【摘 要】
：
微生物细胞工厂的创制和优化改造是绿色生物制造的重要内容.基于构建高效微生物细胞工厂的主要使能技术及其新发展,以几种典型小分子和大分子化学品为例,综述了微生物细胞工厂生产化学品的研究进展.讨论了启动子工程、代谢流分析等经典的使能技术和CRISPR基因编辑、诱变耦合高通量筛选、基于人工智能的生物信息学等新技术对于微生物细胞工厂构筑的重要作用.分别以有机醇、有机酸、有机胺小分子和多糖、聚酯类生物大分子的微生物合成为例,分析了如何面向不同特点的产物分子,设计实施不同的基因改造策略,并概述了近年来代表性菌株的生产性
【机 构】
：
清华大学化学工程系,教育部工业生物催化重点实验室,北京100084
论文部分内容阅读
微生物细胞工厂的创制和优化改造是绿色生物制造的重要内容.基于构建高效微生物细胞工厂的主要使能技术及其新发展,以几种典型小分子和大分子化学品为例,综述了微生物细胞工厂生产化学品的研究进展.讨论了启动子工程、代谢流分析等经典的使能技术和CRISPR基因编辑、诱变耦合高通量筛选、基于人工智能的生物信息学等新技术对于微生物细胞工厂构筑的重要作用.分别以有机醇、有机酸、有机胺小分子和多糖、聚酯类生物大分子的微生物合成为例,分析了如何面向不同特点的产物分子,设计实施不同的基因改造策略,并概述了近年来代表性菌株的生产性能.进一步展望了未来微生物细胞工厂生产化学品的总体发展趋势和应用前景.
其他文献
综述了充分发展湍流中气泡破碎的机理和模型,将其机理归纳为湍流涡碰撞、黏性剪切、尾涡剪切脱落过程和界面不稳定性四类.对文献中气泡破碎速率和子气泡大小分布的预测模型进行了系统总结.分析讨论了现有气泡破碎模型的发展和局限性,并提出了未来的发展方向.同时,也综述了湍流中单气泡破碎的实验研究,依据产生湍流的方法归纳为四种情况:增大液体流速产生湍流,采用内构件产生湍流,搅拌产生湍流,以及圆锥反应器结合搅拌产生湍流.总结了现有气泡破碎实验的进展和局限,并进行了分析和展望.最后,通过将文献中气泡破碎速率模型预测值和实验数
针对甲醇芳构化过程中,金属-分子筛催化剂上ZSM-5的择型效应对C2～C5烃不起作用,导致不易转化的烷烃副产物大量生成,单程芳烃收率下降的现状,综述了甲醇芳构化与烷烃芳构化的催化机制与过程特性、多段流化床的结构及其应用,以及多段变温流化床在甲醇芳构化与烷烃芳构化过程的研究进展.在流化床不同的轴向位置,根据起始原料与中间产物的活性,可以采用不同的温度来促进甲醇与烷烃中间体的转化.该技术可有效提高单程芳烃收率,降低后续分离成本和能耗.同时,其中涉及的烷烃芳构化也可能发展成独立的技术,具有广阔的前景.
液液萃取是应用广泛的分离技术,在石油化工、制药提取、金属分离等领域都有重要的应用.萃取塔作为常见的分离设备当前的设计还十分依赖于以往的经验,需要进行大量的实验.文章综述了萃取塔设备的研究现状,总结了对塔内流场、液滴和浓度场的实验测量技术,介绍了基于液滴的模型化方法和多尺度计算流体力学模拟方法,归纳了过程强化的相关研究进展.并对萃取塔未来的研究发展进行了展望,在数字化和可持续的发展背景下,未来在实验方面可以关注实时测量和优化,模型化方面关注于微观界面行为和传质影响的描述,在基于先进的实验和模拟技术基础之上,
相比于传统乳化方法,液滴微流控技术可以在微通道内可控制备单分散液滴模板用于合成各种功能微球,被广泛应用于生物、医疗、制药、环境等领域.由于单个液滴制备微流控单元的产量低,液滴微流控的集成化放大成为了液滴微流控技术面向工业应用的技术难点.本文综述了近年来液滴微流控集成化放大方法的研究进展,重点介绍了不同类型液滴制备微流控单元集成化放大的研究进展,包括基于剪切力形成液滴、基于界面张力形成液滴和基于被动分裂形成液滴的液滴制备微流控单元的集成化放大方法.
乳液广泛地应用于日常生活、医疗健康以及工业生产等众多领域.定量测量和研究乳液液滴间的相互作用力对于理解和揭示乳液的稳定机制以及开发制备功能型乳液具有重要的应用前景和学术价值.随着定量测量工具的发展,表面力仪、原子力显微镜、纳米光镊等使得定量研究乳液的稳定机制成为可能.表面力仪主要用来测量两个平坦表面间的相互作用力,待测的高分子或者功能材料需要涂敷在两个平面之间;原子力显微镜主要侧重研究液滴的形变和表面力之间的关系;纳米光镊技术“无接触”地捕获和夹持两个微米级液滴进行液滴间相互作用力的原位测量,主要研究的是
近年来,随着能源需求与日俱增,化石燃料的燃烧造成的温室效应使得地球气候变得更加恶劣,如何有效实现碳减排成为各国科学家的研究重点.将二氧化碳转化为绿色液体燃料(如甲醇)是一个重要方向.通过甲醇合成(MS)实现碳捕获,再在需要能量时进行甲醇水蒸气重整(MSR)制备氢气,实现二氧化碳的闭路循环和氢能的储存,因此MSR反应具有很高的研究价值.在众多应用于甲醇水蒸气重整的催化剂中,Cu基催化剂因其价格低廉和高活性等优点受到广泛关注.综述了Cu基催化剂在甲醇水蒸气重整中的研究进展,包括机理探索,催化剂优化及未来的发展
近年来,全球二氧化碳排放超过370亿吨/年,对气候和自然环境造成严重影响,亟需发展碳捕集、利用与封存技术.气体膜分离是一种条件温和、操作简单的无相变分离技术,随着高渗透性、高选择性膜材料的不断涌现,逐渐成为全球碳捕集技术的主要发展方向.聚离子液体膜材料中含有大量高度亲和二氧化碳的功能基团,有望实现超高渗透选择性,被誉为下一代气体分离膜材料.综述了聚离子液体膜材料的研究进展,以渗透机制为主线重点介绍了面向碳捕集的阳离子型聚离子液体膜材料(主链型和支链型)的设计合成,包括阳离子和阴离子基团的选择,合成途径的选
天然气是一种高燃烧热值的清洁能源,但开采出来的天然气中含有一定量的酸性气体CO2,会造成热值降低、管道腐蚀等问题,因此在管道运输和使用前需对其进行脱碳处理.分别对低温精馏、溶剂吸收、吸附和膜分离四种脱碳技术进行了介绍,详析了每一种技术的工艺特点和典型工业应用情况,并从原料气进料条件、脱碳效率、能耗及成本等方面进行了分析比较,为不同实际工况脱碳工艺的选择提供指导,具有重要的工程意义.膜分离技术在装置占地面积、能耗及成本等方面具有一定优势,可灵活调变的级数工艺也使其能够实现高CO2脱除率和低烃损失,具有良好的
将酶负载于载体上可以提高工业应用中酶的稳定性并便于重复使用.纳米材料的发展为固定化酶提供了新的契机,利用纳米材料固定化酶有望进一步提高酶在工业环境中的催化性能、拓展固定化酶的应用范围.本文主要关注近年来在纳米结构酶催化剂方面的研究进展,重点介绍本研究组以无机晶体、金属有机骨架材料、石墨烯和功能高分子等为载体进行酶固定化以及酶催化过程多尺度分子模拟方法的研究进展,讨论了纳米结构酶催化剂的发展前景.
氢能具有燃烧值高、零碳排放等优势,发展氢能技术是实现“碳达峰、碳中和”战略的重要举措.当前,基于天然气和石油路线的制氢均存在将氢气从甲烷等烃分子中分离的过程.氢气/甲烷分离主要有变压吸附法、深冷精馏法以及膜分离法.分子筛膜具有精准分子筛分、高分离性能和稳定性好等优势,是低能耗分离氢气/甲烷最具发展潜力的膜材料.面向氢气/甲烷分离的应用需求,阐述了沸石分子筛膜和MOFs分子筛膜微结构调控策略、氢气/甲烷分离性能和构效关系的研究现状,分析了分子筛膜材料在氢气/甲烷分离领域的机遇和挑战.绘制了可与2008年聚合