DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 摘 要 油页岩作为石油资源的有效补充，受到越来越多的关注。新疆的油页岩资源十分丰富，准葛尔盆地是我国三大含油页岩盆地之一。而在“一带一路”的战略规划中，新疆作为经济核心区，是我国能源安全的桥头堡。调查研究和开发利用油页岩有着十分重要的实际意义和战略价值。本文调研了油页岩原位开采技术现状，探讨了新疆地区油页岩的资源评价和基本特征，为新疆地区油页岩的开发应用提供新的途径和思路。 关键词 :一带一路，能源安全，油页岩原位开采 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 油页岩是一种非常规油气资源，因其储量丰富且具有开发利用的可行性而被列为21世纪石油的补充能源。油页岩(Oil Shale)又称油母页岩，是一种高灰分的含可燃有机质的沉积岩，含油率在3.5%~30%之间，和燃煤的主要区别是灰分含量超过40%，发热量大于4 kJ/kg。油页岩的应用范围非常广泛，油页岩经过干馏可以得到页岩油(Shale Oil)，可以冶炼制成汽油、柴油等燃料成品。同时，油页岩还可以直接燃烧发电，且燃烧后的灰渣可以经过二次加工制作建筑材料或道路路基等。 中国油页岩含量资源十分丰富，资源量位居世界第四，技术可采量位居世界第三。中国是能源生产与能源消费大国，中国社会经济发展的基础在于能源供应的充分保障。根据美国能源信息署(EIA)的预测，2040年中国的能源需求总量将是美国和印度的总和 [ 1 ] 。随着石化能源的不断枯竭、国际地缘政治的不稳定以及能源消费量的增长，我国的能源安全面临着巨大挑战。因此，在常规石油供给不足时，油页岩作为一种非常规油气资源将是重要的油气补充资源。新疆油页岩主要分布在准葛尔盆地、柴达木盆地以及克拉玛依的广大地区，这表明新疆油页岩资源潜力巨大。 新疆是我国实施“一带一路”战略规划的核心经济区和战略高地，也是保障中国能源安全的桥头堡。因此，新疆油页岩的勘探开采急需可行性调研和技术储备。本文调研了油页岩原位开采技术现状，探讨了新疆地区油页岩的资源评价和基本特征，为新疆地区油页岩的开发应用提供新的途径和思路。
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user: 2. 油页岩原位开采技术现状 在探明的油页岩中，有很大一部分资源埋藏较深(500 m以下) [ 2 ] ，很难使用露天或巷道式进行开采。同时，由于油页岩的地面干馏过程会排出大量有害气体和人体可吸入颗粒，污染空气和水资源，因此人们把研究重点集中在油页岩地下干馏技术方面。所谓油页岩地下干馏技术是一种将热量直接导入油页岩储层，通过对储层内的油页岩进行加热从而获取有机热解产物的技术方法。根据油页岩加热方式的不同，将油页岩原位开采技术分为电加热技术、对流加热技术和射频加热技术。 2.1. 电加热技术 2.1.1. 埃克森–美孚公司Electrofrac TM技术 如图1所示，该技术是向油页岩储层铺设一系列相互水平的水平井，然后利用水平井对储层进行水力压裂，并向裂隙中填充导电物质，形成一系列的电加热单元 [ 3 ] 。通过这种电加热的方式把热量传递给 图1. 埃克森–美孚公司Electrofrac TM技术原理示意图 油页岩储层，使其发生有机质热解反应，裂解产物会随着渗流通道被开采至地面。 2.1.2. 壳牌公司E-ICP技术 E-ICP技术 [ 4 ] 在油页岩储层以正六边形的排列方式布置加热井群，在正六边形的中心设置生产井，如图2所示。其工艺流程是：首先建立冷冻墙，目的是防止地下水进入加热区域导致加热后产生油气泄漏；其次是通过电加热器对油页岩层进行加热，需要指出的是电加热器是一种耐高温硫化和耐低温电偶腐蚀以及具有较高蠕变温度性能的裸电极加热棒组成。目前，该技术正在进行现场试验阶段，整个加热时期约为5年。 2.2. 对流加热技术 2.2.1. 雪佛龙CRUSH技术 如图3所示，CRUSH技术首先利用碎石化技术(爆破的方式)将油页岩储层的岩石破碎成不连续的岩石块，然后通过压缩机将过热的水蒸气或超临界CO 2 注入地层进行加热，将油页岩热解转化为油气，并通过生产井采出收集 [ 5 ] 。 该技术的优点是可以将油页岩储层的渗透率提升，并增大了储层间的连通性，从而使得油页岩储层的加热速度更快，更均匀。同时，通过分层将油页岩层碎石化处理可以对油页岩资源进行整体有效的开发利用。令人遗憾的是，该项技术至今没有开展真正意义上的现场试验。 2.2.2. 美国页岩油公司CCR技术 如图4所示，该技术将热传导、热对流和回流方法结合的工艺开采油页岩。在油页岩储层设置两个水平井，上部为生产井，下部为加热井。通过集中加热页岩盖层下的油页岩层，油页岩热解产生页岩油气中的轻质组分受热上浮，遇生产井冷凝，并流出地层。剩余热量通过回流又被分散到储层中。 这种将热传导和热对流两种换热方式结合的开发工艺能够有效提高加热效率，从而缩短开发的预备周期。 图2. 壳牌公司E-ICP技术原理示意图 图3. 雪佛龙CRUSH技术原理示意图 2.3. 射频加热技术 2.3.1. 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室射频技术 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室提出利用垂直组合无线射频方式加热油页岩的方法(如图5所示)，无线射频由于具有很强的穿透能力和很大的加热功率，能够有效克服油页岩内部热量传导速度较慢的缺点，提高加热效率，同时容易控制加热过程。因此，此项技术受到广泛关注。 2.3.2. Raytheon公司的RF/CF技术 如图6所示，该技术使用射频与超临界CO 2 来加热储层内的油页岩使其达到裂解温度，并将裂解产生的油、气被CO 2 驱替至生产井中。产物中的CO 2 被分离并重新压缩加热至超临界状态油页岩储层中。 相比其他原位开采技术，需要对油页岩储层进行持续加热3~5年的时间才可以产出，该技术可以在短短的几个月的时间内就可产出油气。
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user: 3. 新疆油页岩总体特征 3.1. 新疆准葛尔盆地油页岩特征 准葛尔盆地油页岩储层呈曲线形带状分布与盆地之中，王东营等人 [ 6 ] 研究发现该处储层带至西向东 图4. 美国页岩油公司CCR技术原理示意图 图5. 劳伦斯·利弗莫尔国家实验室射频技术原理示意图 图6. Raytheon公司RF/CF技术原理示意图 分布于乌鲁木齐妖魔山与奇台白杨沟之间，长143 km，宽10~20 km。该处油页岩含油率5%~10%之间，以三工河和韭菜园子矿床的储量最为丰富，分别是44 × 10 8 t和37 × 10 8 t，是进一步勘探开发的有利地区。 李婧婧等人 [ 7 ] 利用热解气相色谱仪对新疆大黄山油页岩储层的油页岩产油品质进行了研究，结果表明：该地区的油页岩的产出油中，大部分为高蜡、石蜡基原油，正构烃含量为89.5%，与美国绿河地区的页岩油品质相当。 赵林等人 [ 8 ] 则利用热重分析法研究了新疆吉木萨尔地区的油页岩矿区的油页岩产油品质和热解过程。研究表明：相比中国其他地区的油页岩，新疆油页岩的矿物质含量较少，且热解过程时间短、热解所需温度为500˚C等优点。 3.2. 油页岩的开发利用 油页岩的利用主要有两个方面：直接燃烧发电(产生的灰渣可以作为基建材料)、干馏产油。李丹梅等人 [ 9 ] 研究发现新疆油页岩含油率最高可至28%，平均含油率为8%，高于我国油页岩整体水平。同时，需要指出的是新疆油页岩是低热值燃料，因此用于燃烧不但效率低，而且由于其灰分含量较高，也会造成较大污染。 因此，结合新疆油页岩的特点，对其进行原位开采既可以避免地面干馏产油带来的环境和水资源的污染，还可以有效利用产出油气。
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user: 4. 结论 1) 新疆作为我国“一带一路”战略规划的为核心区域，基础设施和交通设施的建设也会迎来空前的发展。新疆在为东部地区输送能源的同时，其自身的能源需求也会增长。因此，储量丰富的油页岩可作为未来新疆重要的替代能源。 2) 现有的油页岩原位开采技术种类繁多，各有利弊。因此在油页岩原位开采方案规划应遵循以下原则： a) 贫富油页岩矿应综合开发利用，避免滥采浪费的现象。不同的开发阶段，应该采用不同的技术手段； b) 开发时，应综合考虑经济、环保等社会效益，形成一套完整的开发优化体系； c) 拓展油页岩的应用范围，提升油页岩的利用效率，是油页岩开未来工作的重点和研究方向。
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user: 摘 要 本文以铝盐、铁盐为原料，对牡蛎壳进行改性，研究了改性牡蛎壳吸附除磷性能。实验表明，改性牡蛎壳吸附除磷过程符合Langmuir等温吸附方程，其吸附动力学与准二级方程拟合最佳。改性牡蛎壳对磷的理论饱和吸附量为20~30 mg P (以 P O 4 3 − 计)/g吸附剂，是未改性的5倍左右。通过KCl-NaOH-HCl逐级浸提法分析得知，吸附饱和后吸附剂中磷以钙磷结合、铝磷结合或铁磷结合形态存在。改性牡蛎壳对模拟含磷废水除磷率在90%以上，天然牡蛎壳只有41%。 关键词 :改性牡蛎壳，吸附，除磷，铁盐，铝盐
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user: 1. 引言 近年来，由人类生产生活活动造成的水体富营养化越来越严重，尤以太湖、巢湖和滇池蓝藻爆发影响深远，水体富营养化严重危害生态系统平衡，同时给人类的生存和发展造成极大威胁[ 1 ] [ 2 ]。磷元素过多是造成水体富营养化的关键因素[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]，因此，去除水体中过量磷元素是防治水体富营养化的重要手段。而水体除磷方法主要有生物法、化学法和吸附法。其中，生物法受运行条件影响较大，稳定性较差；化学法以化学沉淀为主，但是污泥率高、运行费用高[ 6 ] [ 7 ]。吸附法除磷因具有高效、稳定、运行费用低等特点，逐渐得到人们的广泛研究和应用。具有吸附除磷性能材料有粘土矿物、天然矿物和工业副产物等，如粉煤灰、硅藻土、钢渣、尾铁矿、牡蛎壳等[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]，或是经物理化学方法改性合成的吸附材料[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]。 牡蛎壳主要来源于海边牡蛎生产和消费的废弃物[ 15 ]，是一种常见的无机盐资源，牡蛎壳丰富的天然多孔表面使其具有较强吸附作用。随着水体富营养化的日益严重及人们对于废弃物资源化的日益重视，有关牡蛎壳及改性牡蛎壳在水体吸附除磷的研究逐渐增多[ 16 ] [ 17 ]。改性牡蛎壳除磷吸附剂作为一种新型除磷材料，应用前景十分广阔。 本研究以铁盐、铝盐为改性剂，采用浸渍法对废弃的牡蛎壳进行改性，考察了改性牡蛎壳的等温吸附特征和吸附动力学特征，分析了改性牡蛎壳吸附除磷机理，并将其用于模拟含磷废水处理，考察了其吸附除磷性能。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 仪器与材料 牡蛎壳采于大连沿海地区，经洗净、烘干、破碎研磨后过180目后置于干燥器备用。铝盐(Al 2 (SO 4 ) 3 、Al(NO 3 ) 3 )，铁盐(Fe 2 (SO 4 ) 3 、Fe(NO 3 ) 3 、FeCl 3 )由天津市科密欧化学试剂有限公司提供，分析纯。 主要仪器：紫外-可见分光光度计(AvantiTMJ-300)，电子天平(BSA124S)，全温度恒温培养振荡器(ZHWY-2102C)，鼓风干燥箱(601-2)，全自动物理吸附仪(SI)。 2.2. 改性牡蛎壳除磷吸附剂制备 (1) 配制pH约为3.3，质量分数为5%的Al 2 (SO 4 ) 3 溶液、Al(NO 3 ) 3 溶液；配制pH约为1.5，质量分数为5% 的Fe 2 (SO 4 ) 3 溶液、Fe(NO 3 ) 3 溶液、FeCl 3 溶液。各取50 ml。 (2) 分别称取备用的牡蛎壳(OS)20 g，放入上述溶液并依次浸渍6 h、过滤，去离子水洗涤过滤物(3次)，烘干(105℃，2 h)，分别得到Al 2 (SO 4 ) 3 改性牡蛎壳除磷吸附剂(OS/Al 1 )、Al(NO 3 ) 3 改性牡蛎壳除磷吸附剂(OS/Al 2 )、Fe 2 (SO 4 ) 3 改性牡蛎壳除磷吸附剂(OS/Fe 1 )、Fe(NO 3 ) 3 改性牡蛎壳除磷吸附剂(OS/Fe 2 )、FeCl 3 改性牡蛎壳除磷吸附剂(OS/Fe 3 )五种改性牡蛎壳除磷吸附剂。 2.3. 试验方法 2.3.1. 吸附试验 用去离子水和KH 2 PO 4 配制特定浓度含磷水溶液，并调节适宜pH。取100 ml含磷水溶液与称取的吸附剂混合，在恒温摇床中(150 rpm，25℃)振荡；平衡后取上清液，以0.45 μm的滤膜过滤，测定滤液磷含量。 2.3.2. 解吸试验 称取2 g吸附饱和吸附剂于锥形瓶中，加入1 mol/L的KCl溶液100 mL，恒温摇床中(150 rpm，25℃)解吸至磷不再析出后，取上清液过0.45 μm滤膜，测定滤液中磷的含量；然后，将离心后的吸附剂用去离子水洗涤后干燥，再用100 mL浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液进行解吸，测定滤液中磷的含量；将上述解吸后的吸附剂再次进行清洗干燥。最后，用100 mL浓度为0.25%的HCl溶液解吸，测定过滤后的上清液中的磷含量。 2.3.3. 模拟废水处理试验 用去离子水配制磷浓度5 mg/L的KH 2 PO 4 溶液，调节pH值为6.4~7.0，取100 ml模拟废水与称取的吸附剂混合，在恒温摇床中(150 rpm， 25℃)振荡，24 h后取上清液过0.45 μm滤膜，用分光光度法测定滤液中的磷浓度。
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user: 4. 结论 本研究以Al 2 (SO 4 ) 3 、Al(NO 3 ) 3 、Fe 2 (SO 4 ) 3 、Fe(NO 3 ) 3 、FeCl 3 对牡蛎壳进行改性，制备吸附剂。考察改性牡蛎壳吸附除磷能力和吸附特性，将吸附剂应用于处理模拟废水。结论如下： 1) 改性牡蛎壳在25℃时的等温吸附试验数据符合Langmuir等温吸附方程，拟合相关系数为R 2 > 0.99。通过Langmuir等温吸附方程计算出改性牡蛎壳在25℃下的对磷的q m 为20~30 mg P(以 PO 4 3 − 计)/g吸附剂，是天然牡蛎壳的4~5倍。 2) 5种改性牡蛎壳吸附磷动力学的试验结果可用准二级动力学方程拟合，相关系数在0.99以上。初始磷浓度为150 mg/L时，改性牡蛎壳q e 达到20~30 mg P(以 PO 4 3 − 计)/g吸附剂。 3) 通过KCl-NaOH-HCl逐级浸提法分析吸附饱和的天然牡蛎壳和改性牡蛎壳除磷吸附剂中磷的形态。天然牡蛎壳中磷主要以Ca-P形式存在；铝盐改性牡蛎壳中磷以Al-P和Ca-P为主；铁盐改性牡蛎壳中磷以Fe-P和Ca-P为主。天然牡蛎壳和改性牡蛎壳除磷吸附剂用于模拟含磷废水处理，改性牡蛎壳除磷率在90%以上，天然牡蛎壳只有41%。
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user: 摘 要 硅材料在光催化领域优势明显，但稳定性较差，在潮湿空气及水溶液中易被氧化，表面形成不导电的二氧化硅层。通过对硅纳米线进行二次刻蚀，在纳米线表面形成量子点和纳米孔，可以有效稳定纳米线，且对一次刻蚀3 min的纳米线优化效果最明显，循环伏安扫描20圈后，电流降幅从34%降至1.8%，光电流增致原来的4倍，吸光度也有明显增加。 关键词 :光电催化，量子尺寸，多级硅
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user: 1. 引言 光催化技术是在污染控制领域中前景最好的技术之一，具有反应条件温和，能耗低，环境友好等优势，该技术利用光子激发出的半导体电子(e − )、空穴(h + )或羟基自由基(∙OH)产生能源[ 1 ] [ 2 ]、降解污染物[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]、杀菌消毒[ 6 ]等。TiO 2 作传统光催化材料的代表，化学性质稳定，廉价易得，但其禁带宽度为3.2 eV，仅能利用波长小于420 nm部分的紫外光(占太阳能的4%~5%)，制约了其在光催化领域的实际应用。而为了达到太阳能最大效率的能量转换，要求半导体的禁带宽度在1.0~1.4 eV之间[ 7 ]。 硅半导体的禁带宽度为1.12 eV，可吸收波长小于1100 nm的光[ 8 ] (占太阳能的65%)，太阳能利用效率的理论上限为33% [ 9 ]，导带电势为−0.5 eV (vs NHE)，光生电子还原能力较强。同时硅原料来源丰富，加工技术成熟，且电子迁移率高达1450 cm 2 ∙V − 1 ∙S −1 ，在光催化还原降解污染物方面很有潜力。 但是，由于单质硅的稳定性较差，在潮湿的空气及水溶液中容易钝化，表面形成SiO 2 绝缘层[ 10 ]，阻碍电子空穴向表面传输，使其实际应用受限。为保证硅的稳定性，通常采用3类方式——覆盖保护层，表面基团修饰，量子限域效应。保护层有贵金属如Pt [ 11 ]、Pd [ 12 ]、Ag [ 13 ]，金属氧化物如TiO 2 [ 14 ]、WO 3 [ 15 ]，聚合物如聚丙烯酸[ 16 ]，阻止硅直接接触氧气的同时形成异质结，产生內建电场，促进光生电子空穴的分离。其中保护层对硅基底包覆的均匀性，保护层的造价、机械强度及脱落后对环境的影响都需要考虑在内。表面基团是H [ 17 ]或烷基[ 18 ]与表面悬挂的硅原子成键，阻止硅原子与氧原子成键且不改变半导体性质，操作简便但重复性不强。量子限域效应是指在半导体硅的至少一维尺寸接近或小于其波尔半径(4.3 nm)时，连续的能带结构变成离散的能级，进而其光、声、电、磁、热性能都发生改变。有研究表明，一定范围内，硅的纳米尺寸越小，其能带的宽化效应越明显——当直径为6 nm时，禁带宽度为1.5 eV，直径进一步减小到3 nm，禁带宽度增加到2.6 eV [ 19 ]，相应其氧化还原能力会得到增强。硅纳米颗粒在量子限域效应影响下表面态发生明显变化，硅原子表面悬挂键可部分被氢原子终止，而不会全部被氧终止钝化[ 20 ]，即量子尺寸的硅纳米材料在空气中可以保持长期活性。 本实验选取具有强吸光能力的硅纳米线作为基底，接着进行二次刻蚀[ 21 ]，使纳米线表面生成纳米孔及量子点。光电测试数据表明这种具有量子尺寸表面的多级结构可以有效稳定硅纳米线，而且对光电流提升效果明显，同时DRS谱图显示二次刻蚀后，硅材料的峰值蓝移，说明其禁带宽度增加。
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user: 2. 实验部分 2.1. 主要仪器与试剂 主要仪器：CHI650B电化学工作站(上海辰华仪器公司)，LSH-X500短弧氙灯(背景畅拓科技有限公司)，HH-1水浴锅(北京市医疗设备厂)，Fz-A光强辐照计(北京师范大学光学仪器厂)。 主要试剂：氢氟酸，硫酸，硝酸，硝酸银，丙酮，乙醇均为分析纯，30%过氧化氢。 2.2. 硅纳米线(Silicon Nanowire， SiNW)的制备 本实验采用的原料为P型N掺杂单晶裸硅，(100)晶面，电阻率3~5 Ω∙cm，厚度500 ± 10 µm。采用金属辅助无电化学刻蚀法制备硅纳米线，首先切割1 cm × 2 cm的硅片，依次放入丙酮、无水乙醇、高纯水中各超声清洗10 min，去掉表面有机杂质，再用体积比为3:1的H ­2 SO 4 /H 2 O 2 溶液浸泡15 min，然后用5% HF清洗1 min洗掉表面的二氧化硅层。接着，将洗干净的硅片放入包含4.8 mol/L HF和 5 mmol/L AgNO 3 的溶液中静置一分钟，取出后用高纯水冲洗，在刻蚀液(4.8 mol/L HF + 0.4 mol/L H 2 O 2 )中分别浸泡3 min、5 min、10 min和15 min。最后用50℃、体积比为1:1的HNO 3 水溶液去除Ag颗粒。 2.3. 多级硅纳米线(hierarchical Silicon， h-Si)的制备 将一次刻蚀后的硅片浸入包含2.4 mol/L HNO 3 和2.5 mol/L HF的溶液中，在50℃下进行90 s的第二次刻蚀，然后迅速取出用高纯水冲洗。
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user: 3. 结果与讨论 3.1. 线性扫描伏安曲线(I-V) SiNW和h-Si的光电流测试结果如图1所示，可以很明显地看出虽然原始SiNW中刻蚀5 min的样品光电流最大，但是量子尺寸表面结构对刻蚀3 min的样品电流提升效果最明显。刻蚀3 min时， 图1. 二次刻蚀前后SiNW和h-Si的I-V对比图，0.5 M H 2 SO 4 溶液，100 mW/cm 2 的入射光强 对比−1 V (vs SCE)电压下的光电流值，从−0.4 mA/cm 2 增加到−1.62 mA/cm 2 ，扩大4倍，刻蚀5 min和10 min的样品扩大不足1倍，而刻蚀15 min的样品前后变化不大。随着硅纳米线刻蚀时间的增长，量子尺寸表面对纳米线的优化能力减弱。 3.2. 循环伏安曲线(C-V) 通过测试硅片循环伏安曲线来比较其在水溶液中稳定性的差异，测试方法同测试光电流的方法。图2为C-V组图，对比二次刻蚀前后硅纳米线稳定性的变化。由图可以看出，一次刻蚀时间为3 min和5 min的硅纳米线，二次刻蚀后，稳定效果明显。刻蚀3 min时，SiNW在经过20个循环，在偏压为−1 V下，光电流从−0.5 mA/cm 2 下降到−0.33 mA/cm 2 ，降幅为34%，二次刻蚀后，h-Si光电流从−1.65 mA/cm 2 下降到−1.6 mA/cm 2 ，降幅仅为1.8%。接着刻蚀5 min时，SiNW光电流从−0.9 mA/cm 2 下降到−0.7 mA/cm 2 ，降幅为22%，二次刻蚀后，h-Si从−1.3 mA/cm 2 下降到−1.23 mA/cm 2 ，降幅为5.4%。最后由于刻蚀10 min和15 min的SiNW光电流较小，光电流降低不明显，对比不清晰，但h-Si依然表现出良好的稳定性。 3.3. 扫描电镜表征 图3为SiNW的SEM图，其中图3(a)为截面图，图3(b)和图3(c)为俯视图，从图片中可以看出纳米线整齐地竖直排列，平整光滑，顶端存在团聚现象。 图2. 二次刻蚀前后纳米线的C-V对比图，0.5 M H 2 SO 4 溶液，入射光强为100 mW/cm 2 图3. SiNW的SEM图片。(a)为截面图，(b)、(c)为俯视图 图4为不同放大倍数下刻蚀3 min的h-Si的SEM图，可以观察到纳米线顶端的尺寸约为4 nm的量子点结构。由图4(a)可以看出来量子点结构主要生成在纳米线上部，但是底部没有，这应该是因为硅纳米线之间间距较小，同时顶端存在团簇现象，刻蚀液不易深入纳米线间的缝隙中，而且二次刻蚀反应剧烈，伴随反应产生大量气泡，进一步阻碍了纳米线底部与刻蚀液的接触。二次刻蚀后生成量子表面的纳米线长度有限，如果纳米线长度过长，未能刻蚀出量子结构的大量表面依然平整光滑，电子空穴复合的几率依然很大，因此光电流及稳定性的提升不明显。这就可以解释上述光电化学表征中，随着一次刻蚀时间加长，纳米线长度增加，h-Si的光电流及稳定性提升效果有限的原因。因此刻蚀3 min的纳米线可以更有效地实现大比例的量子尺寸表面结构的覆盖，达到稳定纳米线，减小电子空穴复合几率，获得良好的光电效果的作用。 3.4. 透射电镜表征 为了进一步确定h-Si表面的微观结构，采用放大倍数更高的TEM对样品进行观察。图5(a)和图5(b)为刻蚀3 min的h-Si，可以清楚地看到纳米线的侧面均匀地刻蚀出的小孔，约为5 nm。图5(c)图为纳米线顶端，可以看到有许多球形纳米结构，用100 MHz的超声震荡1小时，取上清液进行TEM表征，得d图结果，证明存在量子点。 表征结果进一步解释了刻蚀3 min的h-Si稳定高效的原因，纳米线顶端包覆量子点和底端刻蚀出纳米孔，量子尺寸的表面结构几乎可以完全覆盖住纳米线表面，增加了比表面积，减少电子空穴对地复合，量子结构能阻碍Si的氧化，同时纳米孔还会增加光吸收。 3.5. 能谱分析 为确认TEM及SEM中的点为二次刻蚀出的硅量子点而不是残留的银颗粒，用能谱仪检测硅片表面的元素组成，表1即为检测数据。数据显示h-Si中Si含量大于99%，Ag颗粒残留量不足1%，可忽略不计，说明图片中的点为硅量子点。 3.6. 光吸收性能表征 光吸收性能是评价光催化材料性能的关键指标，因此，为了考察一次刻蚀时间对光吸收性能的影响，采用DRS测试样品的吸光度。图6为不同刻蚀时间二次刻蚀前后吸光度的变化，从图中可以看出二次刻蚀后，各h-Si的吸光度均有上升，其中刻蚀3 min的SiNW上升最为明显，纳米孔在纳米线上进一步产生漫反射，增加对光的捕获[ 22 ]，这也可以说明量子表面对3 min纳米线包裹的比例更大。从SiNW基底刻蚀时间来看，时间增长，吸光度逐渐减小，应该是由于随着纳米线长度的增加，顶端的团聚现象越发 图4. 刻蚀3 min的h-Si的SEM图。其中(a)为h-Si侧面，(b)、(c)为相同区域不同放大倍数的俯视图 图5. 刻蚀3 min的h-Si的TEM图，a、b、c是在纳米线上原位观测，d为超声震荡后的量子点 图6. 二次刻蚀前后SiNW和h-Si的DRS吸收图 Table 1 EDS analysis dat 元素 峰强(c/s) 百分含量(%) Si 2899.35 99.463 Ag 4.95 0.537 表1. EDS分析数据 严重，导致可利用面积减少，进而影响光吸收。整体h-Si的吸收峰有蓝移现象，峰值均约为700 nm，说明4个h-Si样品的量子点及纳米孔数量相近。
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user: 4. 结语 使用金属辅助无电刻蚀法刻蚀硅纳米线，在此基础上采用二次刻蚀，原位制备出量子尺寸为几到十几纳米的纳米孔和量子点共存的次级结构。这种多级结构表面，可以有效稳定硅纳米线，并能增强光吸收，提升光电流，且当纳米线刻蚀只有3 min时，光电流可达到原来的4倍。实验条件温和，原料易得，有较强的可操作性。
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user: 摘 要 本文结合核酸适体的优异性能，利用前期研发的倏逝波光纤生物传感器(Evanescent Wave All-fiber Biosensor， EWAB)，发展了赭曲霉毒素A (OTA)的新型快速检测方法。检测方法基于核酸适体与污染物质的特异性结合能力，利用溶液中的OTA与光纤探头表面的核酸适体互补链共同竞争OTA核酸适体，建立了核酸适体结构竞争法检测OTA的标准曲线，线性检测区间为0.13 μg/L~2.89 μg/L，检测限为0.063 μg/L。并对实际样品进行了检测，标回收率在80%~120%之间。实验结果表明此方法检测OTA具有良好的灵敏度，检测方法简便快速，并可以较好的应用于实际样品检测中。 关键词 :赭曲霉毒素A，核酸适体，倏逝波光纤生物传感器
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user: 1. 引言 环境监测是环境保护工作中重要的一环，随着环境污染问题的日益严重，环境监测工作者将面临更加严峻的挑战。为应对复杂的分析条件与多样的分析对象，环境监测仪器必须不断发展完善，才能满足日益增大的工作需求[ 1 ]。在近年来新兴的监测仪器中，生物传感器因具备简便快速、高灵敏、可实时连续检测的优点而备受瞩目[ 2 ]。本研究所使用的倏逝波核酸适体光纤生物传感检测平台(EWAB)，利用了倏逝波的光学特性，使用核酸适体作为生物识别元件，以全光纤传感作为信号转换系统，建立了风险污染物的新型快速检测方法。这种检测平台结构简单，器件轻巧便于携带，可进行野外和现场实时监测；具备这些优点的倏逝波核酸适体传感器，为环境检测仪器的发展提供了一种崭新的思路与方法，具有较好的研究价值。 核酸适体(Aptamer)是通过指数富集系统进化技术(Systematic Evolution of Ligands by Exponential Enrichment， SELEX)人工合成的，高特异性高亲和性的寡核苷酸序列 [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]。其具有不易变性、便于保存与运输、易于筛选合成、易于修饰靶物质范围广泛的优点，而成为新的研究热点 [ 7 ]。核酸适体可以通过静电作用力、氢键作用力、疏水堆积作用等，与靶物质特异性结合而形成特殊的空间结构，如G四聚体、发夹、茎环、口袋、假节、凸环等，从而形成稳定的复合物 [ 6 ]。赭曲霉毒素A(OTA)是一种真菌毒素次生代谢产物，由真菌(包括曲霉属和青霉属)生长繁殖过程中产生，常见于谷类食品和农作物中，如小麦、玉米、咖啡豆、香料、葡萄酒中、白酒、啤酒豆制品、罐头食品、茶叶中 [ 8 ]。赭曲霉毒素A具有肾脏毒性、免疫毒性、肝脏毒性、致畸变性 [ 9 ] [ 10 ]，OTA被国际癌症研究机构(IARC)认为对人类有潜在的致癌性(组2B)。我国国家食品安全标准中规定赭曲霉毒素A的检测标准为：谷类及其加工品、豆类及其加工品中OTA不得超过5 μg/kg，欧盟规定其在谷类中残留限量为3 μg/kg，辣椒中残留限量为15 μg/kg，小麦中残留限量为8 μg/kg [ 11 ]。 常见OTA的检测方法有：高效液相色谱法(High Performance Liquid Chromatography， HPLC)，气相色谱法(Gas Chromatography， GC)，毛细管电泳法(Capillary Electrophoresis， CE)，薄层色谱法(Thin Layer Chromatography， TLC)，光谱法(Spectroscopy Method)，酶联免疫吸附法(Enzyme Linked Immunosorbent Assay， ELISA)等 [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]。这些常见的监测仪器具有灵敏度高、性能稳定成熟等优点，但是当其在实际检测过程中具有一些局限性：如占地大，不能进行原位实时监测；操作繁琐，图谱复杂，需要专业人员进行操作与分析；样品需要前过程处理，分析耗时长；价格昂贵，分析成本高等 [ 16 ]。而本研究利用的EWAB可进行快速、高效、简便、结果直观的实时原位检测，弥补了大型仪器在实际应用中的不足，具有广阔的应用前景。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 实验材料 3-三乙氧基硅丙基琥珀酰胺(TEPSA)、N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDC)、赭曲霉毒素A(OTA)购自Sigma中国公司。浓硫酸、过氧化氢、甲苯、盐酸购自北京化学试剂公司，均为分析纯或更高。核酸序列购自上海生工集团，序列如下： Cy5.5荧光基团标记的OTA核酸适体： 5’-Cy5.5-AGATC GGGTG TGGGT GGCGT AAAGG GAGCA TCGGA CA-3’ 带氨基的OTA核酸适体互补链： 5’-NH 2 –AAAAAAAAAAAATGTCCGATGCTC-3’ 核酸序列使用前利用离心机进行离心(10，000 rpm × 1 min)，随后用超纯水溶解，震荡混匀，放置在−20℃的冰箱中储存备用。 0.5% SDS溶液(pH = 1.9)，10 mM Tris-HCl缓冲溶液(120 mM NaCl + 10 mM CaCl 2 + 5 mM KCl，pH = 6)，以上两种溶液由超纯水配制。 白酒(北京二锅头，清香型，酒精度56%)瓶装饮用水(农夫山泉)。 多模石英光纤(芯径600 μm，南京春辉)。 2.2. 实验仪器 本文所采用的仪器为课题组前期研发的便携式倏逝波全光纤生物传感器 [ 17 ]。该仪器主要包括器件有：激光器(波长为635 nm、输出功率为8 mW)，用于发射激光；单多模光纤耦合器(NA为0.22，芯径600 μm)，用于传递激光、激发与收集荧光，这些过程都在光纤内完成，简化了传光学传感器中的光路系统；样品池，样品池内安装光纤探头，并在其表面固定生物识别元件；蠕动泵，用于自动化进样；滤光片；光电二极管，用于将收集到的荧光信号并进行电信号转换；锁相放大器，适宜放大信号；计算机，用于信号的处理及系统控制。 其工作原理是将生物识别元件固定在光纤探头上，由固定波长的脉冲激光器发射激光，单多模光纤耦合器能够将激光传递至样品池中的光纤探头上，在光纤探头表面将会产生倏逝波，并激发其表面附近生物识别元件的荧光物质，荧光被激发后部分荧光耦合回光纤探头，单多模光纤耦合器将对荧光进行收集，荧光信号将被光电二极管接受并转换为电信号，经锁相放大器将放大信号，通过信号处理系统收集并处理电信号，完成样品的检测。倏逝波的入射距离为几十到几百纳米，因此溶液中游离的荧光分子的干扰较小。本仪器具有轻便、高效、灵敏、操作简便、无需样品前处理、结果表现直观等优点。仪器内部结构示意图与外观图如图1所示。 离心机、恒温干燥箱、电子显微镜、氮吹仪。 2.3. 实验方法 2.3.1. 光纤探头的修饰 将6 cm长，芯径600 μm的石英光纤削去约3 cm长的涂覆层，使用30%氢氟酸浸泡光纤无涂覆层覆盖部分和部分涂覆层覆盖部位3 h，氢氟酸液会通过毛细作用腐蚀涂覆层覆盖部分的石英纤芯，与未被涂覆层覆盖的部分形成一定的锥角，得到组合锥形光纤探头。配制piraha溶液(v H 2 SO 4 : v H 2 O 2 = 3: 1)，将 图1. 倏逝波全光纤生物传感器示意图：(a) 内部结构图；(b) 外观图 组合型光纤探头浸入其中30 min，随后放入超声波清洗仪中洗涤，并使用超纯水进行清洗，直至清洗液的pH值为中性。使用氮吹仪吹干光纤，向15 mL的比色管中加入10 mL 2%的3-Triethoxysilylpropyl succinic anhydride (TEPSA)/无水甲苯溶液，将处理好的光纤加入其中反应2 h，而后用无水甲苯洗三遍，用水冲洗三遍，然后放入纯水中放置2 h，此时光纤上修饰了氨基基团；将羧基化的光纤放入含50 mM NHS和200 mM EDC的溶液中，反应4 h活化羧基基团；直接取出活化后的光纤，放入500 μL of 0.5 μM带氨基的OTA核酸适体互补链溶液(5’-NH 2 –AAAAAAAAAAAATGTCCGATGCTC-3’)，反应过夜，取出光纤，用PBS缓冲溶液冲洗，再用0.5 mg/mL氨基乙醇封闭光纤，取出，放置4℃冰箱保存备用(制备过程如图2)。 2.3.2. 建立检测方法 将修饰完成的光纤探头安装在EWAB样品池中，使用10 mM Tris缓冲溶液配制100 nMCy5.5荧光基团标记的OTA核酸适体，将OTA核酸适体与缓冲溶液等比例混合，取300 μL混合液利用蠕动泵通入EWAB样品池，与光纤探头表面的互补链杂交300 s，EWAB能够检测到结合在光纤表面的核酸适体的荧光信号，此时响应的信号值为空白对照值。将OTA核酸适体与不同浓度OTA标准品等比例混合后，静置(预反应)适宜时间，OTA核酸适体与OTA将进行特异性结合，核酸适体发生适应性折叠，结合位点被占据，随后取300μL混合液通入EWAB样品池，与光纤上的杂交链结合300 s，记录EWAB检测到的荧光信号值，并与空白对照值进行比较。每组样品重复3次，取平均值。这种方法中光纤探头上的互补链和溶液中OTA将同时竞争结合Cy5.5标记的OTA核酸适体，因此称这种方法为核酸适体结构竞争法，原理图如图3。 2.3.3. 制作标准曲线 按照上述检测方法对0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10、50 μg/L不同浓度梯度的OTA标准品进行检测，平行样品间重复3次，并将EWAB检测的荧光信号归一化处理，使用origin软件进行Logistic四参数模型(常用生物方法中标准曲线的拟合模型)进行拟合，获得核酸适体非特异性吸附法检测OTA的标准曲线。 2.3.4. 实际样品的检测 本研究选取白酒作为实际样品，进行两个浓度的OTA加标-回收试验。取白酒适量，使用10 mM Tris缓冲溶液稀释10倍，添加OTA标准品至稀释后的样品中，使其浓度为0.2 μg/L，0.75 μg/L。按照上述实验方法对样品进行检测，记录荧光信号值。将测得的信号值带入标准曲线拟合所获得方程式中，进行 图2. 光纤探头的制备步骤示意图 图3. 核酸适体结构竞争法检测OTA原理示意图 定量计算。对每组平行样品重复3次，结果取平均值。
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user: 3. 实验结果与讨论 3.1. 建立检测方法与绘制标准曲线 利用OTA核酸适体结构竞争法进行OTA的检测，EWAB检测的实时检测曲线如图4。由图可知，OTA核酸适体分别与0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1、5、10、50 μg/L的OTA标准品反应后，EWAB检测到的荧光信号值发生了不同程度的下降，OTA标准品的浓度与荧光信号值呈反比关系。这是因为Cy5.5标记的核酸适体与OTA结合后，结合位点被占据，结构发生了适应性折叠，因此与光纤上的互补链结合量减小，导致EWAB检测到的荧光值下降。 随后将检测各浓度OTA标准品的荧光信号经归一化处理，通过origin软件中Logistic四参数模型对曲线进行拟合，模型如下 Y = A 1 − A 2 1 + ( X / X 0 ) + A 2 (1) 其中X、是待测物(标准品)的浓度，Y是X对应的信号值；A 1 、A 2 为常数，分别对应曲线上端渐近线(X = 0)和下端渐近线(X → ∞)；X 0 是常数，为曲线中点，又称拐点；P是曲线拐点处斜率，为拟合常数。定义最大信号的80%到20%时的区域为检测区间，最大信号的90%时浓度值为检测限。 在半对数体系下作出检测OTA标准样品的反S曲线，如图5，即为核酸适体结构竞争法使用100 nM OTA核酸适体检测OTA的标准曲线，线性检测区间为0.13 μg/L~2.89 μg/L，检测限为0.063 μg/L。 3.2. 实际样品的检测 根据所绘制的标准曲线，使用核酸适体结构竞争法对白酒中的OTA进行加标回收实验，并将所获得的荧光信号值带入绘制标准曲线所得到的公式中进行定量分析。并对样品的加标回收率进行计算，计算方法如下： P ( % ) = ( C 2 − C 1 ) / C 3 × 100 % (2) 其中P为样品加标回收率；C 1 为样品原始浓度的均值；C 2 为加标后样品浓度的均值；C 3 为实际的加标浓度。 获得检测实际样品中OTA的实验结果如表1。在实际样品检测中，白酒中的加标回收率在80%~120% 图4. EWAB响应的不同浓度OTA的荧光信号值 Table 1 Result of OTA detection in real drinks sample based on aptamer structure competitio 样品名称 原始浓度(μg/L) 加标水平(μg /L) 平均检出水平(μg /L) 平均回收率(%) 白酒 <0.01 0.2 0.17 80 0.75 0.84 110.67 表1. 核酸适体结构竞争法进行OTA实际样品加标-回收实验结果 图5. 核酸适体结构竞争法检测OTA的标准曲线 之间，表明此方法能够较好的应用到实际样品的检测中。
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user: 摘 要 内生放线菌是一类定殖于植物组织内部，不引起植物明显病害的放线菌。目前，农业中对内生放线菌的利用也越来越广泛，尤其是在生防、促生等作用方面有着重要的应用。本文对植物内生放线菌的直接及间接促生作用等方面的研究进展进行了综述，并对于内生放线菌所面临的问题和应用前景进行了展望。 关键词 :植物，内生放线菌，直接与间接促生作用 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 植物内生放线菌 放线菌是一类具有分枝状菌丝体的革兰氏阳性细菌，其细胞中(G + C)mol %含量较高，一般在55%以上，由于其菌落边缘呈放射状而得名。放线菌是一类介于细菌和丝状真菌之间又接近于细菌的原核生物，其主要分布于含水量少、含有机质丰富的中性或偏碱性的土壤中，在空气、水体、食草动物肠胃、植物组织内部等也有一定的分布 [ 1 ] 。放线菌在被发现时并未引起人们足够的重视，直到抗生素之父S.A. Waksman从土壤中分离出放线菌，并成功研制出卡介疫苗治愈肺结核病之后，放线菌才引起了人们极大的关注。放线菌与人类生活生产关系密切，且分布广泛、种类繁多、资源丰富，有着重要的研究及应用价值。 内生菌是一类在其全部或者部分生命阶段生长在健康植物组织内部，不会引起植物明显病症的真菌或细菌 [ 2 ] [ 3 ] 。但在植物衰老或者外界刺激的条件下，植物自身免疫能力下降，内生菌也可能会引起某些病症。Hallmann [ 4 ] 等将内生菌描述为能从表面消毒的植物组织内部提取出来的、不引起植物明显病症的微生物。此外，Azevedo以及Araújo [ 5 ] 等将内生菌定义为一类不论其在实验室环境中是否可培养的、定殖于植物组织内部的、不引起植物明显病症的、不在宿主表面出现某些特定结构的微生物。Schulz [ 6 ] 等认为，内生菌是一类会对宿主有利的微生物。Petrini [ 7 ] 提出，基本上所有植物都会共生有一种或几种内生菌。 内生菌可以在植物细胞中或在细胞间隙中定殖，与宿主植物或共生或寄生，亦或在几种关系中进行转变。植物内生菌占据有利的生态位，可以抵御植物自身的防御反应，并能与宿主以及感染宿主的病原微生物直接相互作用，为宿主植物提供全面有效的防护。内生菌与宿主这种复杂的互作方式也使得内生菌可以产生特殊的次级代谢产物，借助于信号传导作用对宿主施加影响。Hardoim [ 8 ] 等表示，内生菌与宿主植物互作的关键在于内生菌可以适当地增强植物的性状，调节植物的生理代谢，提高植物的环境适应能力。内生放线菌与其宿主植物关系的研究为增强农作物农艺性状、保护物种多样性等方面提供了新思路；内生放线菌的代谢产物复杂多样，对其相关代谢产物的深入研究，必将为发现、开发新型药物指明方向。充分研究和利用植物内生放线菌资源进行相关研究，拥有巨大潜力，前景十分广阔。
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user: 3. 内生放线菌在农业上的应用 近年来，生态农业的理念越来越受到重视。随着农药、化肥的大规模使用，生态环境遭受了严重污染，病原体生物的抗药性也逐渐增强。因此，寻求新型农用药剂迫在眉睫。生物农药对防治病虫害作用高效，不易使病原生物产生抗药性，对人畜毒性低，特异性强，残留量低，已成为了当前科学研究的热点。放线菌是人们最早应用到农业生产中的微生物，内生放线菌生活在植物体内的微小空间里，具有极丰富的生物多样性以及代谢产物多样性，具有应用于农业生产的潜力。 Shimizu [ 77 ] 等的研究表明，内生链霉菌可以帮助杜鹃组培苗抵御病原菌的入侵。卫矛科内生链霉菌可以产生新型氯吡咯以及氯化蒽酮，对多株耐药性细菌具有较强的抑制作用。Christopher Franco [ 78 ] 等的研究表明，内生放线菌可以有效提高大田小麦产量，并能防治小麦立枯病，可以很大程度上可以减少农业生产过程中对杀虫剂、杀菌剂的依赖。马强 [ 79 ] 分离获得的内生放线菌对黄瓜白粉病、番茄叶霉病有着较好的生防效果，同时也有较好的促生作用特性。李文华 [ 80 ] 从泽漆组织中分离到的内生放线菌具有明显的抗病毒活性。陈亚菲 [ 81 ] 的研究表明，内生放线菌在大田试验中可以有效地抑制油菜菌核病对宿主的侵染，具有很好的生防潜力。甘良 [ 82 ] 等研究表示，放线菌混合菌剂可以有效防治西瓜枯萎病，并对西瓜有良好的促生特性。艾草内生放线菌可以定殖在多种蔬菜组织内，并对白菜胚根的生长有一定的促进作用 [ 83 ] 。综上所述，内生放线菌丰富的种质资源为我们开发新型生物制剂提供了新的来源和思路，为建立建设环境友好型、可持续型新农业奠定了基础，值得我们进一步深入研究与探索。
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user: 4. 展望 近年来，研究者们对植物内生放线菌的生防、促生作用等方面进行了更为广泛的关注和研究。但是，内生放线菌活性代谢产物的实践应用尚还处在初始阶段，内生放线菌和宿主植物间的复杂作用机理也还尚未阐明，随着内生放线菌在农业、医学等各个方面的广泛应用，其一些相关的研究也势必会越来越深入，越来越热门。 目前，内生放线菌面临着一些科研及应用上的问题：一是内生放线菌的分离和筛选。由于目前有限的培养方法和筛选手段，使得许多内生放线菌都无法成功地在体外分离出来，发现新的内生放线菌的机会也就会相应减少。其次，内生放线菌在离开宿主组织后，其某些生物活性会丧失，如何最大限度的保留内生放线菌的生物活性，特别是能否在体外模拟内生菌与宿主共生关系，也是发现和挖掘新型内生放线菌、新型活性物质的过程中所存在的问题。最后，如何将促生、生防效果良好的内生放线菌进行实际应用，如何将内生菌制备成活性高、易保存的制剂也是亟须解决的问题之一。此外，在生产实践中还应注意对内生放线菌的适度使用，趋其利避其害，让内生放线菌的应用真正做到合理、可行、高效、无残留、无污染。 随着对内生放线菌研究的不断深入，内生放线菌将更广泛的应用于商业、农业生产及科学研究之中。丰富的多样性、丰富的次级代谢产物类型，都使得内生放线菌成为了极其重要的微生物种质资源。未来，内生放线菌作为环境友好型、可持续发展型的新型微生物资源将得到更广泛的应用，对人类的影响也将更加深远。
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user: 摘 要 微生物胞外多糖因具有独特的物化性质、流变学特性和生物安全性等优势而在工业生产与生活等多个领域具有广泛的应用价值，但是由于生产成本高、产量少等限制其广泛的应用，本文简述了产生胞外多糖的微生物菌种筛选、分离及培养，产糖条件的优化，胞外多糖的提取及分离纯化与微生物胞外多糖的应用等方面的研究进展，重点介绍了微生物胞外多糖代谢途径的研究现状。通过微生物胞外多糖的代谢途径的研究可以获得提高胞外多糖产量的方法，为微生物胞外多糖的工业化应用奠定基础。 关键词 :微生物胞外多糖，产糖菌，生物合成途径 Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 微生物多糖是细菌、真菌、蓝藻等微生物在代谢过程中产生的对微生物有保护作用的生物高聚物。它们能以脂多糖(Lipopolysaccharides， LPS)的O抗原的形式吸附在细胞膜表面，以荚膜多糖(Capsular polysaccharide， CPS)的形式粘附在细胞周围，或者以胞外多糖(Exopolysaccharide， EPS)的形式分泌至周围环境中。 人们对糖链的认识和研究始于19世纪初，但由于其结构复杂和研究手段的局限，多糖的研究远远滞后于蛋白质和核酸。1988年英国牛津大学的生物化学家Reymond Dwek首次提出了“糖生物学”(Glycobiology)这个概念，由此诞生了一个新的研究领域。20世纪50年代，Jeanes等人首次筛选获得了黄原胶(Xanthan gum)的产生菌；1964年，原田等人从土壤中分离得到了凝结多糖(Curdlan，又称热凝胶)产生菌，后来又发现了同样可以产生微生物多糖的农杆(Agrobacterium sp.)；1978年，美国人使用少动鞘脂类单胞菌(Sphingomonas paucimobilis)生产和获得了结冷胶(Gellan gum)；接着，人们又相继认识和发现了：短梗霉多糖(Pullulan，又称普鲁蓝)、透明质酸(Hyaluronic acid)、小核菌葡聚糖(Scleero glucan)和壳聚糖(Chitasan)等多种新的微生物多糖。 微生物多糖因具有独特的物化性质、流变学特性和生物安全性等优势而在工业生产与生活等多个领域具有广泛的应用价值，如作为生物化学调剖剂、食品添加剂、医药品、微生物絮凝剂等 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] 。近年来，随着人们对糖基化修饰在生命体中所起作用的认识逐步深入和糖类分析技术的提高，糖类研究正成为生命科学研究中又一新的前沿和热点。
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user: 2. 微生物胞外多糖的研究概况 2.1. 胞外多糖产生菌的筛选、分离 胞外多糖产生菌的种类比较多，根据目前报道：以细菌、放线菌、霉菌以及酵母菌等为主的胞外多糖产生菌已有数十种。李彬 [ 4 ] 在土壤中筛选分离出一株产胞外多糖菌株WL113，该菌株具有较好的抗氧化性及絮凝性，在化妆品及环境保护等领域具有潜在价值。王辑 [ 5 ] 在西藏灵菇中筛选分离出三株产胞外多糖(EPS)的较高的乳杆菌。其中，乳杆菌YW11的EPS具有较好的抗肿瘤和抗氧化活性，刘佳 [ 6 ] 在污泥中分离筛选出产絮凝多糖菌B-04，对于工业废水颗粒物、色度、浊度、COD等都有很好的处理效果，并探究了其在工业化应用的可能性。李丹妮 [ 7 ] 和吴美娟 [ 8 ] 在盐池底泥中筛选出絮凝菌H09和W03，通过核磁共振和红外光谱测定其絮凝产物为胞外多糖，并将其应用于镁基海水法烟气脱硫洗涤废液以及垃圾渗滤液和烟气脱硫废液的处理中。 2.2. 胞外多糖的生产工艺优化 在微生物胞外多糖合成过程中，遗传、生理和环境等因素都会影响多糖合成结果，其中，环境方面又包括物理、化学和生物等因素。培养基的温度、pH、碳氮源类型、无机盐、碳氮比以及通气量等条件因素也会对微生物胞外多糖的合成效率产生影响，因此，优化这些条件因素对于胞外多糖的合成具有重要意义。培养基中的营养会对胞外多糖合成产生直接影响，由于胞外多糖产生菌的种类不同，适宜其生长的培养基中的营养含量要求也存在差别。 在实验室中多糖发酵培养基的碳源原料多以葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、淀粉、乳糖以及果糖等为主。高爽 [ 9 ] 等人在研究碳源与氮源对中度嗜盐菌Halomonas sp. H09合成多糖的影响时，测得Halomonas sp. H09以葡萄糖为碳源，浓度为60 g/L时胞外多糖合成量最高为3.5 g/L，以(NH 4 ) 2 SO 4 为氮源，浓度为15 g/L时多糖合成量达到最高值：3.7 g/L。吴丹 [ 10 ] 在优化高效高产量生物絮凝剂产生菌MFX时得到最优发酵条件为：温度33℃，摇床转数 140 r/min，pH值7.5，种子液量7 mL，发酵时间21 h。唐家毅 [ 11 ] 对胶质类芽孢杆菌发酵PSB的条件进行优化，得到最适温度和最适pH值分别为28℃和8，最佳培养基为蔗糖139 g/L、Na 2 HPO 4 3.05 g/L、MgSO 4 0.167 g/L最大PSB产量为3.034 g/L，与金属离子补给培养基相比，PSB产量又提高了127%。Sanjukta Subudhi等人 [ 12 ] 优化了木糖氧化无色杆菌TERI L1，得到其最佳发酵条件是：酵母粉5 g/L，蛋白胨5 g/L，葡萄糖10 g/L，K 2 HPO 4 2 g/L，KH 2 PO 4 5 g/L，NH 4 Cl 1 g/L，MgSO 4 ·7H 2 O 0.5 g/L，NaCl 2.4 g/L，CaCO 3 2 g/L，温度为37℃，摇床转速为150 rpm，发酵时间为5 d。Jiewei Liu等人 [ 13 ] 对产絮凝多糖菌M-C11的发酵条件进行优化，得到最佳条件是：葡萄糖30 g/L，NaNO 3 2 g/L，MgSO 4 ·7H 2 O 0.5g/L，温度为25℃，pH值7.0。 在工业生产中如果能以含糖质较丰富的啤酒厂废水、味精废水、造纸厂废液、糖厂废糖蜜为发酵培养基原料，不仅能降低生产成本，还能够解决一些含碳氮有机物的环境污染问题。刘倩 [ 14 ] 在类芽孢杆菌A9产胞外多糖过程研究中，以味精废水代替培养基中的碳源和氮源，研究了营养物对微生物多糖产量的影响，结果表明：选用味精废水作为微生物培养基的碳源与氮源，多糖产量可以达到6.73 g/L。 2.3. 胞外多糖的提取及分离纯化 胞外多糖是在培养液中由产糖菌发酵产生的，这些物质容易被微生物所利用而分解变质。未经任何处理时，培养液一般只能保存短短的几天，所以要将培养液中的胞外多糖成分提取及分离纯化，以便于分析和长时间保存。胞外多糖的提取及分离纯化方法有多种，因多糖的具体物质成分、分布和结构而异，也与最终要求达到的纯度和使用的方法有关。 微生物多糖的提取方法有很多种，传统方法有水提法、酸提法、碱提法和酶提取法。其中大多数中性多糖都可以用水来提取，水提法耗时长、得率底，糖醛酸类多糖则通常使用弱碱性水溶液提取，酸碱溶液提取又容易使多糖的结构及活性遭到破坏，而由果胶酶、纤维素酶和中性蛋白酶按一定比例混合而成的复合酶对多糖进行提取该方法提取效率高、条件温和且多糖易于与杂质分离。除此之外，还有一些多种技术结合的新型提取方法：膜分离技术、超声波技术、双水相萃取技术、高压均浆技术和超临界流体萃取技术等 [ 15 ] 。 微生物胞外多糖的分离纯化同其他代谢产物的纯化方法一样，通常分为两步进行。首先，除去蛋白质；除蛋白质的方法有：Sevag法、三氯醋酸或鞋酸法、中性醋酸铅法、乙酸锌和亚铁氰化钾法以及三氟三氯乙烧法等 [ 16 ] 。然后将多糖粗制品溶解于水或者缓冲液中，透析去除小分子物质，通过离子交换、凝胶色谱、大孔吸附树脂柱等方法作进一步的纯化，最后真空干燥得到较纯品，或使多糖粗品形成配合物，多次溶解、沉淀，去除不溶物，透析纯化，最终得到较纯品 [ 17 ] 。 由于微生物胞外多糖的种类及发酵液的组成成分各不相同，所以微生物胞外多糖的分离纯化不能一概而论，需要针对不同的菌体产生的不同种类的微生物胞外多糖采取不同的分离纯化方法 [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] 。 2.4. 微生物胞外多糖的应用 随着人们对微生物胞外多糖研究的深入，微生物胞外多糖的应用已经扩展到食品、化工、医药、环境保护等多个领域。 黄原胶是由野油菜黄单胞杆菌发酵产生的胞外多糖，是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体的性能最优越的生物胶，对于提升食品口感、食品保鲜的方面具有良好的效果，因而广泛用于食品领域。除此之外，热凝胶、结冷胶、韦兰胶等微生物胞外多糖在食品、化工以及石油开采领域也有广泛的应用 [ 21 ] 。 大多数真菌多糖具有抗肿瘤、免疫调节、抗衰老、抗感染等生物学功能，进而能广泛的应用于医药领域。唐省三 [ 22 ] 等人研究发现，以猴头菇、香菇、茯苓三种真菌的多糖、葡萄籽多酚以及甘草酸组成的复合多糖可以明显的抑制荷瘤小鼠肿瘤；陈真 [ 23 ] 等人推测通过增强机体的细胞免疫功能，海洋真菌多糖YCP可以达到抑制肿瘤生长的作用；Zheng S.W [ 24 ] 等人研究发现铜藻的巨噬细胞RAW264.7分泌的多糖具有抗炎性。 此外，由于微生物多糖因具有安全、无毒、易降解、不产生二次污染等优点而作为絮凝剂应用于废水处理领域中。微生物多糖型絮凝剂主要用于高浓度无机废水、有机废水(淀粉废水、畜禽养殖废水、造纸废水、棉浆废水及啤酒废水等)、城市生活污水、活性污泥沉降性能的改善、微藻采集等的处理过程。虽然微生物多糖絮凝剂的应用研究已经涉及多种废水的处理，但是，在实际上并没有得到广泛的应用 [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] 。 微生物胞外多糖有很多优点：生产周期短，不受地理环境和气候等条件的限制、人工控制生产、还可以利用各种废渣和废液作为生产原料。为了增加对微生物絮凝多糖的进一步理解，不断开发其潜在性能，除了从微生物胞外多糖产生菌的筛选分离、胞外多糖合成工艺以及提纯、分离纯化等方面的研究外，对胞外多糖的合成调控基因及代谢途径的研究有助于了解微生物胞外多糖的合成机理，并对提高微生物胞外多糖产量具有重要意义。