卷首语 抢抓机遇打造“率先行动”计划“升级版” 白春礼指出,党的十八大以来,中科院党组认真学习领会习近平总书记系列重要讲话精神, 牢固树立“四个意识”,自觉在思想上政治上行动上同以习近平同志为核心的党中央保持高度 一致,坚决维护以习近平同志为核心的党中央权威,认真贯彻落实党中央、国务院重大决策部 署,按照全面从严治党要求加强党的建设,团结带领全院广大干部职工,以“率先行动”计划 为统领,认真贯彻“三个面向”“四个率先”的新时期办院方针,齐心协力、真抓实干,积极 谋划推动全院改革创新发展,着力抓好“三重大”成果产出,着力深化科技体制改革,着力加 强创新队伍建设,着力建设高水平科技智库,着力夯实发展基础。 白春礼强调,全院要深入分析准确把握世情国情院情,进一步増强改革创新发展的紧迫感 责任感使命感。要深入学习领会习近平总书记7月26日在省部级主要领导干部“学习习近平 总书记重要讲话精神、迎接党的十九大”专题研讨班上的重要讲话精神,把思想和行动统一到 党中央、国务院的要求上来,从国家发展大局出发,深刻认识经济社会发展对科技创新的迫切 需求,深刻认识党中央、国务院关于科技创新的重大部署,深刻认识新一轮科技革命和产业变 革带来的重大机遇,不断明晰在新的历史时期国家战略科技力量的使命与责任,进一步明确努 力方向和战略任务。要从建设创新型国家和世界科技强国的战略高度出发,白春礼强调,全院 要进一步解放思想,抢抓发展机遇,着力打造“率先行动”计划升级版。要更加紧密团结在以 习近平同志为核心的党中央周围,深入学习领会习近平总书记系列重要讲话精神,牢固树立“四 个意识”,深入贯彻落实全面从严治党要求,坚决贯彻落实党中央、国务院的重大决策部署, 进一步提升发展目标,以更大的决心和更大的力度深化体制机制改革,早出成果、多出成果 出好成果、出大成果,着力打造“率先行动”计划升级版,在建设创新型国家和世界科技强国 的伟大事业中作出具有标志性意义的重大贡献。一是按照全面从严治党要求,打造一支理想信 念坚定、作风过硬、敢于担当的领导干部队伍。二是积极谋划中长期改革创新发展,加快全面 实现“四个率先”。三是以北京、上海科创中心和合肥综合性国家科学中心建设为引领,加快 建设一流水平的国家创新高地。四是深入推进研究所分类改革,逐步构建“总部(院部)抓总、 区域/领域主战、四类机构/研究所主建”体制。五是抢抓机遇、多措并举,加快建设国家创新 人才高地。六是启动实施“深化科教融合率先建成世界一流大学”专项行动。七是进一步完善 组织管理体制机制,加快建设国家高水平科技智库。八是以科技支撑“一带一路”为牵引,构 建全球科技合作新格局 节选自白春礼在“中科院传达夏季党组扩大会精神”会议上的讲话
抢抓机遇打造“率先行动”计划“升级版” 白春礼指出，党的十八大以来，中科院党组认真学习领会习近平总书记系列重要讲话精神， 牢固树立“四个意识”，自觉在思想上政治上行动上同以习近平同志为核心的党中央保持高度 一致，坚决维护以习近平同志为核心的党中央权威，认真贯彻落实党中央、国务院重大决策部 署，按照全面从严治党要求加强党的建设，团结带领全院广大干部职工，以“率先行动”计划 为统领，认真贯彻“三个面向”“四个率先”的新时期办院方针，齐心协力、真抓实干，积极 谋划推动全院改革创新发展，着力抓好“三重大”成果产出，着力深化科技体制改革，着力加 强创新队伍建设，着力建设高水平科技智库，着力夯实发展基础。 白春礼强调，全院要深入分析准确把握世情国情院情，进一步增强改革创新发展的紧迫感 责任感使命感。要深入学习领会习近平总书记 7 月 26 日在省部级主要领导干部“学习习近平 总书记重要讲话精神、迎接党的十九大”专题研讨班上的重要讲话精神，把思想和行动统一到 党中央、国务院的要求上来，从国家发展大局出发，深刻认识经济社会发展对科技创新的迫切 需求，深刻认识党中央、国务院关于科技创新的重大部署，深刻认识新一轮科技革命和产业变 革带来的重大机遇，不断明晰在新的历史时期国家战略科技力量的使命与责任，进一步明确努 力方向和战略任务。要从建设创新型国家和世界科技强国的战略高度出发，白春礼强调，全院 要进一步解放思想，抢抓发展机遇，着力打造“率先行动”计划升级版。要更加紧密团结在以 习近平同志为核心的党中央周围，深入学习领会习近平总书记系列重要讲话精神，牢固树立“四 个意识”，深入贯彻落实全面从严治党要求，坚决贯彻落实党中央、国务院的重大决策部署， 进一步提升发展目标，以更大的决心和更大的力度深化体制机制改革，早出成果、多出成果、 出好成果、出大成果，着力打造“率先行动”计划升级版，在建设创新型国家和世界科技强国 的伟大事业中作出具有标志性意义的重大贡献。一是按照全面从严治党要求，打造一支理想信 念坚定、作风过硬、敢于担当的领导干部队伍。二是积极谋划中长期改革创新发展，加快全面 实现“四个率先”。三是以北京、上海科创中心和合肥综合性国家科学中心建设为引领，加快 建设一流水平的国家创新高地。四是深入推进研究所分类改革，逐步构建“总部（院部）抓总、 区域/领域主战、四类机构/研究所主建”体制。五是抢抓机遇、多措并举，加快建设国家创新 人才高地。六是启动实施“深化科教融合率先建成世界一流大学”专项行动。七是进一步完善 组织管理体制机制，加快建设国家高水平科技智库。八是以科技支撑“一带一路”为牵引，构 建全球科技合作新格局。 节选自白春礼在“中科院传达夏季党组扩大会精神”会议上的讲话
动态中国科学院过程x程竟所目 总期 ∥卷首语 318期8月刊(内部刊物) o2mz 抢抓机遇打造“率先行动”计划“升级版” 主办 中国科学院过程工程研究所 ∥特别报道 主编 04战略转型中的科技创新一一过程工程所2017年度发展战 陈运法 略研讨会成功举行/信息中心 副主编 张锁江齐涛朱庆山 张鸿翔肖炘陈洪章 ∥科研进展 杨超万印华谭强强 李英 05过程工程所开发出可使用高浓度甲醇为燃料的直接甲醇 编委 燃料电池选择性电催化剂/能源转化与环境净化材料课題组 高莲杜令忠刘仲青 07基于聚多巴胺涂层的膜色谱介质制备和应用 张凯杨秀红郭亚莉 生化工程与装备研究部罗建泉 李玉光王志玲窦红光 08基于细菌的仿生肿瘤疫苗研究取得新进展 执行编辑 生化工程与装备研究部卿奭 高军 ∥青促会专栏 责任编辑 10石墨烯/聚合物复合材料气体阻隔性能概述 煤炭清洁转化研究部崔彦斌 单位中囯科学院过程工程研究所 地址北京市海淀区中关村北二街1号 邮编 ∥合作交流 电话86-10-82544873 传真86-10-82545069 13中钢天澄与中科院过程所签订战略合作协议 网址www.ipe.cas.cn 电子邮箱 gaojun17@ Dipe ac cn 科技开发处 声明 内部刊物未经授权严禁转载
卷首语 抢抓机遇打造“率先行动”计划“升级版” 特别报道 04 战略转型中的科技创新——过程工程所 2017 年度发展战 略研讨会成功举行/信息中心 科研进展 05 过程工程所开发出可使用高浓度甲醇为燃料的直接甲醇 燃料电池选择性电催化剂/能源转化与环境净化材料课题组 07 基于聚多巴胺涂层的膜色谱介质制备和应用 生化工程与装备研究部 罗建泉 08 基于细菌的仿生肿瘤疫苗研究取得新进展 生化工程与装备研究部 卿爽 青促会专栏 10 石墨烯/聚合物复合材料气体阻隔性能概述 煤炭清洁转化研究部 崔彦斌 合作交流 13 中钢天澄与中科院过程所签订战略合作协议 科技开发处 总期 318 期 8 月刊(内部刊物) 主办 中国科学院过程工程研究所 主编 陈运法 副主编 张锁江 齐 涛 朱庆山 张鸿翔 肖 炘 陈洪章 杨 超 万印华 谭强强 李 英 编委 高 莲 杜令忠 刘仲青 张 凯 杨秀红 郭亚莉 李玉光 王志玲 窦红光 刘 冰 执行编辑 高 军 责任编辑 闫 红 单位 中国科学院过程工程研究所 地址 北京市海淀区中关村北二街1号 邮编 100190 电话 86-10-82544873 传真 86-10-82545069 网址 www.ipe.cas.cn 电子邮箱 gaojun17@ipe.ac.cn 声明 内部刊物 未经授权 严禁转载
目录 中国科学院过程工程研宠所动态 ∥纪监审专栏 14参加中国纪检监察学院业务培训学习心得 纪监审办公室 16科研经济业务监督检査案例及政策解读(一):出国管理方面 o2m0 纪监审办公室 ∥老科学家论坛 21“八一”永远辉煌的日子—纪念中国人民解放军建军九十周年 中科院老科协过程工程分会傅德贤 ∥每月纪事 24每月纪事 封二:过程大厦B座开建地上工程 封三:第二届“樂在棋中”棋类竞赛活动
纪监审专栏 14 参加中国纪检监察学院业务培训学习心得 纪监审办公室 16 科研经济业务监督检查案例及政策解读（一）：出国管理方面 纪监审办公室 老科学家论坛 21 “八一”永远辉煌的日子 ——纪念中国人民解放军建军九十周年 中科院老科协过程工程分会 傅德贤 每月纪事 24 每月纪事 封二：过程大厦 B 座开建地上工程 封三：第二届“樂在棋中”棋类竞赛活动
≡特别报道 战略转型中的科技创新 过程工程所2017年度发展战略研讨会成功举行 ■信息中心 7月14日,过程工程所2017年度发展战水平;开展科研评估,促进“一三五”重大 略研讨会成功举行,所领导、院士、副研以产出;构建以科研为中心的高效服务体系; 上科研骨干及管理支撑部门负责人共计200强化依法治所,筑牢底线思维;创造人尽其 余人参加会议。会议就研究所形势挑战、发才的良好科研生态 展思路、战略举措进行了报告和研讨,并召 随后李静海院士,北京科诺伟业科技股 开“青年人才座谈会”与“研究所能为您做份有限公司董事长兼总经理许洪华作特邀报 点什么”主题交流会,会议形式多样、内容告,报告代表性强,发人深省,引发在场人 丰富,报告前瞻性强,反响强烈 员广泛响应。大会由陈运法书记主持 7月14日上午,所长张锁江院士作了题 7月14日下午,先后召开了“青年人才 为《战略转型中的科技创新》的主题报告。座谈会”和“研究所能为您做点什么”主题 报告指出科技在转型、世界在转型,硏究所交流会,从研究所人才录用、科研环境建设、 面对新的形势,机遇与挑战并存。要实现跨实验室用房分配、促进人才成长和廊坊分部、 越“顶天立地”的门槛,进入世界顶级研究郑州分部未来发展等方面进行了深入研讨。 所的行列,必须通过解放思想、深化改革产座谈会和交流会取得显著成效,为研究所未 生新动力。报告明确提三大战略举措:一是来的发展和管理提供了新思路、新方法 强化优势,前瞻部署。紧抓国家重大战略机 过程工程所召开此次发展战略研讨会 遇,把握国际新兴科技大趋势,借鉴国际化聚焦改革,共谋战略,统一思想,形成合力 工企业创新战略理念,强化优势,部署新方会议要求全所人员要将会议精神落实到具体 向;推动“国家介科学中心”立项;支持生工作中,全面把握机遇,沉着应对挑战,积 化工程、绿色技术率先实现重大突破。二是极投身国民经济主战场,实现研究所跨越发 深化科硏模式变革。转变理念,建立新科研展,为建立科技创新强国和推动过程工业转 模式,强化共享意识,树立“客户至上”原变升级而努力奋斗。 则;探索协同创新的研发新模式,推动“过 程科学与技术协同创新研究院”。三是激发人 才创新活力。进一步加大引进人才力度,重 视引进人才后续培养和支持;大力拓宽青年 人才成长渠道,让更多年轻人走上重要岗位 建立绩效导向的收入分配体系,鼓励各单元 探索激励创新措施;构建人才共享新机制,大 幅提升核心竞争力:科教融合+“一带一路” 提升研究生规模和质量,促进研究所国际化 会议现场 4|2017年8月总第318期
特别报道 4 2017 年 8 月 总第 318 期 特别报道 战略转型中的科技创新 ——过程工程所 2017 年度发展战略研讨会成功举行 ■信息中心 7 月 14 日，过程工程所 2017 年度发展战 略研讨会成功举行，所领导、院士、副研以 上科研骨干及管理支撑部门负责人共计 200 余人参加会议。会议就研究所形势挑战、发 展思路、战略举措进行了报告和研讨，并召 开“青年人才座谈会”与“研究所能为您做 点什么”主题交流会，会议形式多样、内容 丰富，报告前瞻性强，反响强烈。 7 月 14 日上午，所长张锁江院士作了题 为《战略转型中的科技创新》的主题报告。 报告指出科技在转型、世界在转型，研究所 面对新的形势，机遇与挑战并存。要实现跨 越“顶天立地”的门槛，进入世界顶级研究 所的行列，必须通过解放思想、深化改革产 生新动力。报告明确提三大战略举措：一是 强化优势，前瞻部署。紧抓国家重大战略机 遇，把握国际新兴科技大趋势，借鉴国际化 工企业创新战略理念，强化优势，部署新方 向；推动“国家介科学中心”立项；支持生 化工程、绿色技术率先实现重大突破。二是 深化科研模式变革。转变理念，建立新科研 模式，强化共享意识，树立“客户至上”原 则；探索协同创新的研发新模式，推动“过 程科学与技术协同创新研究院”。三是激发人 才创新活力。进一步加大引进人才力度，重 视引进人才后续培养和支持；大力拓宽青年 人才成长渠道，让更多年轻人走上重要岗位； 建立绩效导向的收入分配体系，鼓励各单元 探索激励创新措施；构建人才共享新机制,大 幅提升核心竞争力；科教融合+“一带一路” 提升研究生规模和质量，促进研究所国际化 水平；开展科研评估，促进“一三五”重大 产出；构建以科研为中心的高效服务体系； 强化依法治所，筑牢底线思维；创造人尽其 才的良好科研生态。 随后李静海院士，北京科诺伟业科技股 份有限公司董事长兼总经理许洪华作特邀报 告，报告代表性强，发人深省，引发在场人 员广泛响应。大会由陈运法书记主持。 7 月 14 日下午，先后召开了“青年人才 座谈会”和“研究所能为您做点什么”主题 交流会，从研究所人才录用、科研环境建设、 实验室用房分配、促进人才成长和廊坊分部、 郑州分部未来发展等方面进行了深入研讨。 座谈会和交流会取得显著成效，为研究所未 来的发展和管理提供了新思路、新方法。 过程工程所召开此次发展战略研讨会， 聚焦改革，共谋战略，统一思想，形成合力。 会议要求全所人员要将会议精神落实到具体 工作中，全面把握机遇，沉着应对挑战，积 极投身国民经济主战场，实现研究所跨越发 展，为建立科技创新强国和推动过程工业转 变升级而努力奋斗。 会议现场
科研进展 过程工程所开发出可使用髙浓度甲醇为燃料的直接甲醇燃 料电池选择性电催化剂 ■能源转化与环境净化材料课题组 直接甲醇燃料电池ΦMFC)是将甲醇氧氧化也使其利用率降低。此外,扩散过来的 化反应的化学能直接转化为电能的一种发电甲醇及其氧化的中间产物还会使阴极Pt催化 装置,其工作原理非常简单,主要由阴极、剂中毒,影响Pt对氧还原的催化活性。由于 阳极、质子交换膜及双极板等组成。工作时,甲醇渗透的存在,DMFC一般都使燃料甲醇 甲醇在阳极上被催化氧化为C02和H20,同浓度维持在4M以下。但要和目前市场上占 时产生6个电子和6个质子,其中质子经质主流的锂离子电池竞争,DMFC使用的甲醇 子交换膜由阳极到达阴极,在催化剂作用下浓度需提高到9M以上以有效提升电池的能 使阴极室的氧还原,生成H20。电子经外电量密度。传统的克服DMFC中甲醇渗透的策 路由阳极到达阴极,并通过外电路做功并构略包括改善燃料进料系统、提升质子膜性能、 成电回路。DMFC结构简单、方便灵活,工修饰电池电极结构和增加水管理系统等,这 作时间只取决于燃料携带量而不受限于电池些策略一定程度上确实改善了电池的操作性 的额定容量,近年来倍受产业界青睐。DMFC能,但无疑使电池的设计趋于复杂并增加了 在发电过程中,无需经过卡诺循环,具有能电池制造的成本。 量转化效率高,低排放和无噪音等优点,另 过程工程所多相复杂系统国家重点实验 外还具有常温使用、燃料携带补给方便、体室杨军硏究员课题组的硏究者们转换硏究思 积和重量比能量密度髙等优势,特别适合于路,从制备选择性催化剂的角度考虑克服 作为小型可移动及便携式电源,在国防、能DMFC中的甲醇渗透问题,以期降低或摆脱 源和通讯等领域有着潜在的广阔应用前景。对质子膜的依赖。选择性催化剂意味着在 目前制约DMFC商业化的一个主要障碍DMFC的阴极或阳极使用的催化材料只对阴 是“甲醇渗透问题”。这是因为,DMFC普遍极或阳极的反应有催化作用,对另一侧的反 使用的 N afion系列全氟磺酸型质子交换膜具应无活性或活性极低。他们在深刻理解 有较高的甲醇透过率,甲醇能够从阳极穿过DMFC中甲醇催化氧化和氧气催化还原机理 质子交换膜进入到阴极,而由于阴极一般使的基础上,设计贵金属基异质结构纳米材料 用Pt作催化剂,氧还原和甲醇氧化会同时发充分利用异质材料中的晶格应变效应和电子 生,因此产生“混合电位”,严重降低燃料的耦合效应调控材料的催化性能,不仅使材料 效率和电池的输出功率。而且甲醇在阴极的具有优良的催化活性,而且使材料对DMFC 中闽科学院过程工程研究所|5
科研进展 5 科研进展 过程工程所开发出可使用高浓度甲醇为燃料的直接甲醇燃 料电池选择性电催化剂 ■能源转化与环境净化材料课题组 直接甲醇燃料电池(DMFC)是将甲醇氧 化反应的化学能直接转化为电能的一种发电 装置，其工作原理非常简单，主要由阴极、 阳极、质子交换膜及双极板等组成。工作时， 甲醇在阳极上被催化氧化为 CO2和 H2O，同 时产生 6 个电子和 6 个质子，其中质子经质 子交换膜由阳极到达阴极，在催化剂作用下 使阴极室的氧还原，生成 H2O。电子经外电 路由阳极到达阴极，并通过外电路做功并构 成电回路。DMFC 结构简单、方便灵活，工 作时间只取决于燃料携带量而不受限于电池 的额定容量，近年来倍受产业界青睐。DMFC 在发电过程中，无需经过卡诺循环，具有能 量转化效率高，低排放和无噪音等优点，另 外还具有常温使用、燃料携带补给方便、体 积和重量比能量密度高等优势，特别适合于 作为小型可移动及便携式电源，在国防、能 源和通讯等领域有着潜在的广阔应用前景。 目前制约DMFC商业化的一个主要障碍 是“甲醇渗透问题”。这是因为，DMFC 普遍 使用的 Nafion 系列全氟磺酸型质子交换膜具 有较高的甲醇透过率，甲醇能够从阳极穿过 质子交换膜进入到阴极，而由于阴极一般使 用 Pt 作催化剂，氧还原和甲醇氧化会同时发 生，因此产生“混合电位”，严重降低燃料的 效率和电池的输出功率。而且甲醇在阴极的 氧化也使其利用率降低。此外，扩散过来的 甲醇及其氧化的中间产物还会使阴极 Pt 催化 剂中毒，影响 Pt 对氧还原的催化活性。由于 甲醇渗透的存在，DMFC 一般都使燃料甲醇 浓度维持在 4 M 以下。但要和目前市场上占 主流的锂离子电池竞争，DMFC 使用的甲醇 浓度需提高到 9 M 以上以有效提升电池的能 量密度。传统的克服 DMFC 中甲醇渗透的策 略包括改善燃料进料系统、提升质子膜性能、 修饰电池电极结构和增加水管理系统等，这 些策略一定程度上确实改善了电池的操作性 能，但无疑使电池的设计趋于复杂并增加了 电池制造的成本。 过程工程所多相复杂系统国家重点实验 室杨军研究员课题组的研究者们转换研究思 路，从制备选择性催化剂的角度考虑克服 DMFC 中的甲醇渗透问题，以期降低或摆脱 对质子膜的依赖。选择性催化剂意味着在 DMFC 的阴极或阳极使用的催化材料只对阴 极或阳极的反应有催化作用，对另一侧的反 应无活性或活性极低。他们在深刻理解 DMFC 中甲醇催化氧化和氧气催化还原机理 的基础上，设计贵金属基异质结构纳米材料， 充分利用异质材料中的晶格应变效应和电子 耦合效应调控材料的催化性能，不仅使材料 具有优良的催化活性，而且使材料对 DMFC
三科研进展 中的甲醇氧化或氧气还原具有很好的选择者们研究了催化剂的制备、放大和表征,在 性。具体的,他们使用具有核-壳-壳结构的利用无质子膜DMFC模型证实了催化剂选择 三元纳米复合材料Au@AgS@Pt和具有核壳性的基础上,成功组装了DMFC单电池图 结构的Au@Pd纳米材料分别作为DMFC的1)。测试表明,在甲醇浓度为10M时,电池 阳极和阴极电催化剂。对于前者,三元材料输出的功率密度为897mW/cm2,远高于近 中的电子耦合效应使Pt原子的电子云密度增年来报道的使用其它策略实现高浓度甲醇下 加,能够抑制一氧化碳￠0)和氧气们)分子操作的DMFC的输出功率密度。在甲醇浓度 在Pt原子上的吸附,使其具有优良甲醇氧化提升至15M时,电池输出功率略微下降,仍 活性的同时具有较弱的氧化还原活性;而对能维持827mW/cm2的功率密度输出 于后者,由于晶格参数和电负性的差异,Au 上述相关研究得到了国家自然科学基金 内核施加在超薄Pd壳层上的晶格拉伸效应No.21376247,21506225,21573240)和中科院 和电子耦合效应很好地提升了Pd催化氧气过程工程所介尺度研究中心C0M2015A001) 还原的活性,而又由于Pd在酸性介质中对甲的资助。该研究结果发表于美国科学促进会 醇氧化没有活性,使这种核壳结构材料成为④AAS)出版的国际著名期刊 Science a dvances DMFC阴极选择性催化剂合适的候选。研究6 cience a dvances2017,3:el700580) Anode Cathode Current collector Current collector Heating plate Heating plate MEA End plate+ End plate Carbon plate Carbon plate 基于选择性电催化剂组装的直接甲醇燃料电池单电池及其组成部分示意图 6|2017年8月总第318期
科研进展 6 2017 年 8 月 总第 318 期 中的甲醇氧化或氧气还原具有很好的选择 性。具体的，他们使用具有核-壳-壳结构的 三元纳米复合材料 Au@Ag2S@Pt 和具有核壳 结构的 Au@Pd 纳米材料分别作为 DMFC 的 阳极和阴极电催化剂。对于前者，三元材料 中的电子耦合效应使 Pt 原子的电子云密度增 加，能够抑制一氧化碳(CO)和氧气(O2)分子 在 Pt 原子上的吸附，使其具有优良甲醇氧化 活性的同时具有较弱的氧化还原活性；而对 于后者，由于晶格参数和电负性的差异，Au 内核施加在超薄 Pd 壳层上的晶格拉伸效应 和电子耦合效应很好地提升了 Pd 催化氧气 还原的活性，而又由于 Pd 在酸性介质中对甲 醇氧化没有活性，使这种核壳结构材料成为 DMFC 阴极选择性催化剂合适的候选。研究 者们研究了催化剂的制备、放大和表征，在 利用无质子膜DMFC模型证实了催化剂选择 性的基础上，成功组装了 DMFC 单电池(图 1)。测试表明，在甲醇浓度为 10 M 时，电池 输出的功率密度为 89.7 mW/cm2 ，远高于近 年来报道的使用其它策略实现高浓度甲醇下 操作的 DMFC 的输出功率密度。在甲醇浓度 提升至 15 M 时，电池输出功率略微下降，仍 能维持 82.7 mW/cm2 的功率密度输出。 上述相关研究得到了国家自然科学基金 (No. 21376247, 21506225, 21573240)和中科院 过程工程所介尺度研究中心(COM2015A001) 的资助。该研究结果发表于美国科学促进会 (AAAS)出版的国际著名期刊Science Advances (Science Advances, 2017, 3: e1700580)。 基于选择性电催化剂组装的直接甲醇燃料电池单电池及其组成部分示意图
科研进展 基于聚多巴胺涂层的膜色谱介质制备和应用 ■生化工程与装备研究部罗建泉 膜色谱结合了膜过滤高通量和液相色谱谱介质,可用于髙盐环境下单克隆抗体的髙 髙选择性的特点,能够高效地从复杂料液如效精制,其杋械性能、稳定性、分离效率和 发酵液、血浆、乳清中获得纯度较髙的生物重复使用性均优于商业化产品( buman of 活性分子,因此在生物产品制备领域具有广 C hrom ato graphy A,1490②017)54-62)。以 阔的应用潜力。然而,作为目前主流的膜色PDA为平台,可实现阴离子交换配基的快速 谱介质材料—一纤维素膜存在稳定性较差和匹配,通过优化操作条件和配基密度,实现 机械性能欠佳等问题,并且膜改性和配基接了一步法从血浆沉淀Ⅳ中分离得到α1-抗 枝工艺复杂、不易控制,使其成本居髙不下,胰蛋白酶(AAT),该纯化效果优于目前文献 难以大规模应用 报道结果,而且本研究建立了一种通过设计 过程工程硏究所万印华研究员团队提出膜色谱介质实现复杂料液中快速纯化髙纯度 采用简单易操作的聚多巴胺(PDA)涂覆对生物药物的新方法( Jumal of M em brane 机械强度较髙的聚醚砜(PES)和聚偏氟乙烯 Science,528￠0η15-162)。采用基于PDA (PVDF)微滤膜进行活化,然后以PDA为涂层的阴离子交换膜色谱介质和金属螯合膜 中间功能层偶联膜色谱配基(迈克尔加成反色谱介质,可一步实现发酵液中漆酶的纯化 应或席夫碱反应)构建多种膜色谱介质,并和固定化以制备生物催化膜,应用于饮用水 应用于蛋白分离纯化和酶的固定化 中微量污染物的高效去除,利用膜色谱的原 首先在PDA中间功能层偶联了三种不理不仅可以实现一步酶纯化和固定化,还能 同的配基(聚乙烯亚胺、十二硫醇和组氨酸)提髙载酶效率和空间,膜堆叠可提髙微量污 分别制备阴离子交换、疏水和亲和膜色谱介染物的去除效率,并且实现酶的重新装载 质,可高效分离免疫球蛋白G/人血清白蛋( bumal of M em brane Science,538e017) 白,同时PDA改性提高了基膜的机械性能和68-76, C hem ical engineering buma327 亲水性,降低其非特异性吸附( buman of②017)1011-1020)。该项目得到国家高技术 C hrom ato graphy a,l482016)121-126)。以研究发展计划(No.2014A021006)、国家自 疏水膜为基材,在PDA中间功能层上偶联聚然科学基金青年项目(No.21506229和中 丙烯胺配基制备得到耐盐型阴离子交换膜色国科学院百人计划支持。 免疫球蛋白/人血清白蛋白分离纯化 血浆沉淀Iv中分离α1-抗胰蛋白酶 发酵液中捕集漆酶制备生物催化膜 高[品[ = F:= 中闽科学院过程工程研究所|7
科研进展 7 基于聚多巴胺涂层的膜色谱介质制备和应用 ■生化工程与装备研究部 罗建泉 膜色谱结合了膜过滤高通量和液相色谱 高选择性的特点，能够高效地从复杂料液如 发酵液、血浆、乳清中获得纯度较高的生物 活性分子，因此在生物产品制备领域具有广 阔的应用潜力。然而，作为目前主流的膜色 谱介质材料——纤维素膜存在稳定性较差和 机械性能欠佳等问题，并且膜改性和配基接 枝工艺复杂、不易控制，使其成本居高不下， 难以大规模应用。 过程工程研究所万印华研究员团队提出 采用简单易操作的聚多巴胺（PDA）涂覆对 机械强度较高的聚醚砜（PES）和聚偏氟乙烯 （PVDF）微滤膜进行活化，然后以 PDA 为 中间功能层偶联膜色谱配基（迈克尔加成反 应或席夫碱反应）构建多种膜色谱介质，并 应用于蛋白分离纯化和酶的固定化。 首先在 PDA 中间功能层偶联了三种不 同的配基（聚乙烯亚胺、十二硫醇和组氨酸） 分别制备阴离子交换、疏水和亲和膜色谱介 质，可高效分离免疫球蛋白 G/人血清白蛋 白，同时 PDA 改性提高了基膜的机械性能和 亲水性，降低其非特异性吸附（Journal of Chromatography A, 1448 (2016) 121-126）。以 疏水膜为基材，在 PDA 中间功能层上偶联聚 丙烯胺配基制备得到耐盐型阴离子交换膜色 谱介质，可用于高盐环境下单克隆抗体的高 效精制，其机械性能、稳定性、分离效率和 重复使用性均优于商业化产品（Journal of Chromatography A, 1490 (2017) 54-62）。以 PDA 为平台，可实现阴离子交换配基的快速 匹配，通过优化操作条件和配基密度，实现 了一步法从血浆沉淀 IV 中分离得到α1-抗 胰蛋白酶（AAT），该纯化效果优于目前文献 报道结果，而且本研究建立了一种通过设计 膜色谱介质实现复杂料液中快速纯化高纯度 生物药物的新方法（Journal of Membrane Science, 528 (2017) 155-162）。采用基于 PDA 涂层的阴离子交换膜色谱介质和金属螯合膜 色谱介质，可一步实现发酵液中漆酶的纯化 和固定化以制备生物催化膜，应用于饮用水 中微量污染物的高效去除，利用膜色谱的原 理不仅可以实现一步酶纯化和固定化，还能 提高载酶效率和空间，膜堆叠可提高微量污 染物的去除效率，并且实现酶的重新装载 （Journal of Membrane Science, 538 (2017) 68-76 ， Chemical Engineering Journal, 327 (2017) 1011-1020）。该项目得到国家高技术 研究发展计划（No. 2014AA021006）、国家自 然科学基金青年项目（No. 21506229）和中 国科学院百人计划支持
科研进展 基于细菌的仿生肿瘤疫苗研究取得新进展 ■生化工程与装备研究部卿爽 恶性肿瘤一直是困扰医学界的难题。近但完整保留了细菌的形貌特点及病原体特征 年来,肿瘤免疫疗法展现出良好的应用前景,组分,同时还具备了中空多孔的结构,极大 被 Science杂志评选为2013年度十大科学突地促进了抗原及其他免疫刺激剂的装载(图 破之首。其中,治疗性肿瘤疫苗通过激发自1)。研究结果表明,该仿生菌体能够快速地 身免疫系统以达到清除或控制肿瘤生长的治被免疫系统识别、捕获并进行抗原呈递,进 疗方式是肿瘤免疫疗法的焦点。但肿瘤抗原而引起强烈的细胞免疫应答(图2)。动物实 的免疫原性较弱,使得现有治疗性肿瘤疫苗验进一步证明,该仿生疫苗制剂在多种肿瘤 的使用效果仍不尽理想。因此,开发一种安模型中均具有良好的抑瘤效果和抗肿瘤转移 全高效的治疗性肿瘤疫苗仍是一项极具挑战能力(图3)。该研究创新性地提出以病原微 性和应用价值的研究课题。 生物本身为对象的仿生设计理念,为今后治 自然界中病原微生物感染机体后能够引疗性疫苗的研发提供了全新的设计思路。 起强烈的免疫应答,其中的关键在于病原微 相关研究发表在 a dvanced Science 生物的特殊形态及表面多重病原相关分子模(2017,1700083)上,倪德志博士和博士生 式,能够促使病原体快速识别和捕获免疫细卿爽为本文的并列第一作者,中科院过程所 胞,引起机体强烈的免疫应答。受此启发,马光辉研究员、魏炜研究员为通讯作者。该 中科院过程工程研究所生化工程国家重点实研究得到了国家科技重大专项 验室生物剂型与生物材料课题组开发了一种(2014ZX09102045-004)、973项目 具有多重仿病原体特征的新型仿生疫苗佐(2013CB531500)、国家自然科学基金 剂。通过对水热条件的优化,该疫苗制剂不(21622608)等支持。 a类学学是 ,CpG Demi-bacteria Biomimetic c 图1仿生疫苗制备:a)仿生疫苗构建示意图;b)中空多孔DB的SEM照片 c)DB装载CpG和oVA的超分辨共聚焦照片。 8|2017年8月总第318期
科研进展 8 2017 年 8 月 总第 318 期 基于细菌的仿生肿瘤疫苗研究取得新进展 ■生化工程与装备研究部 卿爽 恶性肿瘤一直是困扰医学界的难题。近 年来，肿瘤免疫疗法展现出良好的应用前景， 被 Science 杂志评选为 2013 年度十大科学突 破之首。其中，治疗性肿瘤疫苗通过激发自 身免疫系统以达到清除或控制肿瘤生长的治 疗方式是肿瘤免疫疗法的焦点。但肿瘤抗原 的免疫原性较弱，使得现有治疗性肿瘤疫苗 的使用效果仍不尽理想。因此，开发一种安 全高效的治疗性肿瘤疫苗仍是一项极具挑战 性和应用价值的研究课题。 自然界中病原微生物感染机体后能够引 起强烈的免疫应答，其中的关键在于病原微 生物的特殊形态及表面多重病原相关分子模 式，能够促使病原体快速识别和捕获免疫细 胞，引起机体强烈的免疫应答。受此启发， 中科院过程工程研究所生化工程国家重点实 验室生物剂型与生物材料课题组开发了一种 具有多重仿病原体特征的新型仿生疫苗佐 剂。通过对水热条件的优化，该疫苗制剂不 但完整保留了细菌的形貌特点及病原体特征 组分，同时还具备了中空多孔的结构，极大 地促进了抗原及其他免疫刺激剂的装载（图 1）。研究结果表明，该仿生菌体能够快速地 被免疫系统识别、捕获并进行抗原呈递，进 而引起强烈的细胞免疫应答（图 2）。动物实 验进一步证明，该仿生疫苗制剂在多种肿瘤 模型中均具有良好的抑瘤效果和抗肿瘤转移 能力（图 3）。该研究创新性地提出以病原微 生物本身为对象的仿生设计理念，为今后治 疗性疫苗的研发提供了全新的设计思路。 相 关 研 究 发 表 在 Advanced Science （2017，1700083）上，倪德志博士和博士生 卿爽为本文的并列第一作者，中科院过程所 马光辉研究员、魏炜研究员为通讯作者。该 研究得到了国家科技重大专项 （ 2014ZX09102045-004 ）、 973 项 目 （ 2013CB531500 ）、国家自然科学基金 （21622608）等支持。 图 1 仿生疫苗制备：a) 仿生疫苗构建示意图；b)中空多孔 DB 的 SEM 照片； c)DB 装载 CpG 和 OVA 的超分辨共聚焦照片
科研进展 a 221100 50505 54321 68000 OVA DB: OVA CpG+OVA DB: CpG/oVA 13.4% 44.0% 94.8% 101010101o11o1o1o1o111oto101011oo CFSE 图2DB与免疫细胞的相互作用:a)DB被树突状细胞内吞后的共聚焦照片;b)DB刺激后树突状细胞表面共 刺激因子与特异性MHC分子表达;c)免疫接种后小鼠体内特异性D8+T细胞的增殖情况。 VA DB CpGOVA 2DB: CpG/OVA WCMP XDB: WCMP/CpG 120 --838ea0weve 图3仿生疫苗抑瘤效果与抗肿瘤转移能力显著:a)EG7肿瘤模型的抑瘤曲线与代表性肿瘤转移灶照片: b)4T1肿瘤模型的抑瘤曲线及骨转移情况。 中闽科学院过程工程研究所|9
科研进展 9 图 2 DB 与免疫细胞的相互作用：a)DB 被树突状细胞内吞后的共聚焦照片；b)DB 刺激后树突状细胞表面共 刺激因子与特异性 MHC 分子表达；c）免疫接种后小鼠体内特异性 CD8+ T 细胞的增殖情况。 图 3 仿生疫苗抑瘤效果与抗肿瘤转移能力显著：a)E.G7 肿瘤模型的抑瘤曲线与代表性肿瘤转移灶照片； b)4T1 肿瘤模型的抑瘤曲线及骨转移情况
三青促会专栏 石墨烯麇合物复合材料气体阻隔性能概述 ■煤炭清洁转化研究部崔彦斌 聚合物具有轻质、易加工、低成本等优 a) Gas molecules (b) Gas molecule 点,在食品包装领域已逐步取代传统的食品 包装材料(如铝箔等)。目前,在食品包装领 域大量使用的聚合物有聚乙烯E)、聚丙烯 中P)、聚苯乙烯S)、聚氯乙烯ρVC)和聚对 苯二甲酸乙二醇酯ρET)等。由于气体分子 1.石墨烯/聚合物复合材料制备 (如氧气、二氧化碳以及有机分子等)易于 石墨烯在聚合物中的分散程度是影响聚 穿透聚合物,由此所导致聚合物的低气体阻合物复合材料性能的重要因素。如石墨烯在 隔性能限制了其在食品包装领域的应用。聚聚合物中形成均一的单分散体系,可显著提 合物的气体阻隔性能可通过添加具有高气体高石墨烯/聚合物复合材料的气体阻隔性能。 阻隔性能的片状填料进行提髙,如具有髙长目前,石墨烯/聚合物复合材料的制备方法主 径比的粘土、石墨烯等来改变并延长气体分要有:溶液共混、溶融共混和原位聚合法。 子透过聚合物的路径。添加片状填料后所形众所周知,石墨烯与聚合物的相容性较差, 成的聚合物复合材料,其气体阻隔性能由填聚合物分子链并不能紧密包裹在片状石墨烯 料本身的特性(气体阻隔性能、长径比)、聚表面。因此,在片状石墨烯周围会形成小的 合物的气体阻隔性能、填料在聚合物中的分间隙。同时,由于石墨烯和聚合物的相容性 散程度等因素决定。粘土具有较高的长径比,较差,石墨烯在聚合物中易于形成团聚。气 且粘土与聚合物具有较好的相容性,因此粘体分子可通过石墨烯与聚合物之间的间隙而 土广泛应用于聚合物中以提高其气体阻隔性透过复合材料,导致石墨烯/聚合物复合材料 能。与粘土相比,石墨烯不仅具有优良的气的气体阻隔性能并没有明显提高。通过对石 体阻隔性能,同时具有优异的力学、热学和墨烯进行改性可提高石墨烯在聚合物中的分 电学性能。通过聚合物中添加石墨烯不仅可散度,石墨烯表面的有机官能团可提高石墨 以提高其气体阻隔性能,同时可以提高聚合烯与聚合物的相容性。同时,石墨烯改性后 物的力学、电学和热学性能。近年来,科学可降低石墨烯/聚合物复合材料的粘度,降低 家进行了大量的实验研究来探索石墨烯在提粘度有利于采用溶液共混法制备复合材料。 高聚合物力学、热学和气体阻隔性能等领域 11溶液共混法 的应用 溶液共混法制备过程较为简单,且石墨 烯通常分散在水溶液或有机溶剂中,因此溶 10|2017年8月总第318期
青促会专栏 10 2017 年 8 月 总第 318 期 青促会专栏 石墨烯/聚合物复合材料气体阻隔性能概述 ■煤炭清洁转化研究部 崔彦斌 聚合物具有轻质、易加工、低成本等优 点，在食品包装领域已逐步取代传统的食品 包装材料（如铝箔等）。目前，在食品包装领 域大量使用的聚合物有聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对 苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。由于气体分子 （如氧气、二氧化碳以及有机分子等）易于 穿透聚合物，由此所导致聚合物的低气体阻 隔性能限制了其在食品包装领域的应用。聚 合物的气体阻隔性能可通过添加具有高气体 阻隔性能的片状填料进行提高，如具有高长 径比的粘土、石墨烯等来改变并延长气体分 子透过聚合物的路径。添加片状填料后所形 成的聚合物复合材料，其气体阻隔性能由填 料本身的特性（气体阻隔性能、长径比）、聚 合物的气体阻隔性能、填料在聚合物中的分 散程度等因素决定。粘土具有较高的长径比， 且粘土与聚合物具有较好的相容性，因此粘 土广泛应用于聚合物中以提高其气体阻隔性 能。与粘土相比，石墨烯不仅具有优良的气 体阻隔性能，同时具有优异的力学、热学和 电学性能。通过聚合物中添加石墨烯不仅可 以提高其气体阻隔性能，同时可以提高聚合 物的力学、电学和热学性能。近年来，科学 家进行了大量的实验研究来探索石墨烯在提 高聚合物力学、热学和气体阻隔性能等领域 的应用。 1.石墨烯/聚合物复合材料制备 石墨烯在聚合物中的分散程度是影响聚 合物复合材料性能的重要因素。如石墨烯在 聚合物中形成均一的单分散体系，可显著提 高石墨烯/聚合物复合材料的气体阻隔性能。 目前，石墨烯/聚合物复合材料的制备方法主 要有：溶液共混、溶融共混和原位聚合法。 众所周知，石墨烯与聚合物的相容性较差， 聚合物分子链并不能紧密包裹在片状石墨烯 表面。因此，在片状石墨烯周围会形成小的 间隙。同时，由于石墨烯和聚合物的相容性 较差，石墨烯在聚合物中易于形成团聚。气 体分子可通过石墨烯与聚合物之间的间隙而 透过复合材料，导致石墨烯/聚合物复合材料 的气体阻隔性能并没有明显提高。通过对石 墨烯进行改性可提高石墨烯在聚合物中的分 散度，石墨烯表面的有机官能团可提高石墨 烯与聚合物的相容性。同时，石墨烯改性后 可降低石墨烯/聚合物复合材料的粘度，降低 粘度有利于采用溶液共混法制备复合材料。 1.1 溶液共混法 溶液共混法制备过程较为简单，且石墨 烯通常分散在水溶液或有机溶剂中，因此溶