反应热

西北工业大学机电学院PavelNeuzil教授研究团队与香港科技大学LeventYobas副教授研究团队合作，在面向亚纳升量级流体样品的差式扫描量热分析方面取得重要进展。2022年1月9日至13日，相关成果以“A Sub-nL differential scanning calorimetry chip for liquid crystal phase transition characterization”为题，在微机电系统（MEMS）领域的国际顶级会议暨第35届国际MEMS会议上做大会报告，并获得本次大会的最佳论文奖，这也是中国大陆第4篇在该会议获奖的论文。论文的第一作者为香港科技大学博士生倪晟，通讯作者为PavelNeuzil教授和LeventYobas副教授。图1西北工业大学与香港科技大学合作设计制作的微流控量热芯片和芯片微通道扫描电镜图差示扫描量热法（DSC）是一种能够测定多种热力学和动力学参数的热分析方法，广泛应用在对材料的热物性分析、生化反应的热焓测定等多个研究领域。量热法是近年来研究生物分子热力学特性的重要方法，增强了我们对这些分子结构和热动力学特性的理解。但是，生物样品通常大小有限，并且过程中产热量很少，无法用商业DSC系统直接分析。基于微机电系统（MEMS）的DSC芯片可以解决这些问题，具有更高的灵敏度、更短的响应时间和更少的样品消耗。然而，现有的DSC芯片由于响应时间长而在快速温度扫描阶段出现热谱图失真的问题。因此，如何开发基于DSC芯片的超快速高分辨热分析系统是本领域急需解决的重要问题之一。研究团队通过MEMS工艺实现了一体式氮化硅微流控通道的悬空制作，加工出最大深度不超过10 µm和总容积约270pL的半椭圆形通道，实现了2.3 µJ/K的低系统热容，从而最大限度地减少了DSC系统的响应时间，增加了超快速热谱图中相变温度的准确性。随后搭建了低真空恒温测试平台，并通过液晶相变的表征实验完成了对芯片性能的测试，解决了DSC测量中的失真问题和实现了快速DSC测试。这是第一款能够以皮升体积容量测量液体样品的DSC芯片，达到了6.29 nW的热流分辨率，是目前DSC系统中分辨率最高的。此次大会展示的DSC系统具有的超高分辨率和快速热响应，为微量生化反应的热分析提供了工具，在样品热分析、热谱图表征和生物热力学等方面具有广阔的应用场景。该论文工作中，我校PavelNeuzil教授指导博士生朱含亮主要完成芯片设计和理论计算的工作，并为后期的测试提供技术支持；香港科技大学LeventYobas副教授及其博士生倪晟主要完成芯片的微加工工艺和DSC平台搭建，并设计完成了验证试验。图2芯片封装以及用于测试的恒温真空腔室（左图）芯片系统与传统的DSC仪器在快速扫描时的温度偏差（右图）PavelNeuzil教授是微机电系统及纳米技术和微流控芯片等领域的国际专家，于2015年10月作为国家特聘专家全职受聘于西北工业大学机电学院微系统工程系。与机电学院常洪龙教授共同筹建“微纳流控技术人才特区”实验室，并针对数字PCR芯片、壁虎仿生纳米结构以及活体细胞温度实时监测等前沿课题进行科学研究，在Nature Reviews Drug discovery，Nature Medicine，Nucleic Acids Research，Angewandte Chemie，Nano Letters，Analytical Chemistry，Lab on a Chip等期刊发表第一、通讯作者论文110余篇，相关论文他引6400余次。西工大就职期间，PavelNeuzil教授主持科技部国际合作重点科研项目1项、国家自然科学基金科研项目1项，在科研教学、人才培养、国际交流合作等多方面取得了显著的成果，长期推动我校的对外交流与合作，提高了西北工业大学的知名度和影响力。

RC HP-1000A自动反应量热仪是以立升规模模拟化学反应的具体过程、测量和控制重要工艺变量的专业测试仪器。仰仪科技深谙专业客户需求，全面搜集各行业用户实际试用建议，以“高效、安全”为核心设计理念，历时多年精心研发而成。该仪器是一种实验室条件下的自动化反应量热仪，可模拟工厂间歇或半间歇反应的真实情况，广泛应用于精细化工、制药及第三方安全评估等领域的反应工艺设计、工艺优化与放大、过程安全评估等。产品特点1) 具有热流、功率补偿、回流等三种量热方法，用户可根据需求选择2) 支持等温、恒温、扫描等多种运行模式3)可选配玻璃常压反应釜、玻璃中压反应釜、金属高压反应釜4) 大功率加热、制冷单元，控温响应速度快，放热测量精度高5) 自动加料控制，可通过质量或体积计量6)可精确测量并获取反应热流、反应焓、转换率、样品比热容、绝热温升、失控体系能够达到的最大温度等工艺安全相关数据7) 中文软件平台可灵活编制实验流程，实时监控反应过程关键数据，并可在线修改实验流程和参数8) 实时显示釜内温度、夹套温度、加料质量等试验状态9) 关键参数、状态安全阈值可设置，反应失控时“一键”快速冷却，异常状态报警及自动停机，有效保证安全10) 自动生成并保存图表、数据，导出实验分析报告技术规格量热方法热流法、功率补偿法（选配）、回流法（选配）温度控制油浴温度范围-45℃～250℃控制方式等温、恒温、扫描温度分辨力1.0mK控温精密度±0.1K硅油循环速度35L/min～76L/min功率控制电压范围0～50VDC最大电流3.0A，可选配4.0A加热器最大功率120W常压玻璃反应釜（选配）反应釜体积1000mL，其它体积可定制工作压力大气压温度范围-25℃～200℃反应釜材质玻璃中压玻璃反应釜（选配）反应釜体积1000mL，其它体积可定制工作压力0.6MPa或1.2MPa温度范围-25℃～200℃反应釜体材质玻璃反应釜盖材质316L不锈钢或哈氏合金高压金属反应釜（选配）反应釜体积1000mL，其它体积可定制工作压力10MPa温度范围-25℃～200℃反应釜材质316L不锈钢或哈氏合金搅拌器最大转速2000r/min，可选配3000r/min最大扭矩75Ncm，可选配300Ncm搅拌桨形式锚式或桨式搅拌桨材质PTFE、316L或哈氏合金进样系统进样通道1路液体进样、1路固体进样口、1路气体进样口；进样可扩展至4路精密天平量程3100g，精度0.01g进样泵电磁隔膜泵，最大流量2L/h其它参数电源3*400V/50Hz(±10%)/20A功率7000VA测试区尺寸1200mm*600mm*1850mm油浴尺寸600mm*700mm*1300mm油浴重量210kg整机重量300kg创新点：1. 更先进：基于相转换检测的低温流动性测定仪； 2. 更精确：激光和阵列式光电传感器实现相变精确检测； 3. 更高效：独有的半导体控温技术，低温发生更低、更快。

近日，仰仪科技推出两款新品——全自动连续流动反应量热仪和原位红外光谱分析仪。让我们一起来了解这两款仪器的特点吧！全自动连续流动反应量热仪 RC CF-200A该产品是一款自动化程度高、可定制能力强的连续流动反应热分析与量热平台，平台具备自动进样、前置预热、自动脱气、流量控制、强化混合、精确控温、多点测温等功能，能够精确控制连续化反应条件，并实时监测各点温度变化。能够结合热分析理论，分析计算连续流反应器内的反应放热总量、热流分布、峰值温度、温度梯度等结果，可广泛应用于连续化反应的热力学和动力学参数分析、热风险评估和工艺优化等研究。产品特点1）使用系数标定法、流量调节法量热，快速获取反应放热与热流分布，计算峰值温度与温度分布；2）全自动连续化反应工艺操作，可实现自动进样、前置预热、自动脱气、流量控制、强化混合、精确控温、多点测温等功能；3）高性能程控循环水浴，可设定并自动完成预热与反应环境控温；4）安全高效，系统可实现无人运行，自动完成数据记录和分析；5）反应器可更换或加装数量，依照实际需要选择不同材质的反应器；6）支持依据不同反应类型进行实验方案设计，对反应器结构、管路长度与直径、测温位置进行调整，对油浴、混合器、进料泵等各零部件的定制，满足个性化实验需求。技术规格进样流量范围（0.01~50）mL/min进样通道数2（可扩展）进样流量精度＜±0.5%进样流量分辨率0.01 mL/min进样压力脉动0.05MPa夹套控温范围（0~85）℃夹套控温精度±0.05℃管路使用温度范围（-180~260）℃温度传感器测温范围（-50~200）℃测温点数量反应管路：6个，预热管路：1个，夹套温度：1个。可根据实验情况灵活增减原位红外光谱分析仪 IR 360A该产品是一款实时分析反应变化过程的原位中红外光谱系统，可在反应容器中监测原料、产物、中间体的过程特征，帮助实验人员精准获取反应组分浓度、反应速率、杂质形成等关键参数，深入研究反应机理。其具备高分辨率、高信噪比、高稳定性、超快速扫描、波长范围宽等优势，软件支持基线校准、数据可视化处理、自动化动力学分析等，广泛应用于精细化工、制药、材料、石油、食品等领域。参考标准GB/T 21186-2007 傅立叶变换红外光谱仪JJG 001-1996 傅里叶变换红外光谱仪计量检定规程JJF 1319-2011 傅立叶变换红外光谱仪校准规范产品特点1）在间歇、半间歇、连续流工艺中实现长时间原位分析，且不干扰反应进程；2）高性能MCT探测器，具备高灵敏度、高稳定度、高速扫描的能力；3）强大的光谱分析软件系统，支持基线校准、谱图处理、自动化动力学分析等，帮助实验人员建立定性、定量的光谱分析模型；4）ATR钻石探头能承受较为宽广的pH值、温度及压力范围，在多相混合体系中实现无盲区测量，适应各种反应环境；5）工业级紧凑设计，抗振动、抗冲击、抗电磁干扰，占地面积小，使用寿命长。技术规格主机分辨率2cm-1、4cm-1、8cm-1波数范围(5000~834)cm-1探测器探测器类型：探测器型光伏MCT（汞-镉-碲化物）冷却方式：内置TEC控制器工作温度(10~40)℃电源(100~240)V交流电，50/60Hz，1.5A（最大值）湿度＜60%尺寸基本单元：189mm×285mm×127mmATR探头晶体材料钻石棱镜光谱范围(3~17)μm光纤类型AgHal-Broad温度范围(-30~130)℃最大耐压100bar探头长度1.6m轴长度280mm轴直径6mm轴材料哈氏合金C22保护管材料不锈钢V2A制成的扁平钢丝螺旋结构，用玻璃纤维编制包裹，外套：硅橡胶软件定量模型纯物质模型、单变量模型、多变量模型成分分析曲线分解，获取未知体系主要成分变化趋势自动寻峰全光谱范围特征峰自动识别数据联用在线光谱数据与反应器量热数据协同分析关于仰仪科技杭州仰仪科技有限公司于2006年成立，是新能源与化工领域测试仪器设备、解决方案的专业开发者。自成立以来，仰仪科技坚持以技术为核心，不断提升自主创新能力。公司现拥有一支由博士、硕士等专业技术人才组成的高精尖研发团队，已获得国家发明、实用新型近40项，外观和软件著作权10余项，2013年被选为化工产品安全测试技术与仪器浙江省工程实验室联合建设单位。目前，公司产品线主要有热分析与量热、理化参数测试、粉尘爆炸测试和化学品物理危险测试等，产品综合性能达到水平，拥有良好的用户体验和性价比；在应急管理、货物运输、海关监管、市场监管、环境保护、高等院校、大型企业及第三方检测等机构具有广泛应用且口碑良好。

研究背景硝氧乙基硝胺族化合物(NENAs)兼有硝胺和硝酸酯的双重结构，是一类含能化合物。该类化合物具有良好的热化学特性,对硝化棉(NC)有优良的增塑能力，目前比较热门的是将其应用于发展高能和低易损性危化物。NENA的合成具有以下特点：NENA的合成反应放热量巨大，属于高风险硝化反应，间歇釜式工艺如下图1；该反应在反应釜中甚至可以看到有火花产生；由于釜式设备散热的局限性，该反应目前只能选用比较小的反应釜来进行，放大量产有很大的挑战；而连续流微通道反应器具有持液量小、高效传质、传热，是应对这类反应的有效方案。美国NALAS工程服务公司是康宁反应器认证实验室，该实验室具有较强的反应过程安全风险分析和危险化合物工艺开发的能力。今天我们就来看看Nalas的化学家，是如何对NENA合成这一类高危工艺进行安全风险评估和本质安全工艺开发的。图1.NENAs的釜式合成反应热研究：研究者首先对该反应做了反应热的研究（如下图2）经过RC1反应量热仪的研究可以看到，该反应的放热量大于500KJ/KG，绝热温升200°C以上。该反应是一个5+级风险反应，在反应釜中有明显的火花。在使用康宁G1反应器的初步实验时，同样也看到了火花（右下图）。这说明如果直接使用微通道反应器仍然存在安全风险，所以必须要对反应过程进行分析和优化！图2. 对第一步反应放热研究反应物反应过程分析为了更好的探索反应过程，研究者应用Flow NMR和Raman Spectroscopy – ConcIRT（原位拉曼光谱）（连续核磁）监测胺盐和硝酸酯的盐及整个反应体系的变化。经过研究发现，反应中间产物为两种物质：硝酸酯和硝胺盐，后者的放热相对较低。整个反应体系到了2000秒后反应趋于平稳，加入硝酸后也基本不再反应，此时反应并未完全。通过分析发现，反应混合液中的水能够抑制硝酸酯的产生。所以，可以通过后期在反应体系中加入醋酐脱除过程中的水使反应完全。图3.胺盐和硝酸酯的盐及整个反应体系的变化连续流工艺开发连续流工艺研究：1. 滴加底物到稀硝酸中避免第一步硝酸酯产生：避免局部放热、闪爆2. 第二步再加醋酐（脱水）形成硝酸酯3. 继续第二步生成目标产物针对连续化工艺条件的确立，经过量热仪的测试采用稀硝酸控制第一步水的含量，可以减少40%的热量.最终采用“双温区、稀硝酸、底物分步加料”，实现了微通道反应器上的连续稳定操作。图4：应用康宁反应器合成含能材料硝氧乙基硝胺族化合物结果与讨论01该反应的实现很重要的一点是对整个反应过程机理的充分研究和理解。对反应过程的研究需要关注:观察反应现象，康宁G1玻璃反应器独特的材质和设计使整个反应过程都可以用人眼观测到；连续化、实时分析：应用在线分析手段（在线核磁、反应热分析仪器、在线红外、在线拉曼光谱等）对反应整个反应过程进行实时连续化的监测与分析；弱化反应条件，用稀硝酸代替浓硝酸消除热点，根据过程分析，用醋酐调节反应体系的水分，有针对性地优化反应，保证整个工艺的安全性。02康宁反应器技术开放的系统可以与多项在线分析技术联用实现速度与精准的结合；该项目目前应用的是康宁G1反应器，康宁反应器无缝放大的技术优势为后续实现更大量产的工业化生产提供了技术可能。参考文献：D. am Ende, J Salan, M. Jorgensen, A. Pearsall Presented at AIChE National Meeting， Orlando，FL， Nov 13，2019

个前言在化学合成中，每一步反应都有其独特性。对应于其独特性，化学化工研究者需要寻找合适的反应器来研究其工艺参数，实现放大生产。今天给大家介绍一篇多步反应全连续的文章。作者应用微反应器、固定床反应器以及釜式反应器杂化，实现硝化、加氢、环化、还原全连续操作，实现了Afizagabar (S44819)关键中间体的连续生产。研究背景Afizagabar (S44819) 是一种首创的、有竞争性和选择性的 α5-GABAAR 拮抗剂。由于临床研究需要相对较高的剂量，在产品的开发阶段需要生产约150kg的Afizagabar。然而，在釜式工艺放大的过程中，特别是在硝化和氢化的步骤中，安全及放大问题阻碍了产品生产的进程。图1. Afizagabar方程式研究过程Afizagabar(S44819)的合成，涉及了两个关键中间体INT15和INT23 ，如图2所示，两者经过一系列反应最终合成产品S44819。图2. Afizagabar(S44819)合成路线INT15的合成过程：原料STM1先硝化后得到中间体11，中间体11经过Dakin−West反应、还原得到中间体13，中间体13关环、再经过硼氢化钠还原得到关键中间体INT15。本文主要介绍INT15的多步串联合成研究过程。一. 硝化工艺过程研究1. 釜式硝化工艺研究合成INT15的第一步硝化，釜式工艺是以硝酸-硫酸混酸为硝化剂，反应时间50−90分钟。但当温度升高，会生成危险的二硝基衍生物而安全风险大。硝化反应放热量大，步骤本身的反应热存在安全风险。而且后续步骤的反应热也存在安全风险。从DSC数据可知(图3)，中间体11和中间体12的分解能量非常的高， (ΔHINT11 = −745 J/g, onset: 205 °C ΔHINT12 = −1394 J/g, onset: 187 °C)，如果发生分解那么后果将会变得非常严重。图3. 中间体11和中间体12的DSC谱图2. 微反应连续硝化工艺研究作者对传统的硝化工艺进行了重新设计，使用微反应器代替间歇釜来实现硝化过程。图4.连续流硝化反应作者选用硝酸（HNO3）和冰醋酸（AcOH）作为硝化剂，对连续反应条件做了优化。通过实验得到硝化步骤的操作参数范围为：温度为35~45℃，停留时间30S，流速范围为1-6mL/min，反应转化率接近100%。该连续流工艺与传统釜式工艺相比：连续流微反应反应时间大大缩短（由釜式50−90分钟缩短到30秒）；连续流无低温操作，节省能耗（微反应可以在35~45℃下进行，釜式在-65°C下进行）；反应可控性好，易于放大；消除了二硝的产生，生产的安全性大大提升。二. 固定床加氢过程研究图5. 氢化步骤反应方程式针对INT12加氢的过程，作者采用了固定床工艺。作者选用Pd/Al2O3做为催化剂，在固定化床式加氢反应器中进行反应，通过加入HCL将INT13分批成盐的方式解决其不稳定的问题。并且，作者打通了微反应器硝化和固定床反应器氢化的两步连续过程。同时，为了减少单元操作和溶剂置换工序，作者对氢化、关环以及还原步骤的溶剂进行了优化。表1.不同溶剂对氢化和环化反应的影响研究发现，使用四氢呋喃/二氯甲烷/乙腈体系不仅有很高的氢化以及环化的转化率，而且可以将硝化、氢化、环合以及还原工序串联，实现连续化生产。多步反应全连续，溶剂的选择往往是成败的关键。三. 多步串联合成中间体INT15图6. 连续串联合成中间体INT5工艺流程图作者选用微通道反应器、固定化床加氢反应器、釜式反应器杂化的方式，经过溶剂筛选、工艺条件优化，将硝化、氢化、环化、还原反应步骤串联，中间不经过分离，实现了多步反应的全连续（图6）。多步全连续工艺不仅可以减少操作步骤，而且生产效率大幅度提高。串联后，实验室规模稳定运行5小时，并以11.95g/h的通量得到97.1%纯度的INT15。实验小结连续流技术改变了药物研究的时空产率，有了更广的参数窗口。与在线分析仪器的良好的兼容性，可以更好地实现自动化和智能化，有助于提高研发效率和快速转化，从而获得更好的技术优势；微通道连续流技术，由于其较低的持液量、强大的传质和换热能力，对于在传统间歇生产模式下具有安全风险的反应，例如涉及剧毒试剂、不稳定中间体的反应，具有较好的优势；此外，连续流生产是降低API合成工艺放大的有效工具，可以更快地应对市场变化，节省中试放大成本，提升企业的竞争力。参考文献：Org. Process Res. Dev. 2022, 26, 1223−1235编者语康宁反应器模块化的组装方式和开放的接口，非常适合与其他类型的反应器、在线检测设备以及后处理装置联用。康宁反应器无缝放大的技术，可以帮助客户实现更高效的工业化生产，尤其是硝化、加氢、重氮化、卤化等危险反应工艺。在过去的几年中，康宁已实施了多套杂化的多步连续工艺，帮助客户实现了传统间歇反应釜工艺向连续流技术的升级和改造，取得了非常好的社会效应和经济效应。

2017年9月11日至29日，环球分析测试仪器有限公司联合英国Syrris公司在北京、天津、西安、上海、台州、广州成功举办了流动合成技术和全自动反应技术交流会及仪器展示会。 英国Syrris公司是世界领先的仪器制造商，致力于为药厂、科研构、CRO行业、石化等领域设计、开发及销售高品质的自动化仪器。Syrris的产品遍布世界各机地化学企业和科研院所，全球20强制药公司均在其列，这些仪器应用广泛，涉及合成、工艺优化、反应分析、结晶研究、反应量热、放大生产等领域。 交流会内容涉及流动合成、微反应器技术、纳米粒子合成、全自动反应技术、反应量热的理论知识和实践，来自高校、科研院所和企业合成领域的研究人员与Syrris公司技术专家进行了深入的探讨和交流，通过此次交流会和仪器展示会，让大家对最新的反应技术有了更深入的理解，参会者也充分肯定Syrris产品设计的精准，理念的创新。 交流的仪器包括：Asia流动合成系统：快速、清洁、安全地完成化学反应，尤其适合纳米粒子合成：Titan是创新的微通道连续流反应器，可满足流动合成的中试放大：Atlas全自动反应系统、反应量热系统：性能优异，费用低且操作简单。可以使用热流（HFC）和能量补偿（PCC）两种方式计算反应热，快速生成热和焓的曲线：Orb Pilot中试级反应釜：

摘要：微反应器是一种有效的工艺开发和强化的工具，但是从实验室工艺开发到放大实际生产仍然存在挑战，因为通道尺寸的改变极大的影响了传质传热过程。本文主要演示了一个放热迈克加成的完整的工艺开发过程，综合考虑了在实验室工艺开发阶段及生产放大过程中的通道尺寸，停留时间分布，反应物混合，反应热移除等关键影响因素。图1 合成3-哌啶丙酸乙酯反的反应原理图 环戊胺和丙烯酸乙酯经迈克加成反应生成3-哌啶丙酸乙酯，反应温度30-70oC，淬灭剂：乙酸的甲醇容液（乙酸体积分数：11% ）。根据微反应器内部反应体积（开始混合处和加入淬灭剂处之间的反应器体积）和反应物流速计算。 图2 用于动力学研究的微反应器设计图（a）和实际管式微反应器图（b） 反应物先通过毛细管柱预热，然后通过混合器混合后再后续的不锈钢螺旋管中进行连续流动反应，反应温度由外部热浴装置控制，最后通过T型混合器加入淬灭剂终止反应，产物收集后自动进行GC分析。表1 不同尺寸通道内径传质效果比较表2 不同尺寸通道内径传热效果比较　　保持反应器MR1和MR2长度相同，泵速基本相同的条件下，增大反应器通道尺寸后，净流速明显下降，MR2（0.008）相比于MR1（0.10 m/s）缩小了约10倍，径向扩散相关系数Re和Dn分别减小了4倍和2倍，轴向扩散相关系是B0变大，表明混合传质效果变差，理想的活塞流混合模式只有径向扩散，没有轴向扩散。在传热方面，大尺寸的微通道反应器MR2的比表面积和传热系数相对于明显变小，散热时间延长了9倍。　　 图3 ESK陶瓷SiC反应器（左）和反应板（右） 为了进一步扩大反应器通道内径进行对比，本文采用了Chemtrix公司的MR260型号的连续流动反应器，该反应器由混合板（含预热， T型混合和2.9mL的反应通道）和两个反应板（反应体积分别为16.8和33.6 mL，通道尺寸2.0×2.0 mm）组成。反应板内部通道90o折行排布（图3 右），极大增强了混合效果。MR260反应板是由3M ESK代加工生产，每个反应板都是陶瓷SiC材质，由换热层和反应层或混合层无压烧结而成，传热性能极好，生产通量最高达36L/h，可用于实际生产。 图4 ESK反应器和微反应器 MR2的产率对比图 通过对比发现，在保证较高的传热传质效率的前提下，4mL ESK流动反应器由于反应体积相对过小，产率较低外，MR2及54mL的ESK流动反应器的产率均达90%。由此证明微通道流动反应器工艺参数可一步放大，直接用于实际生产。 为了便于生产工艺的直接放大，我司还代理了Chemtrix其他型号的微通道反应器（流动反应器）。其中： 图5 Protrix微反应器 图6 Labtrix Start 微反应器 Protrix也是一款无压烧结3M ESK碳硅合金材质的模块化低通量流动合成反应器，可灵活安装1-4块SiC模块，每个模块上均设计两组体积不同的独立的流体通道，用户可根据需要灵活搭配，开发的生产条件可以直接放大到MR260或MR555进行实际生产。　　玻璃材质的微通道反应器（芯片反应器）Labtrix系统，0.2-100 μL/min低通量，保留时间1.2 s-100min，也可用于快速筛选反应，研究反应动力学，教学演示等。尤其在教学演示方面，由于流动合成工艺的日趋成熟和完善，多所世界著名高校陆续将连续流动化学开展为一个单独的学科，如华盛顿大学，普度大学，赫尔大学，四川大学，中山大学等。为了便于教学，Chemtrix公司还专门为Labtrix系列配备了“Micro Reaction Technology on Organic Synthesis”教科书一本，教学方法一套及流动化学计算软件一套。　　更多连续工艺设备及方案问题，请详询深圳市一正科技有限公司官网www.e-zheng.com或info@e-zheng.com参考文献：[1] Sebastian S. etc Kinetic and scale-up investigations of a Michael Addition in microreactors, Org. Process Res. Dev.,2014,18,1535-1544.

微反应这一新工艺发展到今天，已经从单个微反应器加两个泵的简单装置的1.0时代，逐步演变为带有过程监控和简单软件记录的2.0时代，随着微反应器的广泛应用和欧世盛在底层硬件及软件的大量创新性研发，以及物联网、大数据和人工智能的飞跃进步，微反应工艺将彻底进入3.0时代。近几年来，欧世盛公司在几百家制药及精细化工的头部用户应用中，总结大量经验，先从硬件方面解决了不同物料的供液问题及长周期供液的精度问题，还在反应器层面大量验证，开发出一系列适应于不同反应、具有应用成功经验和微反应本身数据验证的均相及非均相成熟微反应器。在此基础之上，为解决单一微反应器占用实验室空间大，更换泵及反应器模块不方便的一些痛点，结合微反应器样品采样、在线检测设备及微反应软件工作站，最终研发成型由各个反应模块自由插拔的微反应器模块化平台，让用户能够针对具体的反应需求，快速选用适合自己需求的微反应器，并且保证每次的实验条件准确无误，具有高重复性。另外，针对微反应器的工艺要求进行了定制化设计，将配套的工艺参数与反应器相匹配。如RTD或分割因子参数，还需要测量单步反应的反应热，这些都是利用微反应器做产品研发必需的基础工作。微反应工艺从1.0的泵+反应器组合、发展到2.0的过程监控及软件记录，进而往3.0的以AI+平台为核心的解决方案出现。这是欧世盛团队在软硬件方面进行了大量创新研发，并结合大批用户使用经验案例，潜心研究反应工艺、不断优化和设计工艺去创新反应器设计，这是突破关键技术瓶颈的革新性方案，是摆脱现有的行业痛点，走向实现数字化、智能化、模块化的规模化应用微反应技术的全新之路。欧世盛公司联合创始人CTO杨国欣将在本期公益大讲堂上就以上这些热点问题逐一展开说明，敬请期待。课程名称微反应工艺3.0解决方案课程时间4月28日 19:30课程目录01新一代DIY微反应合成平台02目前微反应器能解决哪些反应03如何快速完成小试工艺04如何制作适合自己的微反应器课程讲师杨国欣 欧世盛（北京）科技有限公司创始合伙人CTO 讲师简介● 2000年本科毕业于清华大学电子工程系。● 2001年开始从事分析仪器设备研发，期间主要从事光谱、色谱类仪器开发工作。所负责的“PORS-15快速便携式光谱仪”项目，荣获北京市平谷区科学技术进步一等奖。● 2015年开始从事流动化学实验室设备整体解决方案产品开发，经过4年多产品开发，带领团队陆续推出一系列适合于流动化学实验室相关产品，包括全自动加料系统，双注射高压恒流输液泵、全自动背压阀、在线温度控制器、在线温度采集器、在线压力采集器、在线UV-Vis检测器、在线傅里叶红外检测器、在线样品采集器及流动化学系统管理软件等。

药物工艺开发及质量控制会议 公司介绍总部位于美国德克萨斯州休斯顿斯塔福市的OMNICAL公司。专注于化学反应动力学及热分析科学领域的设备研发与制造。是快速反应动力学与热分析及安全工学领域的技术领军企业。OMNICAL差示反应量热仪与全绝热量热仪已成为化学与制药工业催化反应动力学与失控反应动力学及安全工学研究的行业标准。 主推产品OMNICAL的快速反应差示量热及全绝热分析技术飞跃性地推动了催化反应动力学和失控反应动力学的研究与发展，从而响誉于世界各国小分子合成与失控反应动力学领域。其产品范围从多通平行反应微量量热仪到高精度微量量热仪、小型差示反应量热仪、全绝热式差示加速量热仪、全绝热式差示扫描量热仪及压力跟踪差示扫描量热仪，并应用于有机合成、手性催化、动力电池、药品及化学品稳定性、失控反应热动力学、危险化学品加工及贮藏及运输等各个环节，为精细化工及小分子制药行业提供过程反应动力学热力学及安全工学综合解决方案。 合作单位OMNICAL的高端量热分析仪受到全球众多顶尖学府顶级国家实验室一流化学与制药公司青睐，顶级用户包括诺奖得主Sharpless与Noyori教授，麻省理工、哈佛大学、伦敦帝国理工、东京大学、德国普朗克研究院、沈阳化工研究院、中科院有机所、日本原子能研究院、日本国立火灾消防研究所，以及陶氏 、杜邦 、通用三菱住友、辉瑞 、默克、礼莱、诺华、阿斯利康等几乎所有的全球五百强药企化企。产品已覆盖绝大部分发达国家和地区，为用户的合成及失控反应动力学问题提供优质的解决方案，为全球顶尖学府、国家实验室、全球五百强药化学和制药公司提供了强有力的技术支持。

仪器信息网讯 2011年3月25日上午，由中科院计财局条件装备处组办、中科院过程工程研究所承办的“气固反应动力学分析方法与仪器研讨会”在中科院过程工程研究所举行。会议邀请了煤炭、生物质、矿产资源、环境、石由加工、航天材料、多晶硅等涉及气固反应的重要领域的近20名国内专家学者参加，科技部、科学院、北京市科委和过程所的相关领导出席并致词或介绍了有关政策。此次研讨会的目的在于回顾气固反应动力学分析方法与仪器的发展，把握不同领域的需求，分析尚存问题并探讨解决办法，以期形成自主新型的反应动力学分析方法与分析仪，推动学科发展和分析水平升级，填补方法与仪器的空白。 研讨会现场 中科院过程工程研究所所长张锁江研究员 　　中科院过程工程研究所所长张锁江研究员在研讨会前的致词中对各位领导和专家的参会表示感谢和欢迎，并介绍了近年来中科院过程工程研究所在仪器研制、基本建设、人才引进等方面的工作进展。最后，张锁江研究员希望，在座的领导与专家能够对“微型流化床反应动力学分析仪”研制项目以及过程所其它方面的工作提出宝贵的意见。 西安近代化学研究所胡荣祖教授 报告题目：关于气固反应热分析动力学的几个问题 　　研讨会首先由《热分析动力学》著者、原西北大学教授胡荣祖先生，《应用化工动力学》译者、原太原理工大学教授郭汉贤先生作了专题报告。胡荣祖教授介绍了气固反应动力学的反应机理、关键参数以及半导体脉冲补偿式量热测试单元的结构原理，最后，胡荣祖教授重点向大家展示了自己多年的研究成果，如经验级数自催化分解反应动力学参数计算系统、含能材料感度估算系统以及自加速分解温度-热点火速度-绝热至爆时间计算系统等。 太原理工大学煤化工研究所原所长郭汉贤教授(由过程所余剑博士代讲) 报告题目：非催化气固反应动力学分析方法概述 　　郭汉贤教授的报告由中国科学院过程工程研究所的余剑博士代讲，报告对非催化气固反应化工动力学的研究进行了简要分析，指出：研究非催化气固反应动力学，需要有良好的反应设备和科学的数学模型，硬件、软件同时并举才能事半功倍。而动力学的研究具有层次性的特点，故热重装置和流化固定床反应装置缺一不可。 中科院过程工程研究所许光文研究员 报告题目：微型流化床反应分析方法、仪器及典型应用 　　上午，中科院过程工程研究所的许光文研究员还系统汇报了其团队自主研发微型流化床反应分析方法与仪器的过程和已经实现的典型应用。在报告中他介绍到：气固反应分析动力学是化学、化工、能源、材料、环境等众多领域的研发工作的起点，但是，现有的气固反应分析动力学方法几乎均采用非等温加热方法，无法在线供给反应试料，存在着难以测定非稳定物质及快速反应的动力学、受传热及扩散的影响严重等缺点。他团队研发的微型流化床反应动力学分析方法以分析仪(MFBRA：Micro Fluidized Bed Analysis)可克服这些缺陷，提供有效的等温微分反应分析方法和测试工具。 微型流化床反应动力学分析仪(MFBRA) 　　MFBRA首次利用微型流化床作为反应器，构建了气固反应分析方法与分析仪。利用流化床反应器有效抑制了扩散影响，实现了对反应物快速的加热 通过集成微型流化床反应器和脉冲微量反应物进样，实现了流化床中气固反应的等温微分化，形成了定点温度下的气固反应动力学参数的等温微分测试方法与仪器，填补了快速升温条件下等温微分反应测试方法与仪器的空白，可望与热重分析仪器形成互补性科学工具，实现气固反应的等温微分、快速原位(升温)和低扩散影响等技术特点。 　　经过三年多的应用实践，MFBRA分析方法与各部件结构均得到了很大程度的优化，颗粒反应物供给时间0.1s，测量重复性误差3.0%。通过应用于石墨燃烧过程中的等温微分反应特性的分析测试，成功证实了MFBRA的等温微分特性 运用MFBRA首次成功测试了Ca(OH)2捕集CO2的动力学特性，展示了仪器拥有的原位反应特性；该仪器对生物质及煤热解等快速复杂反应显示了很好的适应性，剔提供揭示反应机理的有效基础数据；比较热重测试的CO还原CuO反应特性，MFBRA对该反应显现了明显了低扩散影响。 　　最后，许光文研究员提出了进一步研发基于微型流化床的气固反应分析方法与分析仪的计划：将通过集成质谱等分析仪和提高仪器自控及美观水平，希望MFBRA能成为国际先进水平的我国自主创新仪器，与程序升温脱附(TPD)设备、程序升温还原(TPR)设备、热重分析(TG)设备等并驾齐驱，成为国内外市场中的反应分析高端产品。 北京市科委政策法规处李萍女士 报告题目：北京市支持成果转化及产业化相关政策解读 　　会议也邀请了北京市科委政策法规与体制改革处的李萍女士通过专题报告，系统介绍北京市对科技创新与科技成果产业化的支持政策，重点解读了北京市支持自主创新与成果转化的12个重点政策，并现场回答了与会者问题。 　　基于上午的主题报告，研讨会的下午针对“气固反应动力学分析方法与仪器发展”、“自主分析方法与分析仪器及应用”、“不同行业领域对气固反应分析的需求特性”等主题，与会专家展开了积极的讨论与交流互动，各位专家结合自身的研究工作经历，提炼了各行业中在气固反应分析方面尚存的难题，希望的分析方法与测试工具，对中科院过程工程研究所研发的微型流化床等温微分反应分析方法与分析仪的功能扩展和解决尚存问题积极建言献策。 　　通过总结与会专家的讨论意见，许光文研究员总结了进一步发展等温微分反应分析方法、解决各行业尚存问题或满足各行业特定需求的技术方向。在近四个小时的讨论中，现场气氛十分热烈。 　　相关报道： 　　微型流化床反应动力学分析仪研制成功 　　“微型流化床反应分析方法与分析仪”鉴定会在京召开 　　先进能源关键技术与仪器装备亟需强化——访中科院过程工程研究所许光文研究员

由广州仪科实验室技术有限公司（IKA Works Guangzhou） 举办的“ 2009德国IKA量热仪应用技术研讨会” 于2009年6月3日在上海神旺大酒店顺利举行，会议邀请了来自江浙地区的科研院所、电厂、商检质检、船厂及其它行业的近40位用户。 本次研讨会由我司量热仪德国专家Mr. Linda主讲，内容涉及量热仪的原理及应用、安装调试及日常维护，并就用户实际运用过程中感兴趣或遇到的问题进行了讨论，现场氛围融洽，反应热烈。 德国IKA集团成立于1910年，量热仪是本公司的最主要产品之一，近年来相继推出了C5000，C2000和C200等型号，成为世界上最具活力的分析仪器制造厂家。为加强公司与用户的联系，着眼于把分析仪器及其应用的最新发展动向及时地介绍给各位专家和技术人员，特举办此次分析技术交流会。 会议现场 操作实训 学术专家组

差示扫描量热仪（DSC）是现代材料科学中不可或缺的重要工具。它凭借其独特的测量原理和高精度的数据记录，为科研工作者揭示了材料的热性质秘密。上海和晟 HS-DSC-101 差示扫描量热仪DSC的工作原理基于热量差异测量。在实验中，样品与参比物同时受到相同速率的加热或冷却，由于它们的热性质不同，会产生热量差异。这些差异通过高精度的传感器实时监测，并转化为电信号进行记录，形成DSC曲线。通过分析这些曲线，科研工作者可以获取到关于材料的多种热性质信息，如熔化、结晶、相变等过程的温度和热量变化。DSC的应用范围广泛，涵盖了高分子材料、无机物、有机物、药物等多个领域。在材料研发过程中，DSC可以帮助科研工作者了解材料的热稳定性、纯度、结晶度等关键性质，为材料性能的优化提供重要依据。此外，DSC还可以用于化学反应的研究，测量反应热、反应速率等参数，为化学研究提供有力支持。然而，DSC的使用也需要一定的技术要求和注意事项。样品制备要求高，需要确保样品的均匀性和纯净度。同时，仪器的摆放位置、实验过程中的环境控制等也需要特别注意，以保证测量数据的准确性和可靠性。总之，差示扫描量热仪作为现代材料科学中的关键工具，为科研工作者揭示了材料的热性质秘密，为材料研发和化学研究提供了有力支持。

德国林赛斯，一直专注于在热分析领域的研发和创新，并于2018年推出创新性芯片式微量热仪CHIP DSC 10，并成功入围“2018年度科学仪器优 秀新产品”！ 【独有的芯片式传感器，炉体与传感器高度集成】【测量反应热、转变热、反应速率、结晶速率、样品纯度等】【高分辨率、高稳定性。便携设计，适用现场测试】 全芯片DSC传感器将DSC、炉体、传感器和电子器件的所有基本部件集成于小型化外壳中。芯片布置包括加热器和温度传感器，其在具有金属加热器和温度传感器的化学惰性陶瓷装置中。 此装置具更高的再现性，并有利于微小质量的温度控制，加热速率可高达300℃/min。芯片传感器的集成设计提供了优良的原始数据，这使得能够在没有热流数据的预处理或后处理的情况下进行直接分析。

由寄生反应测量推动的研究突破过去十年中，在电池研究、开发和质量控制领域，已将原位和操作中等温微量热法(IMC)用作评估锂离子电池循环期间热流的主要方法。将电池循环至失效可能需要数月的时间，但新兴的诊断测试能够在几周内预测长期行为。此类新兴诊断方法之一是测量电池在循环过程中的寄生热。Krause等人概述了将寄生热事件与总热量生成进行分离的程序，以对寄生反应进行量化，然后利用寄生反应数据以实现：√ 判断电池质量√ 协助活性材料配方的研发√ 研究添加剂的影响√ 研究固体电解质界面(SEI)的形成和增长√ 协助循环和日历寿命预测模型的制定通过了解寄生反应 加强新电池配方的研发J. Krause等人和Jeff Dahn小组研究了不同石墨以及电极配方对电池性能的影响。他们使用TAM III微量热仪测量寄生能量并将其与活性锂损失或库仑效率相关联的早期创新者，“确认寄生能量的来源是锂化电极和电解质之间发生的反应热。”已经证明，他们的方法对研究新材料组合和预测电池寿命是有效的。先前的工作表明，从石墨锂离子软包电池的电解质中去除碳酸亚乙酯(EC)可延长循环寿命和高压运行寿命。S. L. Glazier 等人通过联用TAM III微热量仪和电池循环器测量在高压运行期间的寄生热流，研究了无EC电解质的性能。该团队测量了寄生反应的时间和电压依赖性，以表征电池中复杂的内部反应。他们发现，不含EC的电解质“在较低电压下产生更高的寄生热流，但在4.3 V以上时的表现优于含EC的电解质。”此外，不含EC的电解质在高压暴露后能够更好地恢复到较低的寄生热流。他们的工作证实，不含EC的电解质可提供出色的高性能操作，进一步的研究可帮助改善电池在低电位下的性能，以获得更成功的电池电解质配方。通过高压热流测量 评估新型电池材料L. Glazier等人还通过测量寄生热流和容量保持率对天然石墨和人造石墨电池进行了比较。事实证明，他们的TAM III微热量仪有助于“了解高压锂离子软包电池中寄生反应的电压和时间依赖性。”他们使用IMC在低电压范围内研究寄生反应，以探测电解质在负电极中的反应，然后在高电压范围内进行测试，以探测氧化的正/负相互作用。结果表明，含足够电解质添加剂负载的天然和人造石墨电极将产生相似量的寄生热，人造石墨产生的热量最少。电解质添加剂负载不足会产生更大的寄生热流，并且在高电压范围内的电化学性能显著恶化。长期循环行为表明，与人造石墨相比，天然石墨电池具有更快的容量衰减速度。该小组提出，在电解质负载不足的情况下，SEI层很薄，无法有效承受锂化过程中天然石墨颗粒的机械膨胀，并且由于新的SEI在暴露表面形成，会导致不可逆膨胀和更大的容量衰减率。通过评估寄生反应 为优化高镍NMC阴极制定基线C. D. Quilty等人在研究富镍锂镍锰钴氧化物(NMC)阴极电池的研究中也评估了新型锂离子电池材料。NMC提供了高能量密度，但受到潜在的容量衰减较高的影响，因此必须谨慎限制其容量。要最大限度地提高NMC电池的寿命和高容量，需要使用一套工具来测量容量衰减机制，包括操作中IMC实验。C. D. Quilty等人使用TAM IV微热量仪实时测量(去)锂化过程中的热量，以全面了解了电池退化过程。他们指出，IMC是一个“强大的非破坏性工具，能够以超高精度捕捉循环电池释放的瞬时热流”，为他们的研究提供了帮助。他们发现，在更高电压下，容量衰减率的增加可能由更大的热能浪费或更低的电化学效率引发。他们的结论为未来的NMC阴极优化设定了基准。评估预锂化 对新型锂离子电池加工技术的影响预锂化是一种新的锂离子电池化成方法，该方法在电池单元运行之前增加活性锂含量。预锂化可补偿形成循环中的锂损失，如果操作正确完成，有望获得高能量密度和更好的循环性能。然而，对预锂化可能产生的负面影响仍处于研究阶段。Linghong Zhang等人使用TAM III微热量仪评估了预锂化过程和相关的寄生反应。第一个循环期间，预锂化电池产生了额外的寄生反应，但在三个循环后，“在预锂化电池和对照电池中观察到类似的来自寄生事件的热信号，表明预锂化的稳定性，以及可能不存在长期的副作用。”该研究首次展示了应用等温微量热法评估预锂化，并提供了有关该程序的有前景的结果。他们得出结论，“操作中等温微量热法是表征锂离子电池预锂化应用的有力工具。”未来的研究可继续优化预锂化，监测预锂化添加剂对大规模安全形成电池的影响尤为重要。研究背后的技术上述研究均使用到TA仪器的TAM系列微量热仪，这是一款先进的分析工具，可在受控温度条件下测量样品的热行为。许多研究将TAM与恒电位仪或电池循环器配对使用，使它们能够测量电池运行期间的热流，以获得可靠的结果。TA仪器全新推出的电池循环微量热仪解决方案专为这一应用而构建。该方案将TAM IV微量热仪与BioLogic VSP-300恒电位仪搭配成一个集成系统，从而形成一个端到端的运行中(in-operando)测量工具，在灵活和直观的系统中实时揭示电池在用户定义的温度和电压曲线下的详细热-电化学特性。现在，各级研究人员和科学家都可以通过无缝系统控制和数据分析来测量操作中的电池热流，从而缩短测试时间、加快决策。电池循环器微型量热仪解决方案包括两个主要系统的无缝软件和硬件集成：TAM IV 微型量热仪——可在受控温度条件下测量样品热行为的最先进的分析工具BioLogic VSP-300 恒电位仪/循环器——用于探测材料电性能的研究级电化学分析工具高级集成√ 仅通过一个软件接口，即可提供无缝系统控制√ 实时汇总数据，无需等待漫长的实验完成即可查看初步结果√ TAM ASSISTANT软件可一键进行数据可视化分析，更快提供结果和新见解卓越生产率√ 可同时循环并测量多个电池单元和外形尺寸的寄生热量√ 无需处理或操纵电线，消除了对专项工程的需求以及与定制OEM产品相关的不安全操作风险灵敏可重复√ 温度范围扩展至4℃-150℃，更好模拟现实世界中的应用√ 无与伦比的自放电测量的灵敏度和温度稳定性

拥有70余年高端热分析制造经验的法国凯璞科技集团，其旗下的塞塔拉姆仪器凭借其独特的三维量热技术在业内斩获众多拥趸。鉴于任何物理、化学反应体系以及新陈代谢过程中均涉及不同级别的热量变化及交换，而法国塞塔拉姆卡尔维式3D微量热仪是准确获捕获体系热量变化的唯1有效手段，他能够揭示反应体系的能量内涵，获得热力学及动力学规律。接下来我们将介绍SETARAM卡尔维式三维（3D）微量热仪的起源、发展，并着重介绍卡尔维量热技术在中国的发展及应用历程，让不同领域的科学工作者能有机会深入了解卡尔维式量热技术的应用优势，从而能够更好的实现量热技术与其他学科的交叉发展。1现代量热技术起源现代量热法发源于法国马赛，量热技术鼻祖之一的Albert TIAN教授曾执教于马赛的一所大学。Albert Tian教授在1920年代初完成的大部分研究工作成为现代量热的基础。1924年，Albert TIAN 在给普罗旺斯大学自然科学专业的学生上课1922年，Tian第1次描述了他的补偿式微热量计，当时他和他的同事柯特用它来研究昆虫的新陈代谢。随后在1924年和1926年，Tian改进了这台基于热电偶的仪器。1948年，Tian的继任者，Edouard CALVET引入了差示设计，以及两个成对的量热元件结构的理论，并将Tian的设备转化为一台真正的实验室仪器。Professor Edouard Calvet(1895-1966)▲ 塞塔拉姆卡尔维式（CALVET）3D传感器1.核技术/军工技术的应用历史/ Nuclear & War Industry上世纪70年代，基于法国政府与中国的良好关系，塞塔拉姆BT2.15微量热仪是最早被引入中国的卡尔维式量热仪，也是历史上最早的进口仪器之一，而核工业及兵器、航天工业则是卡尔维微量热技术率先服务的领域。▲ SETARAM最早进口中国的BT2.15微量热仪彼时高端进口设备的价格对于尚处于艰苦阶段的国内各科研单位而言无疑是一笔“巨款”，而反应热量的测试对于核材料、火炸药、推进剂等含能材料研究更为重要，相关技术发展也是关乎国家安全的重点学科，因此在计划经济体制下，国家统一采购并分领域将量热仪划拨到相关单位，最早的用户有：中国工程物理研究院、中科院兰州化学物理研究所、中科院化学所、中科院青海盐湖所、兵器工业部204所及213所、航天科工46所、42所等科研单位。70年代采购的第1批量热仪最晚使用到21世纪初才退役，有的甚至进行了控制系统及软件的升级，量热仪主机至今仍在发挥余热，为相关科研工作做出了极大贡献，同时国内其他学科也开始熟悉了解卡尔维量热技术，为其日后的广泛使用打开了大门，国内亦出现了逆向工程制品。随着科技发展及新材料的诞生，卡尔维量热技术自身在技术性能、应用功能、数据采集、电子控制等方面也不断升级换代，相关用户单位也随研究需求的变化对已有的量热技术完成更新换代，法国塞塔拉姆仪器公司的各规格的微量热仪也广泛被以上单位使用，如C80 / MS80 / Sensys / C600 / HT1000等。对于核技术及军工技术，卡尔维式量热技术的应用主要包含如下方面：核材料、含能材料、推进剂材料的热稳定性、热安全性的研究；比热容和固体材料导热系数等热物性表征；化学反应热力学、动力学研究；物质晶型转化温度和转化热、溶解热和混合热、生成反应焓的测定；弹道性能及推进剂寿命预测；过程安全评价及工艺探索、改进等。而相关应用同样对其他领域有着重要的借鉴意义，因此在早期用户的带动下，更多跨专业领域客户也开始使用卡尔维式量热仪技术，如下面介绍的过程安全、食品生命科学、催化、能源等领域。2.过程安全应用历史/Process Safety反应动力学及热力学信息均可由高精确度的卡尔维式微反应量热仪获得，从而用于对反应体系的安全性评价。随着国家对安全问题的重视，化工生产过程中的安全评估也得到了越来越多的关注，因此在借鉴前面提到的军工单位在含能材料领域应用经验的基础上，国内众多的安全研究单位也开始引入卡尔维量热技术，如中国石化青岛安工院、国家安监总局北京安全生产科学研究院、北京理工大学、南京理工大学、中化集团沈阳化工研究院等国内知名的安全实验室。安全领域中塞塔拉姆仪器公司的经典型号C80及Sensys Evo量热仪得到了最广泛的应用 :C80微量热仪借助卡尔维式三维量热传感器，保证各种条件下的准确量热，同时可以配置多种样品池，以实现高压、测压、原位混合等功能，配合瑞士AKTS公司的专业动力学软件，将C80的量热结果进行进一步处理，可实现诸多深度安全评估应用：得到动力学基本参数；轻松实现规模放大，模拟绝热及非绝热情况，模拟各种Φ值，即模拟多种包装/储运条件，TMR计算；模拟多种实际温度条件，世界各地，各季节的实时温度变化对于反应进程的影响。C80配合AKTS动力学软件的组合可以看做是热安全研究的力量倍增器，在保证成果高质量的前提下极大提升效率。另外针对评估煤氧化过程中的微弱热量的释放及聚集导致自燃的风险，国内许多煤矿安全实验室也采用C80等微量热仪研究煤自燃的安全问题，如西安科技大学、中国矿业大学等单位。3.生命/食品科学/Life Sciences生命科学及食品研究领域中涉及的物理化学变化所产生的热效应通常比较微弱，因此测试时需要较大的样品量或要求仪器具有较高的灵敏度[4]。另外，相关研究对象的成分及状态通常比较复杂，如固体、液体、胶体等，并且在生产加工过程中，经常需要进行液体或固体等多相混合，这些都是传统DSC难以满足的条件。基于传承数十年的卡尔维式3D量热传感器的独有优势，法国塞塔拉姆仪器的微量热仪已成为生命科学及食品研究领域的理想工具，并得到了广泛的应用。国内诸多高校如北京大学、大连工业大学、西北大学、大连工业大学、西安工程大学、上海交通大学、上海理工大学等食品、化学专业均采购了具有极高灵敏度的Micro DSC系列生物微量热仪并应用多年。4.催化 / Catalysis固体催化剂对气相的吸附一直是异相催化领域的研究重点，而各类吸附仪一直是此类研究中必不可少的基础设备，使用吸附仪可以精确测定样品的吸附量，而吸附过程的另一重要信息，吸附热，则通常需要通过计算得到，通过简介的简化模型计算的吸附热不仅误差难以估量，也无法区分表面吸附过程不同阶段的能量差异，因此其应用非常有限。而卡尔维式3D量热仪使得吸附热的直接测定成为可能，因其具有测量准确、样品适应性强等特点，可以作为吸附热直接测量的可靠工具。如中科院大连化物所催化实验室拥有塞塔拉姆全系列的量热仪设备，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心配备了Sensys Evo-化学吸附仪联用吸附热测量系统。此外量热技术的开放性设计使得其方便与各类化学、物理吸附分析仪同步联用，同时得到吸附热及吸附量数据。量热技术也可与光谱/XRD等技术结合, 为催化研究领域提供了最前沿的技术可能。5.能源电池 / Energy & Battery随着科技发展及全球环境问题日益凸显，新能源、尤其是石油替代能源的发展得到了工业及学术领域的重点关注，而电池、尤其是锂电池正是替代能源中的一颗明星，无论是应用现状及应用前景均处于众多替代能源方案中的前列。电池使用过程中的自放热及失控条件下的电池热安全问题一直是锂电池研究领域中的重要课题， 塞塔拉姆C80/MS80微量热仪凭借灵活开放的样品空间及不受测试条件影响的高超灵敏度及准确性，多种尺寸样品池选择，已经成为电池研究领域的有力工具。6.高压反应体系研究 / High Pressure Reaction储氢材料开发、气体水合物能源开采、二氧化碳捕获等研究热点均需要苛刻高压条件下实现，卡尔维式三微量热仪允许实现max 1000bar的耐压及控压能力，且其采用样品池内控压模式，量热传感器不受高压环境的影响，十分适合超高压下的反应研究。MicroDSC系列高压卡尔维微量热仪已在国内外气体水合物研究领域得到广泛认可，成为本领域研究的标杆型仪器设备之一。中石油/中海油等国内资源开采单位借鉴国外的应用经验引进了数台MicroDSC7高压微量热仪。金属储氢材料吸放氢过程的热力学研究对于储氢的实际应用开发极为重要，通常也只能通过理论计算获得，卡尔维式微量热仪与高压储氢定量吸附分析仪的同步联用为该领域的研究提供了zui新的解决方案。以上我们介绍了部分学科关于卡尔维微量热的应用历史及传承，希望未接触过微量热技术的跨学科研究者们可以通过此文章更好地了解到微量热应用特点及优势，卡尔维量热技术在中国经历50多年的发展，为中我国各领域的科研工作做出了巨大贡献，也成为相关域科研必不可少的重要工具。展望未来，可以预见卡尔维量热技术将被更为广泛的行业所采纳，同时各学科的相互促进也会使得卡尔式3D维量热技术紧跟时代步伐，不断发展进化，与全世界科学家共同面对未来的机遇与挑战。借此文，我们也借机对一直支持与帮助塞塔拉姆量热技术的朋友们表示敬意与感谢。法国塞塔拉姆仪器（SETARAM)

——合臣科技 进口国产 通用实验室仪器设备——英国Radleys公司成立于1966年，拥有超过50年的科学实验用玻璃器皿和实验室仪器研发、制造经验，其客户包括全球蓝筹企业和学术研究机构。Radleys专注于生产化学合成、工艺开发、合成后处理和蒸发实验用的设备，致力于为您提供更安全、更清洁、更环保和更高产率的创新型化学实验设备。第40期研讨会主题：Reactor-Ready 反应釜回顾--安全高效地放大反应加入我们，参加一场内容丰富的网络研讨会，我们将深入研究与之前网络研讨会中的Reactor Ready实验室夹套反应釜相关的关键内容。本次会议由Jenna Spencer Briggs主持，我们的专家团队Steve、Ravi、Ben、Sam和Nilesh将提供见解。本次网络研讨会将重点讨论Reactor Ready实验室夹套反应釜、其优点和实际应用。核心内容包括：实验室夹套反应釜的优点，放大反应时的注意事项，包括温度和搅拌方法，以及不同的釜体类型。我们还将展示釜体更换是多么便捷，从而实现快速放大。您还将熟悉维护Reactor-Ready反应釜系统所需的检查和更换，确保停机时间最小化并防止泄漏。最后，我们将尝试解决使用实验室夹套反应釜时的常见问题，并提供专家建议以减轻您的任何担忧。查看更多研讨会信息，以及预约研讨会时间，请前往“合臣科技（上海）有限公司"“网络研讨会"模块查看。主要讨论目标1. 哪些对于获得良好的结果和可靠、稳定的反应系统很重要的实验室夹套反应釜设计特征2. 维护实验室夹套反应釜的最佳方式3. 放大反应时要考虑的参数适合谁参加？1. 合成化学家2. 放大化学家3. 合同实验室（包括：CRO、CDMO等）和制药研讨会主持人Jenna Spencer-Briggs博士Jenna拥有谢菲尔德大学有机化学博士学位。她在卡迪夫大学教授讲座和实验工作之后加入了Radleys。作为科学内容作家，她利用自己的化学知识来帮助解释我们产品的作用。合臣科技（上海）有限公司是进口、国产通用实验室仪器设备的供应商。主要供应英国Radleys、德国Mbraun（布劳恩）、德国Vacuubrand（普兰德）、德国Huber（富博）、德国Heidolph(海尔道夫)、德国IKA（艾卡）、瑞士Mettler Toledo（梅特勒-托利多）、德国Christ、德国Kruss（克吕士）、美国Waters（沃特世）、美国Unchained Labs（非链）、瑞典Biotage（拜泰齐）、上海一恒（Being）、合臣科技自产、英国Stoli Chem、德国Micro 4 Industries等众多品牌产品，还供应其他优质的国产通用实验室仪器。

p strong 　　仪器信息网讯 /strong 2018年11月27日，由仪器信息网主办的2018第四届“热分析研究方法及技术应用”网络主题研讨会成功召开，会上热分析领域8位邀请专家与网络另一端的近300名在线报名观众进行了一场关于热分析技术的‘热’烈探讨与交流。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/b89dd013-7a8e-4306-bd82-97d6a4dc080e.jpg" title=" 003.jpg" alt=" 003.jpg" / /p p 　　“热分析研究方法及技术应用”网络主题研讨会一年一届，首届于2015年12月开启，研讨会旨在为热分析领域专家学者及一线使用用户提供一个形式更加灵活高效的在线交流与学习平台。 /p p 　　以下为本届网络主题研讨会精彩摘要，以飨读者： /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/e80fe110-aeba-4e7d-90d5-139bb1341086.jpg" title=" 丁老师.png" alt=" 丁老师.png" / /p p 　　基线是热分析技术尤其是热重法、差热分析、差示扫描量热法等的重要问题之一，实验过程中的基线对最终的结果有着决定性的影响，因此在进行热分析曲线解析和实验方案设计时应充分考虑到基线的影响因素。丁延伟在报告中试图从实验时对基线产生影响的多种因素分析在实验过程中得到的不同基线的形状，对于在实验时如何确定合理的实验条件、在曲线解析时如何充分考虑基线对所得到的曲线的影响进行了初步的探讨。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/a0457acf-ab9d-4019-b93e-f87dad31be6a.jpg" title=" 范老师.png" alt=" 范老师.png" / /p p 　　范玲婷在报告中，结合梅特勒Flash DSC的应用案例，分别介绍了热分析测试过程中，冷却速率对多晶型物质结构及对亚稳态混合物的结构形成的影响，升温速率对结构重组和熔融过程的影响。最后介绍了获得更多样品信息的其他方法，包括新的高级多频TMDSC技术等。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/44ac14be-5c4c-454f-adda-f1bfb5e804c7.jpg" title=" 李老师.png" alt=" 李老师.png" / /p p 　　由左旋聚乳酸(Poly(L-lactic acid), PLLA)和右旋聚乳酸(Poly(D-lactic acid)，PDLA)共混所形成的聚乳酸外消旋共混物可生成熔点更高和力学性能更好的立构复合晶(Stereocomplex crystal, SC)，其正成为聚乳酸研究领域的突出热点。Flash DSC是近二十多年发展起来的快速扫描芯片量热技术的商业化进展，其高达240000 ℃/min的降温速率可实现对半晶高分子热历史的精确控制。以聚乳酸外消旋共混物为研究对象，借助于Flash DSC的突出优势，李照磊团队发展了区别于C. Schick和R. Androsch等人新的成核动力学热分析研究方法。此外，结合Flash DSC和显微红外技术，研究了不同温度下外消旋共混物中氢键的形成对SC/HC竞争生长行为的影响。结果表明，聚乳酸外消旋共混物中氢键的形成可能是立构复合晶形成的先决条件。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/24550b4c-3f0e-4f1b-9920-2844a264c864.jpg" title=" 张老师.png" alt=" 张老师.png" / /p p 　　张建军报告中主要介绍了热分析动力学方法的分类及一些热分析动力学处理方法，如：非线性等转化率微分法、 非线性等转化率积分法、改进的非线性等转化率积分法、 Kissinger-迭代法、Ozawa-迭代法、双等双步法等以及这些方法在固相反应体系研究中的应用。指出了现有方法的成功与局限性。并提出了应用热分析动力学方法研究时的一些建议。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/47231592-edc4-41ab-bba0-be65472e21fd.jpg" title=" 苍老师.png" alt=" 苍老师.png" / /p p 　　橡胶制品种类繁多，日常生活和生产中广泛应用，对新型橡胶制品的研究工作一直是企业提升橡胶品质的一项重要工作，苍飞飞采用热分析技术，对橡胶制品成分分析进行定性、定量研究工作，为橡胶制品配方的拟合提供有力的数据依据。并且通过对实例的分析解读，明确对橡胶测试的影响。案例如：不同工艺生产的氟醚橡胶，在聚合物定性中无法区分，但通过差热扫描量热仪，发现两者有本质性的差异，因此继续开展相应的表征工作等。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/8211eb47-dfe2-40ea-95b0-6f81a6f24fcd.jpg" title=" 张武寿老师.png" alt=" 张武寿老师.png" / /p p 　　大体积量热计可测量10 ml至100 L量级体积的样品，可用于二次电池性能表征、核废料无损检测、低能核反应热功率测量、动物新陈代谢直接测量、化工中试反应热测定、煤与原油低温氧化机理研究、大体积样品(如相变建筑材料、蓄热材料、蓄冷材料)的热容量和高温样品的热含量测量等多个领域。报告中，张武寿主要分别介绍如下内容：大体积量热计概述 塞贝克量热计原理 大体积塞贝克量热计特点 卷积降噪技术及其与传统降噪技术的比较 技术展望等。 /p p style=" text-align: center" img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201811/uepic/c2aa42e7-cf3b-4700-a96d-2cdd8209be75.jpg" title=" 李林玲老师.png" alt=" 李林玲老师.png" / /p p 　　近几十年来，随着纳米技术和微电子领域的快速发展，高分子材料受限于纳米尺度下的凝聚态结构和动力学行为引起了学术界的广泛关注。当高分子材料受限于纳米尺度时，其众多的物理性质会表现出较大的本体差异性，比如熔体粘度，玻璃化转变温度，物理老化速率，晶体熔点，结晶度，晶体取向，结晶动力学等。借助由Schick教授课题组发展的超灵敏差分交流芯片(AC-Chip)量热仪，李林玲课题组研究了膜厚从几到几百纳米范围内聚合物超薄膜的玻璃化转变行为，并借助无辐射能量转移荧光光谱(FRET)方法构筑了聚合物超薄膜中分子链结构与动力学之间的关系。除此之外，利用常规量热学和介电谱方法，该团队还系统研究了聚合物在二维纳米孔道中的玻璃化转变和结晶动力学行为，探索了二维纳米受限态下调控聚合物材料凝聚态结构和动力学的方法。 /p p 　　更多信息、在线问题交流及讲座视频点击关注： a href=" https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/thermalanalysis/#a0" target=" _self" style=" color: rgb(0, 176, 240) text-decoration: underline " span style=" color: rgb(0, 176, 240) " “热分析研究方法及技术应用”网络主题研讨会主页 /span /a br/ /p

德国耐驰仪器制造公司近日宣布成功收购美国TIAX LLC公司的加速量热仪（ARC）和自动压力跟踪绝热量热仪（APTAC）业务。ARC和APTAC业务将被并入德国耐驰公司现有的热分析业务，并由耐驰公司位于美国Burlington,MA的分公司负责生产制造。 绝热量热仪在工业安全领域有着至关重要的作用。其小型而高度灵活的特性，特别适合测量放热化学反应的热量和压力特征，帮助工程师、科学家识别潜在的危险并获取过程安全涉及的关键指标信息：如紧急卸压系统、排放处理、过程优化、热稳定性等等。 因此，在化学、医药、能源、政府机构、实验室等领域广泛使用绝热量热仪来研究化学动力学、储存/运输、过程中断、化学工艺设计等问题。绝热反应量热仪也常被用来做事故调查、气囊、充电电池、航天飞机与火箭推动研发工作。 关于德国耐驰仪器制造有限公司 德国耐驰仪器制造有限公司成立于1962年，是世界领先的高性能热分析仪器专业制造商。在五十多年热分析技术研发过程中，耐驰公司积累了丰富的软、硬件设计及应用经验，锐意创新，不断改进和开发新产品，以适应不同用户的需求。其最宽泛的温度测量范围（-260 ℃ ～ 2800 ℃）和卓越的产品品质，使得耐驰热分析仪器在国际热分析市场占据了主导地位。更多信息请访问：www.netzsch.cn。 关于美国TIAX LLC公司 美国TIAX LLC公司是一家技术工艺咨询服务公司，致力于将技术与市场的结合，促进最新技术向应用的转化。公司拥有50多个研发实验室，其ARC与APTAC产品业务一直处于世界领先地位。 更多信息，请访问www.tiaxllc.com。

水热釜滨海正红---水热反应釜是在一定温度、一定压力条件下合成化学物质提供的反应器。也称水热合成反应釜，水热釜。应用于新材料、能源、环境工程等领域的科研实验中，是高校教学、科研单位进行科学研究的常用小型反应器。另外：根据实验具体要求不同，滨海正红还独自研发了耐受更高温，更耐渗透，更抗变形的进口聚四氟乙烯内杯。如北京科技大学、中国石油大学、南京大学等。特点：1、安全。在设计时充分考虑了安全性，由被动控温转为主动控压罐体采用圆形榫槽密封设计，手动螺旋紧固（扳手机械紧固）密封性能好；杯顶有泄气孔，安全系数高即使在温度失控的情况下，只会内杯变形，外罐不会坏2、使用方便：内杯采用U型设计，易于清洗；内壁光滑，不挂水3、反应釜具有编号，不会出现混配，方便试验中样品的区分4、空白值低，提高分析的准确度和精密度，降低了工作强度和对环境的污染。5、使用温度：200℃以下，耐压：≤5Mpa6、密封性能好，缩短实验分析时间7、材质稳定，无黑点黄点开裂等隐蔽缺陷，提高实验的准确性和可重复性8、内杯盖尖底设计，方便实验结束后样品收集9、使用安全，结构合理，操作简单，外形美观10、水热合成反应釜，内杯/外罐可编号，避免混淆方便实验，提高实验准确性，可重复性11、内外罐优选材质，15年的生产经验，200多家用户的认可，品质保证，值得信赖典型用户：南京大学（微结构国家实验室）用于纳米材料合成反应，使用方便，效果好！水热法相关实验如晶体生长、材料制备等，均有相关领域的客户使用我厂反应釜，且得到一致好评，我厂的反应釜设计融合客户的建议与要求，不断改善更新，进而更好的满足客户实验需求。您也可以根据特殊的实验要求定制配套的反应釜！专家们说：高温水热法的优点：粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制，生产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。品名规格（ml）材质工作温度（℃）压力反应釜5PTFE / 不锈钢2005 Mpa10202530506090100200250500 创新点：1、提高分析的准确度和精密度，降低了工作强度和对环境的污染 2、在设计时充分考虑了安全性，由被动控温转为主动控压，罐体采用圆形榫槽密封设计，手动螺旋紧固（扳手机械紧固）密封性能好；杯顶有泄气孔，安全系数高，即使在温度失控的情况下，只会内杯变形，外罐不会坏 3、内杯/外罐可编号，避免混淆方便实验，提高实验准确性，可重复性 化工反应水热合成反应釜水热釜50ml100ml

摘要本期推文，编译了François Bertaux等发表在 Nature Communications期刊上的研究论文《使用 ReacSight 增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制》（Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight），介绍了 ReacSight，一种用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。ReacSight 利用低成本移液机器人进行样品采集、处理和装载，并提供灵活的仪器控制架构。作者展示了 ReacSight 在涉及酵母的三种实验应用中的能力，包括：基因表达的实时光遗传控制；营养缺乏对健康和细胞应激的影响；对双菌株混合群落的组成进行动态控制。引言小规模、低成本的生物反应器正在成为微生物系统和合成生物学研究的有力工具。它们允许在长时间（几天）内严格控制细胞培养参数（例如温度、细胞密度、培养基更新率）。这些独特的特点使研究人员能够进行复杂的实验,并实现实验的高度再现性。例如，当药物选择压力随着耐药性的发展而增加时，抗生素耐药性的表征，细胞间通信合成路径的细胞密度控制表征，以及使用组合敲除文库在动态变化温度下酵母适应度的全基因组表征。原位光密度测量只能提供总生物量浓度及其增长率的信息，而荧光测量的灵敏度低，背景高。通常还必须测量和跟踪培养细胞群体的关键特征，如基因表达水平、细胞应激水平、细胞大小和形态、细胞周期进程、不同基因型或表型的比例。研究人员通常需要手动提取、处理和测量培养样本，以便通过更灵敏和专业的仪器（如细胞仪、显微镜、测序仪）进行检测。手动干预通常繁琐、容易出错，并严重限制了可用的时间分辨率和范围（即夜间无时间点）。它还阻碍了培养条件对此类措施的动态适应。这种反应性实验控制目前正引起系统生物学和合成生物学的兴趣。它既可以用来维持种群的某种状态（外部反馈控制），也可以用来最大化实验的价值（反应性实验设计）。例如，外部反馈控制可用于解开复杂的细胞耦合和信号通路调控，控制微生物群落的组成，或优化工业生物生产。反应性实验设计在长时间不确定实验（如人工进化实验）的背景下特别有用。通过实现实时参数推断和优化实验设计，也有助于加速基于模型的生物系统表征。原则上，商业机器人设备和/或定制硬件可用于将生物反应器阵列连接到敏感的多样本（通常接受 96 孔板作为输入）测量设备。然而，这对设备采购、设备成本和软件集成提出了巨大挑战。当一个功能平台建立起来时，相应硬件和软件的升级和维护也极具挑战性。因此，迄今为止报告的例子很少。例如，只有两个小组展示了细菌或酵母培养物的自动细胞术和反应性光遗传学控制，设置仅限于单个连续培养物或具有有限连续培养能力的多个培养物。一组还展示了自动显微镜和反应性光遗传学控制单个酵母连续培养。ReacSight， 一种通用且灵活的策略，用于增强生物反应器阵列的自动化测量和反应实验控制。ReacSight 非常适合集成开放源代码、开放硬件组件，但也可以容纳封闭源代码、 仅限 GUI 的组件（如细胞仪）。首先，作者使用 ReacSight 组装一个平台，实现基于细胞术的特征描述和平行酵母连续培养的反应性光遗传学控制。重要的是，作者构建了两个版本的平台，要么使用定制的生物反应器阵列，要么使用最新的低成本、开放硬件、商业化的光遗传学 Chi.生物反应器。然后，作者在三个案例研究中证明了它的有用性。首先，作者在不同的生物反应器中用光实现基因表达的并行实时控制。第二，作者利用高度受控和信息丰富的竞争分析，探讨营养缺乏对健康和细胞应激的影响。第三，作者利用平台的养分稀缺性和反应性实验控制能力，实现对两个菌株混合群落的动态控制。最后，为了进一步证明 ReacSight 的通用性，作者使用它来增强具有吸液能力的平板阅读器，并对大肠杆菌临床分离物进行复杂的抗生素处理。结果测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制ReacSight 战略旨在增强用于自动测量和反应实验控制的生物反应器阵列， 以灵活和标准化的方式将硬件和软件元素结合起来（图 1）。吸管机器人用于以通用方式在任何生物反应器阵列和任何基于平板的测量设备之间建立物理连接（图 1a）。生物反应器培养物样本通过连接在机械臂上的泵控取样管线发送至移液机器人（取样）。使用移液机器人的一个主要优点是，在测量（处理）之前，可以在培养样本上自动执行不同的处理步骤。然后，样品由移液机器人转移至测量装置（装载）。当然，这需要测量设备的物理定位，以便当其装载托盘打开时，机器人手臂可以接近设备输入板的孔。部分接近设备输入板通常不是问题，因为机器人可用于在测量之间清洗输入板孔，允许随着时间的推移重复使用相同的孔（清洗）。重要的是，如果不需要反应性实验控制，或者如果不是基于测量，机器人功能也可以用于处理和存储培养样本，以便在实验结束时进行一次性离线测量，从而实现具有灵活时间分辨率和范围的自动测量。ReacSight 还提供了一些软件挑战的解决方案，这些软件挑战应该解决，以解锁多生物反应器的自动测量和反应实验控制（图 1b）。首先，需要对平台的所有仪器（生物反应器、移液机器人、测量设备）进行程序控制。其次，一台计算机应该与所有仪器进行通信，以协调整个实验。ReacSight 将 Python 编程语言的多功能性和强大功能与 Flask web 应用程序框架的通用性和可伸缩性相结合，以应对这两个挑战。事实上，Python 非常适合轻松构建 API 来控制各种仪器：有完善的开源库用于控制微控制器（如 Arduinos），甚至用于基于“点击”的控制 GUI 专用软件驱动缺少 API 的封闭源代码仪器（pyautogui）。重要的是，开源、低成本的吸管机器人 OT-2（Opentrons）附带了本地 Python API。Hamilton 机器人也可以通过 Python API 进行控制。然后，Flask 可用于公开所有仪器 API，以便通过本地网络进行简单访问。然后，从一台计算机协调对多个仪器的控制的任务基本上简化为发送 HTTP 请求的简单任务，例如使用 Python 模块请求。HTTP 请求 还可以使用社区级数字分发平台Discord 实现从实验到远程用户的用户友好通信。这种多功能仪表控制结构是 ReacSight 的关键组件。ReacSight 的另外两个关键组件是（1）通用的面向对象的事件实现（如果发生这种情况，请这样做），以促进反应性实验控制；（2）将所有仪器操作详尽记录到单个日志文件中。ReacSight 软件以及硬件的源文件在 ReacSight-Git 存储库中公开提供。图1 ReacSight：用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。a 在硬件方面，ReacSight 利用吸管机器人（如低成本、开源 Opentrons OT-2）在任何多生物反应器设置（eVOLVER、Chi.Bio、custom……）和任何基于平板的测量设备（平板阅读器、细胞仪、高通量显微镜、pH 计……）的输入之间建立物理链接。如有必要，可使用移液机器人对生物反应器样本进行处理（稀释、固定、提取、纯化……），然后再装入测量装置。如果不需要反应实验控制，处理过的样品也可以存储在机器人平台上进行离线测量（OT-2 温度模块可以帮助保存对温度敏感的样品）。b 在软件方面，ReacSight 通过基于Python 和PythonWeb 应用程序框架 Flask 的多功能仪器控制体系结构实现了全平台集成。ReacSight 软件还提供了一个通用事件系统，以实现反应性实验控制。显示了反应实验控制的简单用例的示例代码。实验控制还可以使用Discord webhooks 将实验状态通知远程用户，并生成详尽的日志文件。曼森自动化高通量发酵实验室曼森机器人自动化技术可根据客户实际需求进行定制化（可实现硬件+软件协同）完成复杂流程自动化。机器人自动化技术与平行反应器组合为生物领域科学研究助力，是实现生物技术biofoundry的重要技术基础；曼森生物致力于满足客户自动化、高通量的需求，推进合成生物技术产品快速产业化。曼森高通量发酵平台曼森实验室自动化系列曼森高通量自动样品检测机器人未完待续文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士

编者按跟踪智慧实验室的理论研究发展状况、产业发展动态、主要设备供应商产品研发动态、国内外智慧实验室建设成果现状等信息内容。本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿。 本期推文， 编 译 了 Franç ois Bertaux 等 发 表 在 Nature Communications 期刊上的研究论文《使用 ReacSight 增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制》（Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight），介绍了 ReacSight，一种用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。ReacSight 利用低成本移液机器人进行样品采集、处理和装载，并提供灵活的仪器控制架构。作者展示了 ReacSight 在涉及酵母的三种实验应用中的能力，包括：基因表达的实时光遗传控制；营养缺乏对健康和细胞应激的影响；对双菌株混合群落的组成进行动态控制。因文章篇幅较长，将分为三期来讲述。感谢关注！目录/CONTENT01/引言02/结果 2.1 测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制 2.2 反应性光遗传控制和酵母连续培养的单细胞解析特性 2.3 使用光实时控制基因表达 2.4 探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响 2.5 ReacSight 是一种通用策略：通过吸液功能增强平板阅读器03/讨论01引言小规模、低成本的生物反应器正在成为微生物系统和合成生物学研究的有力工具。它们允许在长时间（几天）内严格控制细胞培养参数（例如温度、细胞密度、培养基更新率）。这些独特的特点使研究人员能够进行复杂的实验,并实现实验的高度再现性。例如，当药物选择压力随着耐药性的发展而增加时，抗生素耐药性的表征，细胞间通信合成路径的细胞密度控制表征，以及使用组合敲除文库在动态变化温度下酵母适应度的全基因组表征。原位光密度测量只能提供总生物量浓度及其增长率的信息，而荧光测量的灵敏度低，背景高。通常还必须测量和跟踪培养细胞群体的关键特征，如基因表达水平、细胞应激水平、细胞大小和形态、细胞周期进程、不同基因型或表型的比例。研究人员通常需要手动提取、处理和测量培养样本，以便通过更灵敏和专业的仪器（如细胞仪、显微镜、测序仪）进行检测。手动干预通常繁琐、容易出错，并严重限制了可用的时间分辨率和范围（即夜间无时间点）。它还阻碍了培养条件对此类措施的动态适应。这种反应性实验控制目前正引起系统生物学和合成生物学的兴趣。它既可以用来维持种群的某种状态（外部反馈控制），也可以用来最大化实验的价值（反应性实验设计）。例如，外部反馈控制可用于解开复杂的细胞耦合和信号通路调控，控制微生物群落的组成，或优化工业生物生产。反应性实验设计在长时间不确定实验（如人工进化实验）的背景下特别有用。通过实现实时参数推断和优化实验设计，也有助于加速基于模型的生物系统表征。原则上，商业机器人设备和/或定制硬件可用于将生物反应器阵列连接到敏感的多样本（通常接受 96 孔板作为输入）测量设备。然而，这对设备采购、设备成本和软件集成提出了巨大挑战。当一个功能平台建立起来时，相应硬件和软件的升级和维护也极具挑战性。因此，迄今为止报告的例子很少。例如，只有两个小组展示了细菌或酵母培养物的自动细胞术和反应性光遗传学控制，设置仅限于单个连续培养物或具有有限连续培养能力的多个培养物。一组还展示了自动显微镜和反应性光遗传学控制单个酵母连续培养。 ReacSight， 一种通用且灵活的策略，用于增强生物反应器阵列的自动化测量和反应实验控制。ReacSight 非常适合集成开放源代码、开放硬件组件，但也可以容纳封闭源代码、 仅限 GUI 的组件（如细胞仪）。首先，作者使用 ReacSight 组装一个平台，实现基于细胞术的特征描述和平行酵母连续培养的反应性光遗传学控制。重要的是，作者构建了两个版本的平台，要么使用定制的生物反应器阵列，要么使用最新的低成本、开放硬件、商业化的光遗传学 Chi.生物反应器。然后，作者在三个案例研究中证明了它的有用性。首先，作者在不同的生物反应器中用光实现基因表达的并行实时控制。第二，作者利用高度受控和信息丰富的竞争分析，探讨营养缺乏对健康和细胞应激的影响。第三，作者利用平台的养分稀缺性和反应性实验控制能力，实现对两个菌株混合群落的动态控制。最后，为了进一步证明 ReacSight 的通用性，作者使用它来增强具有吸液能力的平板阅读器，并对大肠杆菌临床分离物进行复杂的抗生素处理。02结果2.1 测量自动化、平台软件集成和 ReacSight 的反应性实验控制ReacSight 战略旨在增强用于自动测量和反应实验控制的生物反应器阵列， 以灵活和标准化的方式将硬件和软件元素结合起来（图 1）。吸管机器人用于以通用方式在任何生物反应器阵列和任何基于平板的测量设备之间建立物理连接（图 1a）。生物反应器培养物样本通过连接在机械臂上的泵控取样管线发送至移液机器人（取样）。使用移液机器人的一个主要优点是，在测量（处理）之前，可以在培养样本上自动执行不同的处理步骤。然后，样品由移液机器人转移至测量装置（装载）。当然，这需要测量设备的物理定位，以便当其装载托盘打开时，机器人手臂可以接近设备输入板的孔。部分接近设备输入板通常不是问题，因为机器人可用于在测量之间清洗输入板孔，允许随着时间的推移重复使用相同的孔（清洗）。重要的是，如果不需要反应性实验控制，或者如果不是基于测量，机器人功能也可以用于处理和存储培养样本，以便在实验结束时进行一次性离线测量，从而实现具有灵活时间分辨率和范围的自动测量。ReacSight 还提供了一些软件挑战的解决方案，这些软件挑战应该解决，以解锁多生物反应器的自动测量和反应实验控制（图 1b）。首先，需要对平台的所有仪器（生物反应器、移液机器人、测量设备）进行程序控制。其次，一台计算机应该与所有仪器进行通信，以协调整个实验。ReacSight 将 Python 编程语言的多功能性和强大功能与 Flask web 应用程序框架的通用性和可伸缩性相结合，以应对这两个挑战。事实上，Python 非常适合轻松构建 API 来控制各种仪器：有完善的开源库用于控制微控制器（如 Arduinos），甚至用于基于“点击”的控制 GUI 专用软件驱动缺少 API 的封闭源代码仪器（pyautogui）。重要的是，开源、低成本的吸管机器人 OT-2（Opentrons）附带了本地 Python API。Hamilton 机器人也可以通过 Python API 进行控制。然后，Flask 可用于公开所有仪器 API，以便通过本地网络进行简单访问。然后，从一台计算机协调对多个仪器的控制的任务基本上简化为发送 HTTP 请求的简单任务，例如使用 Python 模块请求。HTTP 请求 还可以使用社区级数字分发平台Discord 实现从实验到远程用户的用户友好通信。这种多功能仪表控制结构是 ReacSight 的关键组件。ReacSight 的另外两个关键组件是（1）通用的面向对象的事件实现（如果发生这种情况，请这样做），以促进反应性实验控制；（2）将所有仪器操作详尽记录到单个日志文件中。ReacSight 软件以及硬件的源文件在 ReacSight-Git 存储库中公开提供。图1 ReacSight：用于自动测量和反应实验控制的增强生物反应器阵列的策略。a 在硬件方面，ReacSight 利用吸管机器人（如低成本、开源 Opentrons OT-2）在任何多生物反应器设置（eVOLVER、Chi.Bio、custom……）和任何基于平板的测量设备（平板阅读器、细胞仪、高通量显微镜、pH 计……）的输入之间建立物理链接。如有必要，可使用移液机器人对生物反应器样本进行处理（稀释、固定、提取、纯化……），然后再装入测量装置。如果不需要反应实验控制，处理过的样品也可以存储在机器人平台上进行离线测量（OT-2 温度模块可以帮助保存对温度敏感的样品）。b 在软件方面，ReacSight 通过基于Python 和PythonWeb 应用程序框架 Flask 的多功能仪器控制体系结构实现了全平台集成。ReacSight 软件还提供了一个通用事件系统，以实现反应性实验控制。显示了反应实验控制的简单用例的示例代码。实验控制还可以使用Discord webhooks 将实验状态通知远程用户，并生成详尽的日志文件。03曼森自动化高通量发酵实验室曼森机器人自动化技术可根据客户实际需求进行定制化（可实现硬件+软件协同）完成复杂流程自动化。机器人自动化技术与平行反应器组合为生物领域科学研究助力，是实现生物技术biofoundry的重要技术基础；曼森生物致力于满足客户自动化、高通量的需求，推进合成生物技术产品快速产业化。曼森高通量发酵平台曼森实验室自动化系列曼森高通量自动样品检测机器人未完待续Mediacenter Editor | 曼森编辑文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑 内容审核：郝玉有博士

本篇承接上文，《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（上）》（点击查看）。2.2反应性光遗传控制和酵母连续培养的单细胞解析特性作者首次应用ReacSight策略的动机是酵母合成生物学应用。在这种情况下，精确控制合成路径并在定义明确的环境条件下测量其输出，并具有足够的时间分辨率和范围是至关重要的。光遗传学为控制合成路径提供了一种极好的方法，生物反应器支持的连续培养是对环境条件进行长时间严格控制的理想方法。为了测量单个细胞的路径输出，细胞术提供了高灵敏度和高通量。因此，借助ReacSight策略，利用台式细胞仪作为测量设备，组装了一个完全自动化的实验平台，实现了对酵母连续培养物的反应性光遗传学控制和单细胞解析表征（图2a）。补充说明2提供了平台硬件和软件的详细信息，此处仅讨论关键要素。八个反应器与移液机器人相连，这意味着每个时间点都会填满一列取样板。虽然机器人可以接触到三列细胞仪输入板，但作者仅使用一列，由机器人进行广泛清洗，以实现小于0.2%的残留，使用免疫磁珠进行验证。通常在机器人平台上安装两个倾翻箱和两个取样板（2×96=192个样本），因此，在没有任何人为干预的情况下，八个反应器中的每一个都有24个时间点。为了实现基于细胞数据的反应性实验控制，作者开发并实施了算法，以在重叠荧光团之间执行自动选通和光谱反褶积（图2b）。作者首先通过对组成性表达来自染色体整合转录单位的各种荧光蛋白的酵母菌株进行长期恒浊培养来验证平台的性能（图2c）。荧光团水平的分布是单峰的，随着时间的推移是稳定的，正如在具有组成型启动子的稳定生长条件下所预期的那样。mNeonGreen和mScarlet-I在单色和三色菌株之间的分布完全重叠。这与从强pTDH3启动子表达一个或三个荧光蛋白对细胞生理学的影响可以忽略不计的假设是一致的，并且三色菌株中转录单位的相对位置（mCerulean第一，mNeonGreen第二，mCarlet-I）对基因表达的影响很小。与单色品系相比，三色品系中测得的mCerulean水平略高（~15%）。这可能是由于反褶积中的残余误差造成的，与自荧光和mNeonGreen相比，mCerulean的亮度较低加剧了这种误差。为了验证平台的光遗传学能力，作者构建了一个基于EL222系统17的光诱导基因表达路径并对其进行了表征（图2d）。正如预期的那样，应用不同的蓝光开-关时间模式导致荧光团水平的动态分布覆盖范围很广，从接近零水平（即几乎无法与自体荧光区分）到超过强组成启动子pTDH3获得的水平。高诱导表达水平的细胞间变异性也很低，变异系数（CV）值与pTDH3启动子相当（0.22vs0.20）。作者组装的第一个平台使用了一个预先存在的定制光生生物反应器阵列。这种设置有几个优点（可靠性、工作容量范围广），但其他实验室无法轻易复制。由于ReacSight架构的模块化，可以通过将这个定制的生物反应器阵列与最近描述的开放硬件、光遗传学就绪的商用Chi.生物反应器（图2a（右图））交换，快速构建具有类似功能的平台的第二个版本。为了验证该平台的另一版本的性能，作者使用图2d中相同的菌株进行了光诱导实验，并获得了各种光诱导曲线的极好的反应器到反应器再现性。图2基于ReacSight的自动化平台组装，实现对酵母连续培养物的反应性光遗传学控制和单细胞解析表征。a平台概述。OpentronsOT-2移液机器人用于将支持光基因的多生物反应器连接到台式细胞仪（GuavaEasyCyte14HT，Luminex）。机器人用于稀释细胞仪输入板中的新鲜培养样本，并在时间点之间清洗。“点击”Python库pyautogui用于创建细胞仪仪器控制API。定制算法是在Python中开发和实现的，用于实时自动选通和去卷积细胞数据。使用定制的生物反应器装置（左图）或Chi生物反应器（右图）组装了两个版本的平台。b选通和反褶积算法说明。例如，显示了重叠荧光团mCerulean和mNeonGreen之间的反褶积。c多代单细胞基因表达分布的稳定性。从pTDH3启动子驱动的转录单位中组成性表达mCerulean、mNeonGreen或mCarlet-I的菌株（“三色”菌株），整合到染色体中，在浊度调节器模式下生长（OD设定值=0.5，上限图），每小时采集一次细胞仪（垂直绿线）。所有时间点的荧光强度分布（通过高斯核密度估计进行平滑）（选通、反褶积和前向散射归一化后，FSC）用不同的颜色阴影绘制在一起（下图）。RPU：相对启动子单位（见方法）。为了简单起见，未显示“三色”的OD数据，与其他类似。d基于EL222系统的光驱动基因表达电路的特性。应用三种不同的开-关蓝光时间剖面图（底部），每45分钟采集一次细胞仪。门控、去卷积、FSC标准化数据的中位数如图所示（顶部）。此图中显示的所有生物反应器实验均在同一天与定制生物反应器平台版本并行进行。源数据作为源数据文件提供。2.3使用光实时控制基因表达为了展示平台的反应性光遗传控制能力，作者开始动态适应光刺激，以便将荧光团水平保持在不同的目标设定点。这种用于体内基因表达调控的电子反馈有助于在存在复杂细胞调控的情况下剖析内源性路径的功能，并有助于将合成系统用于生物技术应用。作者首先构建并验证了光诱导基因表达的简单数学模型（图3a）。将三个模型参数与图2d的表征数据进行联合拟合，得到了良好的定量一致性。考虑到模型假设的简单性，这一点值得注意：光激活下的mRNA生成速率恒定，每mRNA的翻译速率恒定，mRNA（大部分降解，半衰期为20分钟）和蛋白质（大部分稀释，半衰率为1.46小时）的一级衰变。因此，当实验条件得到很好的控制并且数据得到适当的处理时，人们可以希望用一小套简单的过程来定量地解释生物系统的行为。然后，作者将拟合模型合并到模型预测控制算法中（图3b）。该算法与ReacSight事件系统一起，实现了对不同反应器中不同目标的荧光水平的精确实时控制（图3c）。为了进一步证明平台的稳健性和再现性，作者在几个月后进行了另一个单8反应器实验，涉及两个荧光团目标水平的四个重复反应器运行。所有的重复都能很好地跟踪目标，并且控制算法决定的光分布在相同目标的重复之间非常相似，但并不完全相同。作者还研究了之前使用的诱导系统在更长时间尺度上的遗传稳定性。遗传稳定性是工业生物生产的一个重要因素。作者观察到，EL222驱动的mNeonGreen蛋白的诱导可以持续5天以上，并且具有很好的稳定性（图3d顶部）。更进一步，作者测试了同一蛋白的分泌版本是否表现出类似的表达稳定性。作者观察到，诱导约2天后细胞水平显著降低。细胞异质性也增加了（图3d右侧）。为了弥补细胞水平的下降，作者将表达盒整合成多个拷贝（三次，串联染色体插入）。诱导后，获得了非常高的荧光水平（图3d底部）。令人惊讶的是，这些水平比非分泌蛋白高一个数量级，并伴随着强烈的应激，正如未折叠蛋白应激报告所反映的那样（pUPRmScarletI）。诱导后，细胞内蛋白质水平逐渐下降。细胞内蛋白质水平显示出明显的双峰分布，强烈的遗传不稳定性迹象（图3d右侧）。最后，当以最大诱导水平的三分之一诱导时，相同的三重拷贝结构表现出非单调行为：高水平初始反应，随后细胞内水平缓慢下降，如完全诱导的三重结构，随后长期内部高蛋白水平的非预期缓慢恢复（图3d底部）。这种恢复可以通过细胞适应高生产需求来解释，或者更可能的是，通过选择高产亚群来解释，该亚群能够更好地保存HIS3选择标记，即使在完全培养基中也具有轻微的生长优势。这个实验证明了作者的平台能够执行长时间的实验，并以相对较高的时间分辨率提供单小区信息。此外，它促使探索和利用营养素可用性对健康和压力的影响。图3闭环：使用光实时控制基因表达。a光驱动基因表达电路的简单ODE模型拟合到图2d的表征数据。拟合参数为γm=2.09h−1，σ=0.64RPU小时−1，γFP=0.475小时−1km被任意设置为等于γm，以仅允许从蛋白质中值水平识别参数。b实时控制基因表达的策略。每小时进行一次细胞仪采集，在选通、反褶积和FSC归一化后，数据被送入模型预测控制（MPC）算法。该算法使用该模型搜索10个周期为30分钟的工作循环（即5小时的后退地平线）的最佳占空比序列，以跟踪目标水平。c四种不同目标水平的实时控制结果，在不同的生物反应器中并行执行（自定义设置）。左：单个单元格的中位数（控制值）。右：单细胞随时间的分布。请注意，所有绘图都使用线性比例。d表达系统的长期稳定性和蛋白质分泌的影响。表达EL222驱动的mNeonGreen荧光报告子的细胞，无论是否分泌，在浊度调节器中生长5天，每2小时进行一次细胞仪测量。表示整个实验期间的平均表达水平。荧光分布也显示在选定的时间点（诱导后0、6、48和120小时）。细胞也有分泌应激的荧光报告子（pUPRmScarlet-I）。还提供了三个拷贝中整合的mNeonGreen报告蛋白的分泌形式的结果。相关蛋白（mNeonGreen水平）和应激水平（mCarlet-I水平）分布的时间演变如补充图11和12所示。源数据作为源数据文件提供。曼森生物高通量菌株筛选平台技术上海曼森生物科技公司专注于高通量、自动化、智能化实验室技术产品开发，逐步形成了全自动化的高通量菌株筛选平台技术，可根据用户需求定制化高通量全自动菌株筛选平台。每天筛选通量可从几千到10万，是人工通量的几十倍上百；在传统生物技术上，加速工业化菌株的遗传进化，帮助提高底物转化率和产量提升；在合成生物技术上，可为选择的平台化合物表达菌株的遗传稳定性、表观遗传进化提升效率。此外高通量筛选必须有高通量的自动化分析检测技术支撑方能发挥最大价值。曼森高通量自动样品检测机器人文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

本篇承接上文。《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（上）》（点击查看）。《使用ReacSight增强生物反应器阵列以实现自动测量和反应控制（中）》（点击查看）。2.4 探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响荧光蛋白可以作为报告物来评估细胞的表型特征，也可以作为条形码来标记具有特定基因型的菌株。再加上生物反应器阵列的自动细胞仪，这种能力扩展了可能的实验范围：在动态控制环境中的多重菌株特性和竞争（图 4a）。事实上，一些荧光蛋白可用于基因分型，其他可用于表型分型。然后，自动细胞仪（包括原始数据分析）将提供关于不同菌株之间竞争动态和每个菌株的细胞状态分布动态的定量信息。根据实验的目标，这些丰富的信息可以反馈给实验控制，以适应每个反应器的环境参数。作为可以进行此类实验的概念的第一个证明，作者开始探索营养缺乏对健康和细胞压力的影响（图 4b，左上角）。微生物群落中的不同物种根据其代谢多样性或专业性有不同的营养需求，因此它们的适合性不仅取决于外部环境因素，还取决于群落本身通过营养物质消耗、代谢物释放和其他细胞间耦合。与分批竞争分析相反，连续培养允许控制这些因素。例如，在恒浊器培养基中，营养素的可用性取决于营养素供应（即输入介质中的营养素水平）和细胞的营养素消耗（主要取决于 OD 设定值）。作者使用组氨酸营养不良作为营养缺乏的模型：对于 his3 突变细胞，组氨酸是一种必需的营养素。通过将 his3 突变细胞与野生型细胞在不同 OD 设定值和喂养介质中不同组氨酸浓度下进行竞争，可以测量营养缺乏如何影响适应性（图 4b，右上角）。在这两个菌株中使用应激报告子也可以了解营养缺乏情况下适应性和细胞压力之间的关系。作者将重点放在未折叠蛋白反应 （UPR）应激上，以研究营养应激是否会导致其他事先无关的应激类型，这将表明细胞生理学中的全局耦合。组氨酸浓度为 4µM 时，在考虑的 OD 设定值（0.1-0.8）范围内，his3 突变细胞被野生型细胞强烈竞争（图 4b，左下角）。当浓度为 20µM 时，情况不再如此。在这种浓度下，野生型细胞的生长速度优势在 OD 设定值 0.6 以下接近零（剩余组氨酸足以使 his3 突变细胞正常生长），在最大 OD 设定点 0.8 时超过 0.2 h −1（剩余组胺过低，限制了 his3 突变体细胞的生长）。因此，对于这种营养供应水平，细胞的营养消耗水平对 his3 突变细胞的适应性有很大影响。4µM 到 20µM 之间 的这种定性变化与组氨酸的单个高亲和力转运体 HIP1 的 Km 常数报告值 17µM 高度一致。此外，因为组氨酸浓度为 4µM 的野生型和突变型细胞之间的生长速度差异接近甚至超过野生型细胞通常观察到的生长速度（在 0.3 到 0.45 h −1之间， 取决于 OD 设定值），作者得出结论，突变细胞在这些条件下完全生长。UPR 数据显示，在组氨酸浓度为 20µM 的所有 OD 设定点上，突变细胞和野生型细胞之间几乎没有差异，但在组氨酸含量为 4µM 时，突变细胞中的 UPR 反应明显激活 （图 4b，右下角）。因此，看似相似的生长表型（例如 4 和 20µM OD 为 0.8 的突 变细胞）可能对应于不同的生理状态（如不饱和蛋白反应应激水平的差异所揭示的）。此外，为了展示基于菌株丰度数据的环境反应控制，作者着手动态控制两个菌株的比率。控制微生物培养物的组成和异质性有望实现更有效的生物加工策略。作者推断，当两种菌株中的一种对组氨酸具有营养缺陷时，培养物的 OD 可以用作方向盘。事实上，组氨酸生物合成突变生长速率在 20µM 的中等组氨酸浓度下对 OD 的强烈依赖性（图 4b，左下角）意味着可以通过切换恒浊器培养物的 OD 设定值来动态控制其生长速率。此外，如果这种菌株与组氨酸原营养菌菌株共同培养，但以 OD 独立的方式生长较慢，则可以实现两种菌株比率的双向控制（图 4c，左）。作者利用繁重的异源蛋白分泌构建了这种菌株。然后，作者构建了一个简单的模型来预测组氨酸营养不良菌株的（稳态）生长速率差异。将此模型用于模型预测控制和 ReacSight 事件系统，作者可以以完全自动化的方式在平行生物反应器（图 4c，右）中保持两种菌株的不同比率。然而，作者注意到稳态误差的系统存在。这种行为可能是由于慢菌株的生长速度意外恢复所致。由于在特征化实验中未观察到这种行为，作者假设这种差异是由于特征化或对照实验中使用的氨基酸供应混合物的组成不同（除了组氨酸外，Sigma 的组氨酸缺失补充物比 Formedium 的完整补充物更丰富）。图 4 探索和利用适应性、营养缺乏和细胞应激之间的关系。a 由于共培养、自动细胞仪和反应性实验控制，结合单细胞基因分型和表型分型的实验得以实现，以实时适应环境条件。b 左上角：必需营养素的可用性（例如 his3 突变株的组氨酸）取决于环境供应，也取决于通过营养素消耗的细胞密度。营养素供应不足会阻碍生长速度，并可能引发细胞应激。右上角：实验设计。野生型细胞（标记为 mCerulean 组成表达）与 his3 突变细胞共同培养。这两个菌株都含有一个 UPR 应激报告基因 mScarlet-I 的驱动表达。自动细胞仪能够将单个细胞分配 给其基因型，并监测菌株特异性 UPR 激活。这两种菌株相对数量的动态可以 推断突变细胞和野生型细胞在每种情况下的生长速度差异。左下图：两种不同介质组氨酸浓 度下突变细胞适应度缺陷的细胞密度依赖性。虚线表示野生型增长率对 OD 设定值的近似依赖性。右下角：每种情况下的菌株特异性 UPR 激活。c 左：双应变联合体的原理，其组成可以通过 OD 控制来控制。右：实施和演示。异源难折叠蛋白的分泌被用作营养独立的慢生长表型。使用模型预测控制和 ReacSight 事件系统对 OD 设定值进行动态控制，类似于图 3b （参见方法）。在时间 0 时开始蓝光，并在整个实验期间保持亮起，以诱导慢 his+菌株的慢 生长表型。作者注意到系统存在稳态误差，测得的比率低于目标值。在补充注释 3 中，作者 研究了限制控制性能的机制（慢生长表型的不稳定性、菌株识别错误和模型中未考虑的延 迟），还提供了其他控制实验的结果。源数据作为源数据文件提供。2.5 ReacSight是一种通用策略：通过吸液功能增强平板阅读器为了说明 ReacSight 的通用性，将其作为通过连接实验室设备来生长细胞和 /或测量细胞读数以及吸管机器人来创建实验平台的策略，作者将 Tecan 平板阅读器与 Opentrons 吸管机器人连接起来（图 5a）。移液机器人和驱动读板器的计算机通过 Flask 连接。因为无法访问平板阅读器的 API，所以再次使用了基于 pyautogui 的“点击”控制策略。在第一个应用中，作者使用移液机器人在生长条件下长时间保持细菌细胞数量。更具体地说，大肠杆菌临床分离物在两种不同的培养基（M9 葡萄糖加或不加 casamino 酸）中生长，并存在不同浓度的头孢噻肟（CTX），一种β-内酰胺抗生素。由于β-内酰胺酶的表达，所选菌株对头孢噻肟处理具有耐药性。它对 CTX 的最低抑制浓度为 2 mg/L。当细胞群 OD 的中位数达到目标水平时，介质将按照补偿蒸发的策略更新（图 5b，左）。通过所选策略，作者能够在至少 15 代细胞中 保持 OD 中值接近所选目标（0.05 或 0.1）（图 5b 右图）。有趣的是，作者观察到，当用 1 mg/L 头孢噻肟处理时，细胞在葡萄糖+酪氨酸钠中的抵抗力比单独在葡萄糖中更好。这有些令人惊讶，因为β-内酰胺类抗生素通常对快速生长的细胞有更强的影响。在第二个应用中，作者使用该平台测试了在不同细胞密度下应用第二剂量头孢噻肟的效果。这些实验在概念上非常简单，但其结果很难预测。低浓度头孢噻肟抑制参与细胞分裂的 PBP3 蛋白，从而导致细丝形成，而高浓度头孢噻肟则抑制参与细胞壁维持的 PBP1 蛋白，并导致细菌溶解。由于成丝作用，即使没有细胞分裂，种群生物量在延长的时间内也可能继续呈指数增长。此外，死亡细胞释 放的β-内酰胺酶在环境中降解抗生素。这导致了细胞死亡和抗生素降解之间的时间赛跑，丝状物有助于延迟这一赛跑，同时增加生物量（图 5c 左）。因此，在不同细胞密度下应用第二剂量抗生素的实验有可能启发人们理解不同的作用（图 5c 中间）。当以 5 10−4 的光学密度开始时，单次处理的结果与分离物的 MIC 一 致，因为高于 MIC 的处理会导致生长明显停滞，而低于 MIC 的处理不会（图 5c， “培养基处理”）。还可以观察到，在前一种情况下，生长在数小时后恢复，这是酶介导的抗生素耐受的典型行为。这两个观察结果在使用 16 mg/L CTX 进行第二次处理的情况下仍然有效。有趣的是，当处理后生长停止时，OD 大约是处理时 OD 的 25 倍：12 10−3 ,6 10−2 和 12 10−2，处理时分别为 5 10−4 , 2.5 10−3 和 5 10−3。这表明，生长停止前活细胞对抗生素的降解是有限的，因此，生长停止之前只有有限数量的细胞死亡。因此，对抗生素处理的耐受性使细胞在死亡前的生物量增加了近 25 倍，然后由于酶介导的抗生素降解，使细胞在处理中存活下来，远远 超过其 MIC。还可以观察到，当初始处理为 4 mg/L 时，生长停止和再生之间的延迟相对恒定（~5 小时），与添加的抗生素总量无关（4 或 20 mg/L CTX）。这表明，生长停止后抗生素降解非常有效，延迟主要对应于无法检测到的再生所需的时间，此时活细胞的动态被死亡生物的光密度所掩盖。在作者的条件下，当第一次处理有效（4 或 16 mg/L）时，第二次处理似乎几乎没有效果。需要进行深入研究，以更量化的方式调查这些影响。图 5 基于 ReacSight 的自动化平台组装，实现反应控制和低容量细菌培养物的表征。a 平台 概述。Opentrons OT-2 移液机器人用于提高读板器（Spark、Tecan）的容量。机器人用于在预先定义的 OD 处处理平板读取器中的培养物。b 左：大肠杆菌临床分离物可以通过以 OD 控制的方式更新培养基来维持在生长条件下。必须注意补偿延长时间范围内的蒸发。右图：富培养基中的细胞（葡萄糖+casaminoacids vs 单独葡萄糖）生长更快，但抵抗更好的亚 MIC 抗生素处理。左：由于两种效应的结合，细菌种群可能表现出对处理的恢复力。在单细胞水 平上，细胞可能通过丝状化耐受超过其 MIC 的抗生素浓度。基于纤维的耐受性允许在细胞 死亡之前增加生物量。在种群水平上，抗生素被环境中细胞死亡时释放的酶降解。最终结果 取决于细胞死亡和抗生素降解之间的竞争。中间：这两种效应的各自作用可以通过反复抗生 素处理来研究。右图：大肠杆菌临床分离物在初始 OD 为 5 10−4 时用不同浓度的 CTX（图 例）处理，第二次使用 16 mg/L CTX（红色）或单独使用介质（蓝色），使用用户定义的 OD （2.5 10−3 或 5 10−3 ). 由于仪器限制，OD 读数低于 10−3 个可靠性较差。源数据作为源数据文 件提供。03 讨论作者报道了 ReacSight 的开发，这是一种通过自动测量和反应实验控制来增 强多生物反应器设置的策略。ReacSight 通过允许研究人员将低成本开放硬件仪器（如 eVOLVER、Chi.Bio）和多功能、模块化、可编程移液机器人（如 Opentrons OT-2）与敏感但通常昂贵的独立仪器相结合，构建全自动化平台，大大拓宽了可行实验的范围。作者还证明，ReacSight 可用于增强具有吸液能力的平板阅读器。ReacSight 是通用的，易于部署，应该广泛用于微生物系统生物学和合成生物学社区。正如 Wong 及其同事所指出的，将多生物反应器装置连接到细胞仪进行自动测量，可以实现微生物培养物的单细胞分辨特性。事实上，在微生物系统和合成生物学的背景下，自动化细胞术几年前已经被少数实验室证明，但低吞吐量或依赖昂贵的自动化设备可能会阻碍这项技术的广泛采用。来自连续培养物的自动细胞仪与最近开发的光遗传学系统相结合，变得特别强大，能够对细胞过程进行有针对性、快速和成本效益的控制。作者使用 ReacSight 将两种不同的生物反应器设置（预先存在的自定义设置和最近的 Chi.Bio-optogenetic-ready 生物反应器） 与细胞仪连接起来。这证明了 ReacSight 战略的模块化，而使用 Chi Bio 生物反应器的平台版本说明了其他缺乏现有生物反应器设置的实验室如何能够以较小的时间和财务成本（不包括细胞仪的成本，尽管其价格昂贵，但即使在缺乏自动化的情况下也已经在实验室中广泛使用）构建这样的平台。作者通过以全自动方式并在不同的反应器中并行执行（1）光驱动的基因表达实时控制，展示了该平台的关键能力；（2）在严格控制的环境条件下，基于细胞状态的竞争分析；动态 控制两个菌株之间的比值。然而，作者只触及了这些平台提供的巨大潜在应用空间的表面。最近通过核 糖体移码技术证明，菌株条形码可以扩展到 20 株带有两个荧光团的菌株，甚至可以扩展到 100 株带有三个荧光团。这种多路复用能力对于并行描述各种候选路径的输入-输出响应（或菌株背景库中路径行为的依赖性）特别有用（在反应器中 使用不同的光感应）。免疫珠可用于更多样化的基于细胞术的测量（机器人可实 现自动孵化和清洗，例如使用 Opentrons OT-2 磁性模块）。表面显示或 GPCR 信号等技术也可用于设计生物传感器菌株，用单细胞仪测量更多培养物尺寸，无需试剂成本。除了高性能的定量菌株表征外，此类平台还可用于生物技术应用。基于自动细胞仪的人工微生物联合体的组成，以及培养条件的动态控制（如本文所示，使用组氨酸营养不良和 OD），可以大大减少设计稳健共存机制的需要，因此可以使用更大多样性的联合体。未来，希望许多基于 ReacSight 的平台将被组装起来，它们的设计将被广泛的社区共享，以大幅扩展实验能力，从而解决微生物学的基本问题，并释放合成生物学在生物技术应用中的潜力。参考文献：Bertaux, F., Sosa-Carrillo, S., Gross, V. et al. Enhancing bioreactor arrays for automated measurements and reactive control with ReacSight. Nat Commun 13, 3363 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31033-9 文章来源：本文由中科院上海生命科学信息中心与曼森生物合作供稿排版校对：刘娟娟编辑内容审核：郝玉有博士

SABRe连续流反应器 英国Stoli Chem 英国Stoli Chem公司推出了新款SABRe连续流反应器，可用于液体、气体和固体的连续化反应，广泛应用于例如香料、食品补充剂、化妆品和药物中间体等领域。我司合臣科技（上海）有限公司作为英国Stoli Chem公司在中国区的授权代理商，将在国内同步进行新品发布活动。 英国Stoli Chem公司起源于英国华威大学，秉持着提高化学品制造的生产力并降低对环境的影响的理念，Stoli Chem公司设计和制造的连续流动工艺及其产品显着降低精细和特种化学品的制造材料、能源和劳动力成本。 SABRe连续流反应器的命名源于Scalable Agitated Baffle Reactor，是一种可放大的搅拌挡板反应器，可进行连续搅拌(CSTR)。 SABRe 结合了序批式反应器和连续流反应器的优点： 序批式反应器的灵活性： SABRe 可适用于多种应用，可进行放大 连续流反应器的高性能： SABRe 传热和传质效率类似管式和芯片反应器SABRe 具有更高的产品品质，开发速度更快，产量更高。 通过可拆卸式插件，单一反应器即可实现： 多种反应体积 多种形状的搅拌叶轮 多个进料口/出料口 多种不同数量的反应腔室 不同形状的挡板 快速放大 即使在长停留时间和放大时，SABRe 也能提供优异的反应控制 搅拌速度和反应流速独立控制，可实现一致、可控和可预测的传质性能 多种夹套选项，可实现高传热效率，以处理危险和放热反应 可拆卸式插件• 便于快速装卸、清洗，符合 FDA 标准可放大式系统• CSTR 系列可进行放大，轻松地将您的工艺从实验室转移到生产• 100ml → 10 L → 100 L分区控温• 提供高效的热传递，精确控制反应温度三个进料口• 1 个主进料口，用于液体进料• 2 个侧进料口，用于将液体或气体直接添加到特定腔室• 测进料口便于进行级联反应可用于液体、气体和固体反应 产品图片 SABRe连续流反应器技术参数

近日，中国科学院工程热物理研究所分布式供能与可在生能源实验室基于化学反应Gibbs自由能函数及㶲方程，首次给出了Gibbs函数的热力学第二定律表述，建立了热流㶲、化学反应Gibbs自由能与反应热㶲的联系。该模型能够充分阐释热化学反应过程㶲的演化规律，帮助理解热化反应㶲与㷻的相互作用。该方程从㶲的角度为引发化学反应的各种情况建立了统一基准，首次揭示了各类化学反应的㶲本质。该研究成果为开展低温、高效的热化学反应提供了思路。相关研究成果发表在Energy(2021, 219: 119531)上。反应需求㶲与压力的关系引发化学反应的方法有很多，如电解反应、热解反应以及光催化等，然而目前国际上没有统一的分析方法能够阐明电解、热解以及光催化等途径的能量本质。其中，国际上通用的化学反应进行方向的判据为Gibbs自由能判据。然而Gibbs自由能判据不能阐明化学反应进行的能量本质，也不能给出非自发反应到自发反应的㶲差距。输入㶲、反应需求㶲与温度的关系工程热物理研究所率先开展了这方面的研究工作，以目前发展潜力较大的热化学循环分解水制氢体系为研究对象，建立了化学反应㶲与品位方程，阐明了反应过程中能质转化与品位变化的本征规律，给出了通过调整反应熵以及外界补偿㶲改善化学反应热力学性能（如降低反应温度）的方法。研究发现化学反应本质上是㶲到的退化过程。当反应焓所携带的㶲大于反应需要的㶲时，化学反应自发进行；反之，为非自发反应。改变反应熵可以降低化学反应的㶲要求，从而在较低的温度下触发化学反应；外界提供的能量同样可以触发反应，但是所提供的能量与其品位以及反应温度有关。吸热反应过程㶲的演化规律研究工作得到了国家自然科学基金优秀青年项目（NO.51722606）、基础科学中心项目（NO.51888103）的支持

p style=" text-indent: 2em " 北京时间5月24日凌晨，北京软物质科学与工程高精尖创新中心、北京化工大学生命学院冯越教授研究组在 strong i Nature /i /strong 在线发表了题为 span style=" color: rgb(79, 129, 189) " i Structural basis of ubiquitin modification by theLegionella effector SdeA /i /span 的研究长文(Article)，报道了 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 嗜肺军团菌内一种新型的泛素修饰与连接酶——SdeA及其与泛素复合物的晶体结构，揭示了其修饰泛素及催化新型泛素化过程的工作机理 /span 。这是北京化工大学历史上首篇发表在 strong i Nature、Science、Cell /i /strong 三大国际顶级学术期刊主刊的研究论文。 /p p style=" text-align: center " img title=" 1.jpg" style=" float: none " src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/dbfb3a2a-d837-40e3-9ed6-2700d7be0684.jpg" / /p p 　　泛素化是泛素在特定酶的作用下，对底物蛋白进行特异性修饰的过程，几乎参与一切生命活动的调控，与肿瘤、心血管等疾病的发病也密切相关【1】。常规的泛素化过程是由E1、E2、E3三个酶的级联反应催化的，最终将泛素蛋白转移到底物的赖氨酸残基上【2】。然而，美国普渡大学罗招庆研究组在2016年的 i strong Nature /strong /i 文章中报道，嗜肺军团菌(嗜肺军团菌是一种条件性致病菌，引起人的以非典型性肺炎为主要症状的军团菌病，该菌通过其Dot/Icm IV型分泌系统输送超过300个效应蛋白到宿主细胞内，改变宿主的多种信号通路以构建其在宿主内的最适生长环境)中以SdeA为代表的SidE家族可以通过一种全新的、完全不同于经典泛素化的方式修饰泛素，并催化其对几种内质网相关蛋白的泛素化过程，实现all-in-one的泛素化模式【3】。紧接着，在2016年底，Ivan Dikic研究组报道了对该反应过程的进一步研究，明确了SdeA的mART和PDE结构域经过两步催化反应最终完成对底物的泛素化过程【4】。在该过程中，泛素第42位的精氨酸先在mART结构域的作用下被修饰成ADP核糖基化泛素。随后，该修饰形式的泛素在PDE结构域的作用下生成磷酸核糖基化泛素，并转移到底物或SdeA自身的丝氨酸残基上。此外，罗招庆实验室的另一项工作证明SidJ具有去泛素化功能以逆转由SidE家族蛋白对底物的修饰，其活性不依赖于活性的半胱氨酸残基【5】。 br/ /p p 　　巧合的是，在Ivan Dikic组Cell文章在线发表的同一天(2016年12月1日)，冯越研究组获得了SdeA核心区231-1190区域的初步结构信息(图1a)，确认了SdeA中mART和PDE组成活性中心，C端结构域形成scaffold的基本结构组成方式(图1b)。通过结构分析和功能实验，冯越研究组发现，与PDE结构域自身即具备催化活性(即可以以ADP核糖基化泛素作为底物催化该新型泛素化反应)不同的是，mART结构域则需要PDE结构域的稳定作用才能维持正常的活性。在维持mART活性的结构要素中，mART结构域一段伸到PDE结构域中的loop(789-797段氨基酸)发挥了重要功能，在该文章中被命名为“Plug” loop。随后，冯越研究组又进一步获得了该区段SdeA与泛素复合物、及与泛素-NADH复合物的晶体结构，从而揭示了泛素与mART结构域的结合模式。 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 在二者结合的过程中，mART结构域的ARTT和PN loop，以及α-helical lobe均发挥了重要作用 /span (图1c)。而泛素分子中参与结合的则主要是其C端区域，尤其是泛素的R72和R74两个氨基酸分别结合到mART结构域表面的两个带负电的凹槽中(图1d)，起到最关键的锚定作用。这两个氨基酸的单突变均可使得泛素失去被SdeA的mART结构域修饰的能力。 /p p style=" text-align: center " img title=" 2.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/ecdeddf9-3bc8-480c-94b1-0a95e6a21c9d.jpg" / /p p style=" text-align: center " 图一& nbsp /p p 　　在SdeA mART和泛素-NADH复合物结构中，最令人吃惊的一点在于，R72要比被修饰的R42更靠近活性中心(作为亲核基团的R42的ε氨基N原子距离作为亲电基团的NAD+中与烟酰胺基团相连的核糖C1原子之间的距离为11.7埃)。从直观上看，这与R42被mART修饰是相矛盾的。经过查阅文献，冯越研究组发现部分mART蛋白的催化机制被认为是SN1反应，即烟酰胺基团会先从NAD+中脱离，使得NAD+转变为活性中间体(oxocarbenium cation intermediate)，之后发生亲核攻击反应。受此启发，冯越研究组将复合物结构中的NADH替换成该活性中间体，并对该体系进行了分子动力学模拟。其结果显示，R72在模拟过程中远离了活性中心，而R42则进入活性中心并占据了之前R72所在的位置，最终使得R42的亲核基团和NAD+的亲电基团之间的平均距离缩短至4.46埃。 br/ /p p 　　文章的最后部分还对SdeA的C端结构域的功能进行了研究，通过体外pull down和凝胶过滤层析实验，冯越研究组证明了SdeA的C端结构域结合IcmS-IcmW蛋白复合物，并且其1191-1350区域可与IcmS-IcmW及DotL的C端形成四元复合物。这表明 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " SdeA的C端结构域可能在SdeA转移到宿主细胞的过程中发挥功能 /span 。 br/ /p p 　　 strong SdeA是目前为止世界上首个鉴定出的新型泛素连接酶，其与泛素复合物结构的解析揭示了一种全新的泛素化结构机理 /strong 。由于哺乳动物也含有类似结构，同时其他细菌可能也具有类似的、尚未发现的泛素化系统，所以在未来，该研究将帮助鉴定出其它新型泛素化系统，从而丰富我们对细胞生命过程的认知 同时，嗜肺军团菌是军团菌肺炎这一潜在致死性肺炎的致病微生物，SdeA的结构解析也为设计针对该家族蛋白的小分子抑制剂，作为治疗军团菌肺炎的潜在抗生素奠定了重要基础。 br/ /p p 　　据悉，北京化工大学硕士研究生 strong 董亚南 /strong 、 strong 穆雅娟 /strong 、 strong 解永超 /strong 及清华大学博士研究生 strong 张玉鹏 /strong 依次为本论文的共同第一作者， strong 冯越 /strong 教授为本文的通讯作者， strong 北京软物质科学与工程高精尖创新中心 /strong 及 strong 北京化工大学 /strong 为第一完成单位。 /p p style=" text-align: center " img title=" 3.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/bd22f066-6d36-42e6-8e93-c7244d62eb5c.jpg" / 　 /p p style=" text-align: center " 冯越教授课题组合影 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 176, 80) " BioArt后记：冯越研究组的这篇文章是与Ivan Dikic研究组和美国康奈尔大学的Yuxin Mao研究组一起以back-to-back的形式共同向Nature投稿的( span style=" color: rgb(127, 127, 127) " 2017年9月24日投稿，2018年3月28日接收 /span )。在这三篇文章中，冯越研究组以mART结构域为主要研究对象，而另外两个研究组的重点则是PDE结构域。在三篇文章投到Nature四个多月后，中科院生物物理所高璞组将SidE家族的另一蛋白SidE的结构功能研究投稿到Cell杂志，该文章也于日前发表( span style=" color: rgb(79, 129, 189) " Cell丨高璞组揭示新型泛素化修饰的作用机制——胡荣贵、王丰点评 /span )。值得一提的是，在这四篇文章中，冯越研究组报道的结构所包含的SidE家族蛋白的长度是最长的，同时该文章也是四篇文章中最早接收的。 /span /p p style=" text-align: center " & nbsp img title=" 4.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/7f148278-a4e4-4914-a656-49f2a40ebdae.jpg" / /p p style=" text-align: center " Nature同期发表的Ivan Dikic研究组和Yuxin Mao研究组的研究论文 /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 冯越教授简介： /span /p p style=" text-align: center " 　　 img title=" 5.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/43fed980-f71b-488b-9b41-08880433a4b5.jpg" / /p p 　　冯越，1985年生，辽宁锦州人，教授、博士生导师。2013年7月博士毕业于清华大学结构生物学中心，经高层次人才引进进入北京化工大学生命科学与技术学院工作，主要以蛋白质结构生物学为手段，对多酶生物分子机器及重大疾病相关蛋白质的结构与功能进行研究。共发表SCI论文23篇，其中第一作者或通讯作者论文11篇，分别发表在Nature (两篇，第一作者和通讯作者各一篇)、Nature Plants (通讯作者)、PNAS (共同第一作者)等国际著名期刊上。作为项目负责人主持国家及省部级项目3项，其中国家自然科学基金青年项目和面上项目各一项，北京市自然科学基金项目一项。 /p p span style=" color: rgb(192, 0, 0) " 参考文献 /span /p p 1. Hershko, A., A. Ciechanover, and A. Varshavsky, Basic Medical Research Award. The ubiquitin system.Nat Med, 2000. 6(10): p. 1073-81. /p p 2. Komander, D. and M. Rape, The ubiquitin code. Annu Rev Biochem, 2012. 81: p. 203-29. /p p 3. Qiu, J., et al., Ubiquitination independent of E1 and E2 enzymes by bacterial effectors. Nature, 2016.533(7601): p. 120-4. /p p 4. Bhogaraju, S., et al., Phosphoribosylation of Ubiquitin Promotes Serine Ubiquitination and Impairs Conventional Ubiquitination. Cell, 2016. 167(6): p. 1636-1649 e13. /p p 5、Qiu, J., Yu, K., Fei, X., Liu, Y., Nakayasu, E. S., Piehowski, P. D., ... & amp Luo, Z. Q. (2017). A unique deubiquitinase that deconjugates phosphoribosyl-linked protein ubiquitination. Cell research, 27(7), 865. /p

——合臣科技 进口国产 通用实验室仪器设备——英国Radleys公司成立于1966年，拥有超过50年的科学实验用玻璃器皿和实验室仪器研发、制造经验，其客户包括全球蓝筹企业和学术研究机构。Radleys专注于生产化学合成、工艺开发、合成后处理和蒸发实验用的设备，致力于为您提供更安全、更清洁、更环保和更高产率的创新型化学实验设备。第44期研讨会主题：Reactor Ready Flex新品上市—— 一款模块化的实验室夹套反应釜在本次网络研讨会中，我们将介绍Reactor Ready Flex反应釜，这是一款模块化的实验室夹套反应釜系统，让用户可以选择适合其预算和应用需求的功能组件。我们将讨论如何使用在线配置器来确认配置方案，以及介绍可用的预配置包。我们还将对系统进行实际演示，展示新的零部件。查看更多研讨会信息，以及预约研讨会时间，请前往“合臣科技（上海）有限公司"“网络研讨会"模块查看。主要讨论目标1. 了解使用在线配置器来确认配置方案2. 介绍可用的预配置包3. 对系统进行实际演示， 展示新的零部件研讨会主持人Ben Jeffery 全球销售经理Ben于2007年加入Radleys，担任技术销售专员。多年来，他先后担任产品管理、英国销售经理和欧洲、俄罗斯和非洲国际区域经理。目前是全球销售经理，负责英国和国际销售团队和业务。Ravi Hosein 产品经理Ravi拥有化学硕士学位，担任有机化学家三年多后加入Radleys。他作为产品经理，负责Reactor Ready 实验室夹套反应釜和AVA实验室控制软件的所有事务。合臣科技（上海）有限公司是进口、国产通用实验室仪器设备的供应商。主要供应英国Radleys、德国Mbraun（布劳恩）、德国Vacuubrand（普兰德）、德国Huber（富博）、德国Heidolph(海尔道夫)、德国IKA（艾卡）、瑞士Mettler Toledo（梅特勒-托利多）、德国Christ、德国Kruss（克吕士）、美国Waters（沃特世）、美国Unchained Labs（非链）、瑞典Biotage（拜泰齐）、上海一恒（Being）、合臣科技自产、英国Stoli Chem、德国Micro 4 Industries等众多品牌产品，还供应其他优质的国产通用实验室仪器。

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　　★量热计可研究不同物质状态，DSC着重非气态物质。 /p p 　　 strong 3. 建议 a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/63.html" target=" _self" DSC /a 与微量热两者结合使用 /strong /p p 　　也就是说，先用DSC获得全程信息，再进一步利用量热计准确实验，获得精确结果，这无疑对研究是有利的。 /p p 　　DSC和量热计结合使用可用于： /p p 　　⑴ 揭示微结构变化 /p p 　　⑵ 物质的吸附量热研究 /p p 　　⑶ 含能材料的热效应测定 /p p 　　以含能材料为例，一般地，高含能材料样品在DSC中的样量不能大于0.75mg，结果是信息不明显 然而增加样量就会发生爆炸! /p p 　　在微热量热计中却可以用于研究物质在动态温度下的热效应。即样品在防爆池中等速升温，测定在整个温度范围中的热效应，实验结果要比差热分析和差示扫描仪器量热精确得多。尤其适合于测定热分解反应诱导期和极缓慢升温速度下的热效应。 /p p 　　总之， a href=" https://www.instrument.com.cn/zc/63.html" target=" _self" DSC /a 能做的事，量热计都可以接手完成得更好。 /p p style=" text-align: center " strong 量热计的应用 /strong /p table border=" 1" cellspacing=" 0" cellpadding=" 0" style=" border-collapse:collapse border:none" align=" center" tbody tr class=" firstRow" td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 1 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 熔化热和熔化温度的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 2 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 晶型转化温度和转化热的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 3 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 溶解热和混合热的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 4 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 化合物生成反应焓的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 5 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 稀释结晶热的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 6 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 比热容的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 7 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 固体材料热导率的测定 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 8 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 火炸药热分解研究 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 9 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 炸药合成工艺的研究 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 10 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 高分子化学及物理上的应用 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 11 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 水解反应 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 12 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 生物化学及农业科学上的应用 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 13 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 反应体系对温度变化的原位动态研究 /span /p /td /tr tr td width=" 29" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:& #39 Times New Roman& #39 ,& #39 serif& #39 " 14 /span /p /td td width=" 234" valign=" top" style=" border: 1px solid rgb(0, 0, 0) padding: 5px " p span style=" font-family:宋体" 物质的吸附量热研究 /span /p /td /tr /tbody /table p 　　 strong 致谢：本文由西北大学教授高胜利所提供相关资料经编辑整理撰写而成，特此致谢！ /strong /p p strong 　　延伸阅读： /strong /p p strong 　　 /strong a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20190517/485442.shtml" target=" _self" strong 高胜利：热分析检测技术与相图构筑 /strong /a /p p strong 　　 /strong a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20190627/487852.shtml" target=" _self" strong DSC数据处理——基线的校正 /strong /a /p p strong 　　 /strong a href=" https://www.instrument.com.cn/news/20190628/487896.shtml" target=" _self" strong 5分钟速览热动力学研究方法 /strong /a /p p br/ /p

当我们提到GABA（γ-氨基丁酸）的时候我们会想到什么？GABA是一种主要的抑制性神经递质，调节神经元间的通讯。在大脑之外，在肠道、脾脏、肝脏和胰腺中也检测到了GABA这种神经递质的存在【1,2】。但是GABA在免疫系统中是否会“跨界”发挥作用还不得而知。2021年11月3日，日本横滨理化研究所Sidonia Fagarasan研究组发文题为B cell-derived GABA elicits IL-10+ macrophages to limit anti-tumour immunity，发现B细胞来源的GABA诱导巨噬细胞从而限制抗肿瘤免疫反应，为免疫系统中除了细胞因子和膜蛋白之外的小分子代谢产物的免疫调节功能提供了新的见解。小分子水溶性代谢产物不仅是细胞内生物化学反应过程的重要中间产物，也是释放到细胞外环境中的“信号分子”，从而影响临近的细胞【3-5】。淋巴细胞受到多种受体和可溶性小分子代谢产物的调节，但是仍然有很多小分子代谢产物的功能尚未被了解清楚。因此，作者们希望能够找出其中发挥关键调节作用的水溶性代谢产物，该代谢产物可能作为环境线索发挥作用从而介导免疫细胞之间的相互作用。为了找出参与免疫系统的小分子水溶性物质，作者们对处于稳态以及激活状态淋巴细胞中进行水溶性代谢产物的分析。这两种淋巴细胞之间有200种左右的代谢产物存在显著的不同。其中主要涉及的代谢特征的不同是丙氨酸、天冬氨酸以及谷氨酸通路的差异，另外嘌呤和嘧啶代谢以及三羧酸环也与免疫激活密切相关。在这些代谢产物中，一个以前被广泛认为在神经系统中发挥作用的因子GABA引起了作者们的兴趣。先前并没有研究表明B细胞能够产生GABA，因此GABA在免疫系统中的作用也很不清楚。首先，作者们确认了免疫系统中的B细胞的确是GABA产生来源，并且通过对GABA合成的关键酶分析发现小鼠和人类B细胞中GAD67（Glutamate decarboxylase 67）而非GAD65的表达水平会上升。该结果说明无论是小鼠还是人类中谷氨酸的代谢的确能够刻画B细胞谱系的变化。那么B细胞中所产生的GABA是如何在免疫系统中发挥作用的呢？为此，作者们采用了MC38结肠癌模型，该模型中B细胞已经被证明通过抗原非特异性机制抑制抗肿瘤T细胞反应【6】。作者们发现B细胞缺乏的小鼠品系中肿瘤的生长比野生型的肿瘤控制的更好。另外，与接受安慰剂的小鼠相比，植入缓释GABA颗粒会导致B细胞去除的小鼠肿瘤生长显著增加。通过加入GABA受体激动剂木防己苦毒素，作者们发现会限制肿瘤的生长并提高肿瘤浸润性CD8+T细胞的细胞毒性活性。因此，作者们发现减少GABA或影响GABA受体信号通路会增强细胞毒性T细胞反应和抗肿瘤免疫，而分泌GABA使宿主对肿瘤生长产生免疫耐受。那么GABA影响免疫功能系统的细胞生物学机制是如何的呢？先前的研究表明肿瘤相关巨噬细胞（Tumour-associated macrophages，TAMs）可以抑制抗肿瘤免疫反应。作者们发现GABA影响巨噬细胞生理的过程，促进向抗炎表型极化的反应。进一步地，作者们想知道GABA如何调节巨噬细胞。研究表明TAMs起源于单核细胞（Monocytes），因此，作者们猜测GABA是通过影响单核细胞向巨噬细胞的分化来调节巨噬细胞的。为了验证这一假设，作者们将GABA加入到培养基中，发现会导致细胞数量增加、细胞存活增加同时也促进抗炎巨噬细胞特征因子FRβ（Folate receptor β）的表达。基因转录本分析也证明细胞周期相关以及叶酸代谢相关的基因出现了明显地上调。因此，作者们确认GABA促进具有抗炎特性的巨噬细胞的分化、扩张和存活。进一步地，为了确认B细胞中GABA的作用，作者们构建了特异性在B细胞中敲除GAD67的小鼠品系，发现条件性失活GAD67后会导致B细胞中GABA含量显著降低，而且发现B细胞产生的GABA会显著限制抗肿瘤T细胞反应。总的来说，该工作发现作为代谢产物以及神经递质的GABA会通过激活的B细胞被合成和分泌出来，作为细胞间相互交流的线索影响机体免疫系统的响应。该工作说明B细胞谱系产生的小分子代谢产物具有炎症调节的作用，可能会成为未来免疫反应调节的药物靶点。原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-021-04082-1

2021年化学科学部共发布10个重大项目指南，拟资助7个重大项目。项目申请的直接费用预算不得超过1500万元/项。“自由基化学反应的机制与功能”重大项目指南　　自由基是化学转化过程中的一类关键中间体，但受制于其短寿命和高活性等特征，目前对自由基反应的本质认识十分有限。阐释自由基的产生机制、反应活性和选择性调控、成键的热力学和动力学过程等关键科学问题，有助于发挥自由基化学的独特优势，指导新型绿色、高效、高选择性自由基反应的设计和开发，为化学、材料和生命科学等领域提供有力的合成与认知工具，助力合成化学的变革性发展。　　一、科学目标　　针对自由基化学的研究现状和趋势，揭示自由基反应的本质和规律，探讨自由基形成与转化过程中的动力学和动态学，开发大宗化工原料的自由基新反应，并应用于重要生物活性物质和精细化学品的高效高选择性合成，优化资源利用，加速医药研发，推动化学工业变革性方法和技术的跨越发展，提升我国在自由基化学领域的学术地位。　　二、关键科学问题　　(一)自由基的产生与成键机制。　　(二)自由基反应活性和选择性调控机制。　　(三)自由基转化过程中的热力学和动力学规律。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“自由基化学反应的机制与功能”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“化学反应的超分子调控”重大项目指南　　化学反应的超分子调控是实现化学反应精准化的一个重要且独特的手段。通过多重与多种非共价相互作用的动态化协同，超分子方法有望在不同时空尺度上高效且特异性识别反应底物、中间体和产物，从而实现对反应位点和反应路径的高效与高选择性调控。旨在揭示非共价相互作用对活性中间体物种结构、寿命及反应路径等的有效调控机制，阐明超分子活性中间体的结构与反应规律，为创造新物质提供新的思路和方法，并推动化学合成向精准化发展。　　一、科学目标　　创建有机分子组装体及生物大分子组装体等新型超分子体系，开发调控化学反应的超分子新方法，实现对化学反应的路径、效率及选择性的精准调控，发展高效的分子转化与功能化反应策略，为创造新物质提供变革性的思路和研究范式。　　二、关键科学问题　　(一)非共价相互作用对化学反应中间体结构、寿命、活性的影响。　　(二)非共价相互作用对反应路径和选择性调控的机制。　　三、申请要求　　申请书的附注说明选择“化学反应的超分子调控”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“能量代谢仿生体系的构建与功能”重大项目指南　　能量代谢是生命存在的基础。在细胞内，包括生物分子马达在内的多种分子机器构成了能量代谢的载体，驱动了物质运输、DNA复制及细胞分裂等各种生命活动。人体内能量代谢的异常往往导致肿瘤等重大疾病的发生。在体外构建具有能量代谢功能的仿生体系对于理解和调控生命的能量代谢过程具有重要的意义，并有望为治疗重大疾病提供新的思路。　　通过模拟活细胞，构建具有能量代谢功能的仿生体系，发展相应的理论和表征技术，深入理解其本质规律，进而创制定向驱动的能量代谢仿生体系，实现肿瘤细胞的能量代谢精准调控，为肿瘤治疗提供新的方法。　　一、科学目标　　以生物分子马达等重要能量代谢分子机器为原型，构建具有能量代谢功能的仿生体系，发展相应的理论和原位动态表征技术，揭示其跨尺度能量转化和物质输运机制，建立能量分子合成模型，实现肿瘤细胞能量代谢的精准调控，并为癌症治疗提供新的解决方案。　　二、关键科学问题　　(一)高效准确构建具有能量代谢功能的仿生体系。　　(二)阐明和控制仿生体系能量代谢的作用机制。　　(三)实现仿生体系与重要生物过程的功能耦合。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“能量代谢仿生体系的构建与功能”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“新型无机倍频晶体材料的化学创制”重大项目指南　　倍频晶体可实现激光波长的转换，是光学器件的关键材料。由于稳定性好和激光损伤阈值高，无机倍频晶体在国防科技、精密加工和量子信息等领域得到了广泛的应用。自上世纪七十年代以来，我国发现并开发了以可见波段的BBO 、LBO和深紫外波段的KBBF为代表的、享誉世界的“中国牌”倍频晶体。由于已知倍频材料的“基因”有限，无机倍频晶体材料的研究仍局限于硼酸盐和磷酸盐体系，造成了倍频材料“基因”固化和材料“基因”封闭的困境。拓展功能优异的新型无机倍频晶体材料种类、缩短研发周期是本领域的重大需求。旨在建立新的研究范式，以理论计算与机器学习为指导，化学材料创制为主线，功能晶体制备为目标，从源头上解决制约传统倍频晶体材料的服役性能瓶颈问题，确保我国在倍频晶体材料领域的国际领先地位。　　一、科学目标　　通过新理论模型和倍频晶体材料“基因”数据库的建立，应用机器学习和数据挖掘技术，发现新型材料“基因”，建立基于新型“基因”的倍频晶体材料可控合成新策略、新方法，揭示材料“基因”的键合特性及组装规律对带隙、双折射率以及倍频效应等光学性能的作用机制，制备功能优异的新型倍频晶体材料，实现化学创制新颖无机倍频晶体材料的目标，创制新一代“中国牌”倍频晶体材料体系，进一步提升我国在该领域的国际地位。　　二、关键科学问题　　(一)发现有共性的、全新的材料“基因”。　　(二)创制基于全新“基因”的无机倍频材料新体系。　　(三)揭示材料“基因”与晶体材料的构效关系。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“新型无机倍频晶体材料的化学创制”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“基于大科学装置的脑海马区分子图谱分析”重大项目指南　　大脑是人体最复杂的器官， 也是极为精巧和完善的信息处理系统，其功能连接和工作机制是科学家们一直尝试解决的重大科学问题和难题。欧盟、美国、日本等国家先后发布各自的脑科学研究计划，2016年我国也发布了"中国脑计划：脑科学与类脑研究"。但对于脑的介观精细结构、化学分子的定性定量和功能分区定位仍然知之甚少。快速精准、高时空分辨的脑介观结构与功能定位的成像是绘制大脑神经分子图谱、理解大脑生理病理过程及发展类脑人工智能的瓶颈。　　同步辐射大科学装置的迅猛发展，为脑结构成像提供了革命性工具。具有超短波长的同步辐射X-射线成像技术，有望为脑介观结构的高分辨成像提供革命性工具。将X-射线成像与光学、电学测量技术融合，则为进一步探索脑相关的基础生命化学领域新现象、新规律和新知识提供了新途径。　　一、科学目标　　拟聚焦特定脑功能区海马区分子图谱分析，依托同步辐射大科学装置，突破现有对脑和神经系统介观尺度测量的瓶颈，建立超高分辨 X-射线成像技术，探索脑海马区介观结构的高分辨快速成像途径，发展融合标记/染色探针，在亚微米尺度分辨率下对海马区实现神经回路图谱的三维X-射线成像。结合分子光谱、电化学等技术，发展脑海马区功能分区定位、神经分子连接的亚微米级成像方法和融合探针，对神经小分子、蛋白质等化学分子进行定性定量、结构和相互作用及功能分区定位成像研究，实现对脑海马区化学物质的精准检测。利用深度机器学习方法，建立人工智能大数据，建立脑海马区结构和功能分子关联图谱。　　二、关键科学问题　　(一)脑结构宏观和介观分析的同步辐射X-射线快速成像新方法。　　(二)多模态成像技术的原位信号集成和复杂图像的融合分析方法。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“基于大科学装置的脑海马区分子图谱分析”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“高强多功能碳纳米管纤维基础研究”重大项目指南　　碳纳米管是强度最高的材料之一。可控制备出接近单根碳纳米管力学性能的宏观纤维对实现其规模化应用具有重要意义。围绕高强多功能碳纳米管纤维，研究结构完美碳纳米管的可控制备、基础物性以及不同尺度下碳纳米管的组装规律，开发出高强度碳纳米管纤维。通过建立碳纳米管宏观纤维的制备工艺-结构-性能关系，发展结构功能一体化碳纳米管纤维复合材料体系，推动我国高性能碳纤维生产技术的发展。　　一、科学目标　　针对碳纳米管的晶格缺陷和尺寸效应，从原子结构控制、极致性能探索、宏观纤维组装、多级结构设计与功能化入手，揭示不同尺度下碳纳米管界面生长和组装规律，开拓高性能碳纳米管纤维增强、增韧的技术原理和方法，并实现高强功能化碳纳米管纤维从创制到应用的突破。通过项目的实施，获得成套先进碳基纤维生产的基础理论和技术原型，形成一支国际上有重要影响力的研究队伍，提升我国相关领域的原创和引领能力。　　二、关键科学问题　　(一)结构完美超长碳纳米管的精准构建及生长机制。　　(二)高强高韧碳纳米管宏观纤维的制备技术。　　(三)碳纳米管宏观纤维的力、电学性能调控机制及构效关系。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“高强多功能碳纳米管纤维基础研究”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“生命过程中外源污染物的识别与追踪” 重大项目指南　　我国当前面临复杂的环境污染状况，许多区域性高发疾病的环境污染诱因尚不清楚。旨在通过化学与环境科学、生命科学、医学等学科的交叉，加强对环境污染与疾病发生关系的认识，建立人体内暴露和环境外暴露的联系，获取外源污染与疾病发生因果关系的科学依据，推动环境健康科学研究范式的完善，服务于污染防控和全民健康的国家战略目标。　　一、科学目标　　建立生命过程中超痕量外源污染物的识别、鉴定和溯源方法，识别体内若干未知外源污染物，揭示外源污染物在体内的真实赋存状态、暴露途径、跨生物屏障转运机制、代谢归趋及生命周期 追踪其外部污染来源，解析人体内暴露和环境外暴露的关系，阐明外源污染物与关键生物分子的相互作用、对重要生理功能及生命过程的扰动机制 辨识典型区域性高发疾病的环境污染诱因，力争打开外源污染物在人体内存在及作用的认知“黑箱”。　　二、关键科学问题　　(一)生命过程中外源污染物的识别与表征。　　(二)人体内外源污染物的暴露途径和代谢转化。　　(三)外源污染物的体内毒性分子机制。　　(四)外源污染物对重要生理功能和生命过程的扰动机制。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“生命过程中外源污染物的识别与追踪”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“环境中抗生素抗性基因扩增传播界面行为及其风险”重大项目指南　　抗生素抗性基因的暴发性与广泛传播已严重威胁生态环境和人类健康，是当前国际上亟待解决的重要环境健康难题。抗生素抗性基因及其载体的多介质环境界面行为涉及物理、化学、生物过程，决定了抗性基因的增殖扩散、生物效应及健康风险，而抗生素和其他污染物的共选择可加速抗性基因的水平转移，进一步增大其健康风险。因此，揭示抗生素抗性基因在固-液-气-生物界面增殖扩散的生物化学机制及调控原理，阐明复合污染对抗生素抗性基因产生和传播的共选择机制，探明抗生素抗性基因的区域扩散过程和驱动因子，明确抗生素抗性基因的人群暴露途径和潜在健康风险，对深刻认识抗生素抗性基因的环境行为、遏制抗生素抗性基因在环境中的迁移传播、服务生态系统与人类健康具有重要意义。　　一、科学目标　　针对威胁人类健康的抗生素抗性基因，发展环境中抗生素抗性基因原位富集检测方法，从分子水平揭示化学污染物驱动下抗性基因在水-土-气-生物界面上的扩增及调控原理，阐明复合污染胁迫下微生物抗性的共选择机制，明确抗性基因区域传播途径及主控因子，认识人为与自然因子交互作用对抗性基因形成的驱动机制，构建抗性基因人群暴露的评价模型，在抗生素抗性基因的界面扩增、区域传播、阻控原理、风险防控等方面取得突破，并通过多学科交叉研究推动环境化学学科发展。　　二、关键科学问题　　(一)抗生素抗性基因的微界面行为及调控原理。　　(二)化学污染物对抗生素抗性基因的共选择机制。　　(三)抗生素抗性基因区域传播扩散过程及机制。　　(四)抗生素抗性基因人群暴露途径及风险。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“环境中抗生素抗性基因扩增传播界面行为及其风险”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“天然药物分子的生物合成与创新”重大项目指南　　天然产物是药物发现和发展的重要源泉，其结构多样性是实现功能多样性的分子基础。合成化学和合成生物学是天然药物制造与创新的重要方法与手段。针对活性显著、结构独特或/和临床应用广泛的天然药物分子家族，建立生物合成途径，解析酶学机制，揭示自然中分子进化与演变的基本规律。在此基础上，促进合成生物学与合成化学的交叉融合，发展基因组水平的天然产物发现新策略，加速天然药物新分子的创制并拓展其用途。相关成果将应用于新药发现以及药物绿色生产，并促进我国相关产业技术发展方式的转变。　　一、科学目标　　聚焦来源于微生物和植物的重要天然药物分子家族，围绕化学机制和反应规律的阐明与应用，研究生物合成途径和酶学机制。在此基础上，开展合成生物学与合成化学相结合的天然药物分子高效精准制备和新药物分子的发现，获得一批具有自主知识产权和临床应用前景的新型天然药物分子，为天然药物创制方式的变革提供可借鉴的范例。　　二、关键科学问题　　(一)天然药物分子生物合成的化学机制、酶学机制与反应规律。　　(二)天然药物分子进化与演变的物质基础。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“天然药物分子的生物合成与创新”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。“催化反应微区热耦合机制与调控”重大项目指南　　多相催化反应过程必然伴随着能量的传递。脱氢、重整、裂化、加氢、氧化、聚合等常见反应均具有强吸放热效应，是影响化工过程安全性的关键因素，并导致高能耗和高排放。催化反应微区结构影响反应路径，反应热随动力学过程呈现非线性变化 同时，多相间的传热速率正比于传热面积和温度差，并受到多相间的热传导、热对流和热辐射等不同途径的影响。拟构建强吸放热反应系统的调控方法，结合化工过程强化手段，实现强吸放热反应过程的高效稳定运行和节能减排，从反应源头保障化工本质和过程安全。　　一、科学目标　　拟针对催化过程中反应热与传热的耦合过程，在催化反应微区、催化剂颗粒、反应器等多层次进行研究，揭示纳微尺度上催化活性位微区反应热与传热的演变规律，发展用于检测活性位微区和反应器中温度变化的原位动态表征技术 明确能够适应强吸热和强放热反应过程的催化材料结构特征，建立热学性质可控的催化剂工程制备策略 设计与强吸放热过程匹配的反应器结构，利用过程强化手段，提高反应过程能量利用效率，提升化工过程的稳定性和安全性。针对典型强吸放热反应过程开展工程化研究，构建1-2个节能降耗、绿色安全的示范工程，开辟化工领域的特色方向。　　二、关键科学问题　　(一)催化活性位微区结构对反应热效应的影响规律。　　(二)多相间反应热与传热的非线性匹配机制。　　(三)多相热耦合反应与系统能量优化机制。　　三、申请要求　　(一)申请书的附注说明选择“催化反应微区热耦合机制与调控”(以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理)。　　(二)咨询电话：010-62329320。国家自然科学基金委员会办公室 2021年8月4日印发