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水源圖像檢測(cè)和分類在監(jiān)測(cè)和識(shí)別河流冰災(zāi)、洪水、垃圾污染和死水等方面有很多應(yīng)用。然而，海水、河水、湖水和池塘這些稱之為干凈水源的圖像，可能和一些污染水源的圖像重疊，加之冰雪天氣下水體結(jié)冰等因素的存在，使得水源圖像分類的問題更加復(fù)雜。在這些情況下，精確的水資源圖像檢測(cè)和分類就顯得至關(guān)重要。本項(xiàng)目基于RGB圖像對(duì)水源進(jìn)行分類，達(dá)到水污染檢測(cè)的目的。本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出一種新的圖像頻率域分塊方法，將圖像之間的細(xì)微變化放大，有效地提取圖像的紋理特征，區(qū)分污染水源圖像和干凈水源圖像，并且對(duì)水體

超濾技術(shù)主要用于含分子量100～1000,000的物質(zhì)的分離，是目前應(yīng)用最廣的膜分離過程之一。超濾是通過膜的篩分作用，將溶液中粒徑大于膜孔徑的大分子溶質(zhì)截留，使小分子組分透過超濾膜，達(dá)到分離目的的膜過程。超濾作為一種新型高效的膜分離技術(shù)，具有無相變、操作條件溫和、無第三組分引入、工藝流程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分離技術(shù)，如精餾、蒸發(fā)、萃取、結(jié)晶等過程，但是超濾過程中的膜污染嚴(yán)重限制了超濾在分離領(lǐng)域的更廣泛應(yīng)用。國(guó)際純粹和應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì) IUPAC 將膜污染定義為由于懸浮物或可溶性物質(zhì)通過物理化學(xué)作用或者機(jī)械作用，在膜的表面及膜孔內(nèi)部吸附或沉積，導(dǎo)致膜孔堵塞或變小、膜通量降低的過程。目前，解決高分子超濾膜污染的根本途徑是開發(fā)低污染超濾膜，包括開發(fā)新型高分子材料及對(duì)現(xiàn)有超濾膜進(jìn)行表面改性。前者制膜成本較高，并在大規(guī)模應(yīng)用上存在困難。而對(duì)現(xiàn)有膜進(jìn)行表面改性則成為解決高分子超濾膜膜污染的有效途徑。

積極地從血液中去除β2-MG可以有效地預(yù)防和治療DRA。 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 β2微球蛋白(β2-Microglobulin，β2-MG)是由淋巴細(xì)胞、血小板、多形核白細(xì)胞產(chǎn)生的一種小分子球蛋白，是主要組織相容性復(fù)合物(MHC-Ⅰ )的輕鏈部分，由99個(gè)氨基酸組成，分子量為11.8KD，半徑1 .6nm，可以從腎小球自由濾過，99.9％在近端腎小管吸收，并在腎小管上皮細(xì)胞中分解破壞。正常人血清中β2-MG的含量是0 .5～3mg/L。長(zhǎng)期接受透析治療的腎損傷患者體內(nèi)β2-MG容易產(chǎn)生積聚，從而引發(fā)透析相關(guān)性淀粉樣病變(DialysisRelated Amyloidosis，DRA)。病理?xiàng)l件下，腎損傷患者血液中的β2-MG的含量是正常水平的50-60倍，約為84mg ,主要癥狀表現(xiàn)為關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)周圍組織淀粉樣蛋白的沉積，從而導(dǎo)致骨骼和關(guān)節(jié)的病原性病變。透析多年的腎病患者，DRA臨床癥狀包括腕管綜合征(CTS)、骨關(guān)節(jié)病、破壞性關(guān)節(jié)病、囊性骨病和病理骨折。血液透析治療15年以上的患者，將出現(xiàn)系統(tǒng)性淀粉樣病變。因此，積極地從血液中去除β2-MG被認(rèn)為是有效地預(yù)防和治療DRA。

近年來，我國(guó)突發(fā)性重大環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生，對(duì)國(guó)民健康、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。從我國(guó)當(dāng)前重大環(huán)境污染事件發(fā)生的實(shí)際狀況出發(fā)，研究開發(fā)重大環(huán)境污染事件特征污染物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，是提升我國(guó)環(huán)境保護(hù)技術(shù)水平，推進(jìn)環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的迫切要求。特征污染物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)作為應(yīng)對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染事件的前提，首先要求判斷污染物的種類，利用快速檢測(cè)手段給出定性、半定量和定量的檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)污染事件的危害程度和污染范圍等。開發(fā)一套功能完善、便攜、快速的特征污染物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)決策、減少污染危害程度等具有極其重要的意義。本課題采用納米生物技術(shù)、電化學(xué)或光化學(xué)傳感技術(shù)和信息技術(shù)，并將其有機(jī)組合，建立環(huán)境污染事件的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，最終形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)境污染物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)和儀器裝備，為國(guó)家環(huán)境安全和人民健康提供保障。

技術(shù)團(tuán)隊(duì)圍繞污染場(chǎng)地環(huán)境土壤評(píng)估與修復(fù)通過環(huán)境修復(fù)新材料及修復(fù) 新技術(shù)的創(chuàng)新融合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)研發(fā)、技術(shù)服務(wù)、技術(shù)應(yīng)用的協(xié)同創(chuàng)新。通過 研發(fā)環(huán)境修復(fù)新技術(shù)與新產(chǎn)品，通過項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)用及推廣已形成一整套污染 場(chǎng)地治理修復(fù)技術(shù)，項(xiàng)目可培育出完整的產(chǎn)業(yè)鏈，并最終有望形成國(guó)內(nèi)具有競(jìng) 爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群。

熒光技術(shù)是近 20 年來興起的新型分析方法，靈敏度高、適用范圍廣。污水和水體的熒光光譜是多物質(zhì)產(chǎn)生的復(fù)合光譜，它們與水樣唯一對(duì)應(yīng)，被稱為“水質(zhì)熒光指紋”，簡(jiǎn)稱“水紋”。該法在污染性質(zhì)快速判斷方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。熒光指紋是水樣內(nèi)蘊(yùn)特征的反映，還攜帶了有機(jī)物總量信息，可作為新型的水質(zhì)表征方法。課題組從 2003年開始從事水紋研究，在清華大學(xué)基礎(chǔ)研究基金、教育部科技重點(diǎn)項(xiàng)目、清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目、國(guó)家重大水專項(xiàng)等項(xiàng)目資助下，掌握了數(shù)百種水紋，創(chuàng)新性開發(fā)出基于水紋比對(duì)的新型預(yù)警和污染識(shí)別原理，并研發(fā)出污染預(yù)警溯源儀。獲得 2 項(xiàng)發(fā)明專利，第 16 屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)高校展區(qū)二等獎(jiǎng)。

1 成果簡(jiǎn)介我國(guó)水污染事故頻發(fā)， 以有機(jī)污染為主。現(xiàn)有技術(shù)不能迅速確定污染類型，因此事故發(fā)生后無法迅速采取恰當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)， 是產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)和環(huán)境損失以及負(fù)面國(guó)際影響的主要原因。為維護(hù)水環(huán)境安全，保障人民生活和生產(chǎn)， 需要一種能迅速確定污染類型的、環(huán)境友好的水體有機(jī)污染預(yù)警技術(shù)。 水質(zhì)指紋與水樣唯一對(duì)應(yīng)， 簡(jiǎn)稱水紋。課題組從 2003 年開始從事水紋研究，在清華大學(xué)基礎(chǔ)研究基金、教育部科技重點(diǎn)項(xiàng)目、教育部清華大學(xué)自主研究項(xiàng)目、國(guó)家十一五重大水專項(xiàng)等項(xiàng)目資助下， 掌握了上百種水紋，創(chuàng)新性開發(fā)出基于水紋比對(duì)的新型污染識(shí)別原理，并研發(fā)出有機(jī)污染溯源儀，填補(bǔ)了迅速確定污染類型的儀器的空白。該儀器由水紋采集儀、水紋比對(duì)軟件和豐富的水紋數(shù)據(jù)庫(kù)組成，可以識(shí)別數(shù)十種有機(jī)污染類型。儀器的特點(diǎn)如下：自動(dòng)取樣，自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)比對(duì)；數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)人性化，可以自動(dòng)添加新指紋；數(shù)據(jù)自動(dòng)保存；水紋采集儀性能穩(wěn)定，使用、維護(hù)簡(jiǎn)便，當(dāng)儀器光源老化時(shí)，自動(dòng)提示更換等。上述優(yōu)點(diǎn)表明該儀器既適合在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，也可以作為監(jiān)測(cè)車和實(shí)驗(yàn)室的專用儀器。查新表明，國(guó)內(nèi)外目前尚未發(fā)現(xiàn)有相似原理的儀器。 性能參數(shù)：靈敏度高，信噪比達(dá)到 250；完成一次溯源任務(wù)不足 15 分鐘，測(cè)量時(shí)間短，重現(xiàn)性好；工作溫度/濕度 15-350℃， 45-80%（不可有冷凝現(xiàn)象，350℃以上時(shí)濕度為 70%以下)；不加任何試劑，取樣量少，不產(chǎn)生二次污染；連續(xù) 24 小時(shí)使用耗電僅數(shù)度，成本低。 圖1 有機(jī)污染預(yù)警溯源儀2 應(yīng)用說明2011 年 7 月至 2012 年 3 月，水質(zhì)有機(jī)污染溯源預(yù)警儀在京杭運(yùn)河江蘇蘇州段進(jìn)行了為期 3 個(gè)月的實(shí)地連續(xù)測(cè)試運(yùn)行， 儀器檢測(cè)出數(shù)次水質(zhì)異常，并及時(shí)進(jìn)行了報(bào)警， 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，該儀器能夠靈敏、及時(shí)地監(jiān)測(cè)到污染的發(fā)生和變化， 預(yù)警迅速，并能給污染類型的信息，對(duì)于快速確定有針對(duì)性的采取污染應(yīng)對(duì)措施大有益處。 目前正在太湖水源地進(jìn)行示范運(yùn)行。 儀器經(jīng)過了權(quán)威第三方的檢測(cè)。3 效益分析由于目前國(guó)內(nèi)外尚無同類產(chǎn)品，而污染預(yù)警和溯源的需求比較迫切，因此本儀器具有較大的推廣空間。本儀器價(jià)格每臺(tái)約 60 萬元。而本儀器運(yùn)行穩(wěn)定、靈敏?？傮w上，儀器成本低，維護(hù)省，快速，無二次污染， 24 小時(shí)連續(xù)使用，運(yùn)行費(fèi)每月在 3000 元左右，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

化學(xué)化工與材料、生命科學(xué)類等研究與實(shí)踐應(yīng)用中，在對(duì)樣品進(jìn)行凍干處理時(shí)必須用到冰凍干燥儀，傳統(tǒng)冰凍干燥儀由真空泵（油泵）、制冷壓縮機(jī)（-55℃——-60℃）、保護(hù)瓶及樣品室等主要部件組成。該設(shè)備的凍干原理是：通過油泵創(chuàng)造一個(gè)真空環(huán)境，加速冰凍生物樣品（≤-20℃）中的水分子的升華；通過制冷壓縮機(jī)將升華的水分子再次冷凝于-55℃——-60℃的冷阱中，以免與油泵中起密封作用的機(jī)油混合。近年來，該設(shè)備的改進(jìn)主要僅是將樣品冷凍單元并入，實(shí)現(xiàn)冷凍、干燥、參數(shù)控制一體化的原位制冷但成本高，不便小規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用。 傳統(tǒng)冰凍干燥儀的不足之處主要體現(xiàn)在以下5個(gè)方面：①能耗高，油泵運(yùn)轉(zhuǎn)、制冷機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)都高耗能；②使用繁瑣，不便捷。機(jī)油需要定期更換；③污染嚴(yán)重，這種污染主要是油泵啟動(dòng)初期，大量油煙從排氣口噴出，造成嚴(yán)重的污染；④不便移動(dòng)，為了將油煙排到戶外，通常要連接并固定一根長(zhǎng)管到戶外，導(dǎo)致移動(dòng)不便；⑤噪音大、耗能高，自連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的油泵和短時(shí)停運(yùn)的制冷機(jī)需耗能并產(chǎn)生大量噪音。 與傳統(tǒng)冰凍干燥儀器相比，本實(shí)用新型具有低能耗、低噪音、無污染、便于移動(dòng)、使用與維護(hù)簡(jiǎn)單、工作量低等優(yōu)點(diǎn)，在處理不易受溫度制約樣品的小型干燥儀方面有一定的創(chuàng)新性、優(yōu)越性與市場(chǎng)推廣應(yīng)用價(jià)值，有持續(xù)性的市場(chǎng)應(yīng)用前景。目前在本單位內(nèi)部實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際應(yīng)用中取得了良好效果。 圖1.本項(xiàng)目自制的一體式凍干機(jī)

一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡(jiǎn)介 近年來隨著我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展和長(zhǎng)江黃河大保護(hù)等政策的頒布實(shí)施，高污染行業(yè)逐步關(guān)停，產(chǎn)生大量工業(yè)污染場(chǎng)地?；ば袠I(yè)退役場(chǎng)地由于其生產(chǎn)工藝復(fù)雜、污染程度較高，亟待合理修復(fù)，降低風(fēng)險(xiǎn)，以滿足土地再利用的要求。然而，這些場(chǎng)地通常具有芳烴、石油烴、鹵代物、重金屬等復(fù)合污染特征，難以通過單一技術(shù)一步完成修復(fù)。因此，針對(duì)工業(yè)遺留場(chǎng)地有機(jī)-重金屬?gòu)?fù)合重度污染土壤需要快速修復(fù)的需求。

南開大學(xué)劉陽(yáng)研究員與天津醫(yī)科大學(xué)康春生教授合作在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊NanoLetters（DOI:10.1021/acs.nanolett.8b03644）上發(fā)表文章，提出了一種新型的納米復(fù)合材料（NC-KLVFF），可有效清除Aβ毒性寡聚體，并減輕Aβ誘導(dǎo)的AD小鼠的神經(jīng)毒性。該納米復(fù)合材料為表面集成有Aβ捕捉肽（KLVFF）的小粒徑納米顆粒（圖2b，14±4nm）。這種納米復(fù)合材料將KLVFF通過原位聚合交聯(lián)在血清蛋白質(zhì)分子表面（圖2a），與Aβ共培養(yǎng)可顯著改變Aβ寡聚體的形貌，進(jìn)而形成Aβ/NC-KLVFF納米團(tuán)簇而不是Aβ寡聚體。隨著病理性Aβ寡聚體的減少，納米復(fù)合材料減輕了Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷，并恢復(fù)了腦內(nèi)小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬Aβ的能力，最終保護(hù)了海馬神經(jīng)元免受凋亡。研究人員考察了NC-KLVFF在減輕神經(jīng)毒性和促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞清除方面的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明NC-KLVFF通過與Aβ作用形成納米團(tuán)簇體，顯著減輕了Aβ對(duì)神經(jīng)元細(xì)胞膜的黏附，進(jìn)而減小了對(duì)神經(jīng)元的損傷（圖3a,b）。在小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)Aβ的吞噬實(shí)驗(yàn)中，也觀察到Aβ/NC-KLVFF納米團(tuán)簇體展現(xiàn)出更易被內(nèi)在化的特點(diǎn)（圖3c,e）。