠定基础。

5 镇静催眠有效成分的药代动力学研究 目前针对前期的有效成分进行药代动力学研究,为临床应用提供试验依据。

头孢尼西药物生产技术

马丽敏

北京化工大学/生物与新医药

头孢尼西药物是目前普遍适用于抗感染的一线药物,适用于敏感菌引起的下呼吸道感染、尿路感染、败血症、皮肤软组织感染、骨和关节感染等,也用于手术预防感染。在外科手术前单剂量注射1g头孢尼西,可以减少由于手术过程中污染或潜在的污染而导致的术后感染发生率。在剖腹产手术中使用头孢尼西(剪断脐带后)可以减少某些术后感染发生率。该药应用广泛,市场需求量大。北京化工大学开发了头孢尼西药物的合成新工艺,希望和企业合作进行工业化开发。产品质量可以达到相应国家标准。应用在医药领域和头孢类药物生产企业。市场前景广阔。适合中型企业投资,主要设备为反应和分离设备,总投资额100万左右。合作方式可采用技术开发。 头孢尼西为第二代广谱、长效的头孢类抗生素,通过抑制细菌细胞壁合成产生抗菌活性。对革兰氏阳性和阴性菌以及一些厌氧菌均有抗菌作用,对大多数B-内酰胺酶稳定。本技术对7-ACA为原料的两条合成路线进行了比较,发现对7-ACA的3-位修饰比较适合工业化应用。本技术通过对诸多缩合剂进行比较,然后对7-ACA的7-为位进行酰化反应,之后再经过酸性水解,盐析,与N,N-二环己亚乙基胺成盐,再经过强酸性阳离子交换树脂交换,最后与甲醇钠反应生成目标产品头孢尼西钠。产品总的收率为53%。经HPLC检测产品纯度可以达到99%.符合工业化生产的要求。并且最终产品也经过核磁共振氢谱检验正确。以亚硫酸氢钠、甲醛、氨水为起始原料,经过缩合,环化等一系列步骤制得头孢尼西的中间体1-磺酸甲基-5-巯基四唑双钠盐(又名1-磺甲基四氮唑-5-硫醇双钠盐);产品颜色很好,收率达到30%左右。

植物生产调节剂植物龙的合成工艺

马丽敏

北京化工大学/生物与新医药

植物龙亦称植物生长调节物质,指从外部施加给植物,只要很微量就能调节、改变植物生长发育的化学试剂。除了植物激素从外部施加给植物作为生长调节剂外,更多的植物生长调节剂,是植物体内并不存在的人工合成有机物,主要有,一是植物激素类似物,例如与生长素有类似生理效能的吲哚丁酸、萘乙酸、2,4-D等,与细胞分裂素有类似生理效能的激动素和6-苄基氨基嘌呤等。二是生长延缓剂,有延缓生长作用,降低茎的伸长而不完全停止茎端分生组织的细胞分裂和侧芽的生长,其作用能被赤霉素恢复,例如矮壮索(CCC)、丁酰肼(B9)、调节安等。三是生长抑制剂,也有延缓生长的效果,但与生长延缓剂不同,它们主要干扰顶端的细胞分裂,使茎伸长停顿和顶端优势的破坏,其作用不能被赤霉素恢复,例如青鲜素(MH)等。另外,由于除草剂大都是人工合成的生长调节剂,因此,有人把除草剂也作为一大类生长调节剂。植物生长调节剂,在农业生产上,可分别用在促进或抑制植物的营养生长,促进或抑制种子、块根、块茎的发芽,防止或促进器官的脱落,促进生根、座果和果实发育,控制性别分化、诱导和调节开花,催熟或延迟成熟和衰老,以及杀死田间杂草等方面。植物龙是一种用于蔬菜的植物生长调节剂,可有效地使蔬菜增产。主要用于阔叶蔬菜(如白菜等)。采用简单催化剂,使产品成本比市场上同类产品降低30%以上。应用在蔬菜种植。植物龙是一种在日本得到广泛推广的植物生长调节剂。使用范围广,用量大。我国正大面积推广。适合中小型企业投资,设备投资额10万以下。按每年12吨的产量计算,每吨成本为8万/吨,售价15万/吨,利润为80万余元。 合作方式包括技术转让和实施交钥匙工程。

盐酸兰地洛尔的开发

马丽敏

北京化工大学/生物与新医药

国内外技术发展现状与趋势:日本小野药品工业公司(Ono)开发的手术时心动过速性心律失常(心房纤维性颤动、心房扑动及窦性心动过速)治疗药Onoact(兰地洛尔,landiololhydrochloride)注射剂于7月5日获得厚生省核准函,2002年9月在日本首次上市。国内无该药的相关专利及行政保护,开发该品不存在知识产权问题。盐酸兰地洛尔与同类药艾司洛尔相比,具有以下优势:1、心脏选择性更高:体外研究显示,兰地洛尔的β1/β2值为255,艾司洛尔为33,心脏选择性约为艾司洛尔的8倍;2、起效更迅速:Junichi等人的实验表明,静脉注射3mg/kg剂量的兰地洛尔在30秒内可产生减缓心率作用,而5mg/kg的艾司洛尔在2分钟内才能起效;3、作用时间更短:兰地洛尔减缓心率作用的持续时间为4分钟左右,而艾司洛尔约为9分钟;4、副作用更小:资料显示,艾司洛尔最主要的不良反应为是低血压,注射时低血压发生率为63%,停止用药后持续低血压发生率为80%。而兰地洛尔不良反应发生率为15.6%,低血压的发生率为11.7%,较艾司洛尔更为安全。艾司洛尔是临床上使用的第一个超短效、选择性的第二代β1-受体阻滞剂。盐酸兰地洛尔则是在艾司洛尔基础上进行结构改进而获得的新化合物。无论是从疗效还是安全性来说,兰地洛尔均比艾司洛尔更具优势,可作为艾司洛尔的换代产品。技术的特色和创新突破点:本技术提供一种盐酸兰地洛尔的优化工艺。技术改造包括:环氧氯丙烷取代3-氯-1,2丙二醇;产物1替代原料Ⅱ制2;羰基二咪唑替代原料IV等关键技术。新方法降低了合成成本,利于工业化生产。本技术提供并完成整体工艺和操作相对简单、产物收率高、生产成本低的盐酸兰地洛尔的实验室公斤级优化及实验级工业合成的中试方应用范围生物医药。 盐酸兰地洛尔从疗效和安全性来说比艾司洛尔更具竞争优势,可作为艾司洛尔的换代产品;本品心脏选择性更高,起效更迅速,作用时间更短,副作用更小,因此该项目的产业化将会给企业带来丰厚的利润。

富硒酵母发酵工艺

马丽敏

北京化工大学/生物与新医药

北京化工大学的富硒酵母生产技术,预计投产后将年生产富硒酵母500吨;进一步开发后还将生产水溶性酵母多糖、羧甲基葡聚糖等产品,希望寻求进行更深层次的合作。已在实验室进行连续3批5升~30升发酵小试的工艺研究与优化,以及相应的分离工艺。经过培训后,使合作企业技术人员能够熟练掌握有关的菌种培养和发酵、后提取技术。并且能够重复出上述结果。小试指标如下:发酵周期小于48小时,酵母硒含量大于2000ppm,酵母细胞干重大于60g/L。 酵母菌,人类直接食用量最大的一种微生物。酵母菌体含有丰富的蛋白质、脂肪、糖分和B族维生素等,以及酶、辅酶、核糖核酸、甾醇和一些新陈代谢的中间产物。硒是人体所必需的微量元素,有很重要的生理功能,与人类的健康密切相关。硒能够预防和抑制肿瘤、抗衰老、维持心血管系统的正常功能,预防动脉硬化和冠心病的出现。缺硒会导致克山病和大骨结病,还会诱发白内障、肝病和胰腺病等等。富硒酵母可作为补硒保健食品和药品的原料、营养强化食品中硒营养素强化的原料、其他需要强化硒营养素的产品等。 本技术通过对硒元素来源进行大量试验研究,采用含有硒元素的盐类和碳质页岩硒矿石为硒的原材料,从而有效利用硒矿石转化为有机硒,安全生产,制备富硒酵母。富硒酵母是将酵母菌在富硒培养基中培养所得,富硒培养基中的硒元素来源为硒矿石。 与现有技术相比,本发明涉及的富硒酵母制备方法具有如下优点和显著进步: (1)采用成分相对稳定的硒矿石作为硒元素的来源,拓宽了用于酵母富硒的硒源材料,有利于硒矿资源的充分利用。 (2)采用磷酸盐作为去除重金属元素的沉降剂,比蛋白质廉价,比硫化氢安全、方便。 (3)有机硒转化率高,所得富硒酵母的含硒量为180-260μg/Kg。

天然活性成分的生物合成及高效分离

马丽敏

北京化工大学/生物与新医药

癌症、冠心病、糖尿病等疾病严重威胁人类健康。世界卫生组织的2008最致命疾病分析报告,到2010年,癌症将取代心脏病成为最大杀手。到2030年,每年的癌症新发病患者将达到2700万,死亡达1700万。与激素代谢相关的癌症乳腺癌、前列腺癌发病率逐年增加。世界卫生组织1990年公布的资料:美国总死亡人数中,有24.7%死于冠心病。1995年,全球1.35亿糖尿病患者;而到2025年,这个数字将会达到3亿;中国目前有4000万。 而日常生活中,某些常见食品中有效成分疾病的预防及治疗有显著的作用。例如:西洋芜荽、甘草和甘橘类水果中所含的香豆素是天然的“血液稀薄剂”,可预防血栓;十字花科蔬菜:吲哚(莱菔硫烷)可阻碍雌激素引发肿瘤生长的效用,预防乳腺癌;樱桃、葡萄及草莓内的鞣花酸可以使致癌物失去作用;五谷中的植酸可以使促进肿瘤生长的类固醇化合物失去作用;苹果和葡萄柚中的可溶性纤维――果胶有助于降低于胆固醇并预防糖尿病;黄豆类食物中所含有的大豆异黄酮,能够阻止肿瘤附近长出新的微血管。2010年美国保健品及健康食品市场总销售额达800亿美元。其中,植物来源的天然保健品约占80%的市场份额。我国植物提取物行业年出口近百亿元,健康产业产品可达万亿元(中粮数据)。 针对天然活性成分原料含量低,产品质量要求高的问题,该课题组采取生物合成、高效分离、工程化研究的策略,高效提取或合成天然活性成分。 产品简介 1)鞣花酸 鞣花酸具有抗癌、抗突变、抗HIV、抗氧化性能,在美国抗癌物质排行榜上名列第二。鞣花酸的传统制备方法是先从动物的虫瘿中提取五倍子单宁,然后再用氧化法制得鞣花酸。得到的产品纯度低,外观为灰色。 石榴是国内重点发展的水果之一,目前尚未见有以石榴皮为原料制备高纯度鞣花酸的报道。石榴皮中所含有的安石榴甙具有强抗氧化性和抗癌等作用,在医疗、保健、功能性食品和化妆品领域都有很大的发展空间。 该课题组采用酶转化法,优化发酵条件及酶诱导条件,将从石榴皮中提取的安石榴甙利用单宁酶发酵,得到鞣花酸,市场潜力巨大。 2)莱菔硫烷 莱菔硫烷(Glucoraphanin)就是众多异硫氰酸酯中的一种,而且是目前公认的防癌和抗癌效果最好的天然产物之一。莱菔硫烷主要存在青花菜种子中,含量很低,且青花菜种子产量低,价格昂贵。 该课题组发明了一种以芸苔属蔬菜为原料制备莱菔硫烷的方法。原料经粉碎后,在特定pH值下水解,水解后除去蛋白质,采用大孔吸附树脂吸附,乙醇水溶液洗脱,从而有效地提高莱菔硫烷的含量。莱菔硫烷工业生产线纯度95%,已出口美国。 3)4-羟基香豆素 4-羟基香豆素(4-Hydroxycoumarin,4-HC)是合成华法林(Warfarin)等抗凝血药的前体。目前,4-羟基香豆素通过化学合成方法生产,具有不可持续及污染环境等缺点。 该课题组采用“上游原核生物水杨酸合成途径,下游水杨酸到4-HC的人工途径”的方法,首次实现了植物次级代谢产物4-羟基香豆素的生物合成。并通过平衡基因表达进一步提高了4-羟基香豆素的产量,具有工业应用潜力。 4)5-羟基色氨酸 5-羟基色氨酸是神经递质5-羟色胺生物的合成前体,是天然抗抑郁剂,对于治疗失眠、纤维肌痛、肥胖、小脑运动失调以及慢性头痛也有很好的效果。其2012年产量136.4吨,销售额3200万美元;预计2019年销售额将达到5100万美元。其减肥功效潜在市场巨大,然而,因原料供应问题限制了其应用。化学合成5-羟基色氨酸过程中,存在羟化反应位置选择性的问题,产物为混合物。目前的方法是从加纳籽中提取,原料问题难以解决。生物法合成5-羟基色氨酸过程中,动物来源的色氨酸羟化酶不稳定,需要特殊辅因子。 该课题组设计了一条新的5-羟基色氨酸生物合成途径,避免使用动物来源的色氨酸羟化酶,是基于底物相似性的酶的挖掘的又一成功例子。 5)大豆异黄酮 大豆异黄酮可被肠中细菌转化为类似于激素的化合物,具有微弱雌性激素和抗氧化活性,可阻滞血管增生,断绝养料来源,从而延缓或阻止肿瘤病变成癌症,可有效抑制白血病、结肠癌、肺癌、胃癌、乳腺癌、前列腺癌的发生。大豆异黄酮有着重要的经济价值和社会价值。由于大豆中异黄酮的平均含量仅为0.2%,因此分离提取存在很大困难。目前,大豆异黄酮的生产工艺得到的大豆异黄酮产率较低、成本较高。 该课题组发明了以PGMA为基本骨架及环糊精为活性基团的专用分离介质,一步纯化异黄酮纯度可达90%以上,收率大于95%,性能优于现有的介质。从而实现了黄酮及皂甙、水溶性成分等的高效分离。

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