液质优化和优质J液收集系统

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近年来,人工智能技术对蛋白质结构预测与功能设计领域产生了颠覆性的影响。合成生物学家开始突破天然氨基酸的限制,将高阶的化学变化引入到蛋白质的设计空间中。



合成生命体往往具有高度复杂性,这决定了其需要海量的工程化试错性实验,即需要快速、低成本、多循环地完成“设计—构建—测试—学习”这一闭环。丹纳赫生命科学拥有一系列的细胞培养和蛋白表达分析解决方案,为扩展人类设计、合成生物大分子元件的能力提供支撑。

图1 自动化高通量合成生物学工作流程(细胞培养、蛋白表达)


细胞培养与蛋白表达


阳性克隆接种

Qpix微生物克隆筛选系统,根据荧光信号对克隆进行有目的的、定量性的筛选,然后完成阳性克隆的复制及重排。

震荡培养

阳性单克隆菌落被转移到装有1.5-1.7ml LB+Carb100培养基的96孔深孔培养板中进行放大(37℃条件下震荡培养)。

QC-OD值检测

转移培养菌液至酶标板中读数菌液浓度。

诱导表达

转接菌液连续培养,加入诱导剂诱导表达,通过微流控高通量微型生物反应器,检测蛋白表达量,获取高表达菌种(菌种筛选),完成培养基优化。

离心富集

高速离心分离菌体和发酵上清。

裂解菌体

自动化工作站96通道加样器,将重悬菌体中加入裂解液即可。

定量

自动化工作站Span8灵活8通道加样器分装检测试剂,96通道加样器加入菌液上清,振荡恒温孵育反应,转移至酶标板检测菌液浓度OD600和GFP蛋白表达量。

ELISA/酶反应

自动化工作站整合酶标仪,检测和定量抗体、蛋白质、激素或肽,以及表征蛋白质-蛋白质和蛋白质-核酸相互作用。

质谱检测

蛋白组靶向(定量)和非靶向(定性)检测。

图2 合成生物学测试工具-自动化整合系统


微流控高通量微型生物反应器

合成生物学整体解决方案中,微流控高通量微型生物反应器的功能包含:震荡培养、OD值检测、诱导表达。同时,还可以完成微生物培养工艺优化。

BioLector Pro通过将已有的高通量微型反应控制技术与创新的微流控芯片技术相结合,从而可实现补料分批发酵功能。该功能采用32位可补料微孔板配合非侵入式光学传感器进行操作。BioLector Pro采用一次性48位微孔板和32位补料微孔板,具有平行培养实时动态监测生物量、荧光、酸碱度 (pH) 和溶氧值(DO) 数据的功能,同时还能通过微阀和微流控通道控制 pH 和补料速率。这款微流控板非常独特,能实现在32位补料微孔板上的持续补料和 pH控制, 无需安装管道和液体处理设备, 并已预先经过伽马射线灭菌。

图3 微生物生长所需的最佳浓度


自动化工作站

合成生物学具有实验量大、通量高、周期长等特点,对实验室的设备、实验人员及数据跟踪系统,都提出了很高的要求。Biomek i7 自动化工作站旨在优化工作流程并增加中高通量实验室的操作效率。可以将液体处理工作站转变为工作流自动化解决方案,从单个酶标仪整合到一个完整的多设备自动化系统。针对整合液体处理系统,我们提供质量控制的产品开发流程,包括深入的工作流程分析,优化工作流程,并满足合成生物学整体解决方案的需求、挑战和目标。目前已成功整合超 300 个第三方设备,这些设备来自 60 多家制造商的不同实验室环境。

图4 自动化工作站的应用场景


多功能检测平台

SpectraMax i3x多功能酶标仪是构建完整的合成生物学实验室解决方案的基石。它内置高能LED和高能氙灯双光路系统,大大扩展合成生物学的研究领域。标配有行业领先的数据采集和分析软件SoftMax®Pro 7,针对主流各种试剂检测进行了相应的优化。除了具有全波长光吸收、全波长荧光、全波长化学发光检测功能以外,还兼容了模块化升级功能,用户可以根据需要随意升级至 Western Blot、细胞成像和带有注射器模式下的快速动力学检测等。

图5 含有质粒 pMV 158 - GFP 的粪肠球菌菌株OG1RF,连续18个小时动力学监测细菌的生长情况及荧光蛋白表达情况


SCIEX Triple QuadTM & QTRAP ® 系统

SCIEX 质谱产品包括三重四级杆质谱、离子阱质谱、高分辨质谱等,适用于合成生物学研究领域。使用已建立的方法来分析合成生物学不同阶段产物的含量及变化趋势,从而验证研究人员前期的设计和构建结果(基因组装和分子克隆)。

SCIEX LC-MS/MS 系统拥有多项专利技术,利用全新设计的高能检测器,提升液质联用定量分析的灵敏度、准确性。无论分析的化合物质量高低,极性正负,均能体验到这些显著优势。只需一次进样,就能得到可靠的分析数据。


SCIEX LC-MS\MS在合成代谢网络研究的应用


Step1:预测不同辅酶a的MRM list:

根据文献的裂解规律和实际采集的标准品的MSMS,建立MRMlist,将辅酶a结构上的特征转化为质谱中的特定的质荷比离子信号;基于已有的辅酶a的质谱检测方法,预测一类的辅酶a的结构。

图6 辅酶a分子结构特征,断裂位点,MRMlist


Step2:建立QTRAP 独有的MRM-IDA-EPI方法,发现并鉴定辅酶a

已获取的MRMlist和QTRAP获得的EPI的数据,通过对比二级图谱,完成化合物定性分析。

图7 色谱&质谱条件


a


b


c

图8 乙酰辅酶a MSMS


合成生物学领域的核心科学问题是设计与合成可预测的生命体。丹纳赫生命科学合成生物学整体解决方案可以为海量的工程化试错提供关键科学手段,推动我国生命科学技术能力实现从认识生命表象到掌握复杂生命本质、从定性描述向定量预测、从单一维度向多维度生物功能检测、从单一层次向多层次生物仪器开发、从基础研究向医学转化应用的战略转变。


至今为止,美国政府已支持设立 3 个大型合成生物学研究中心,英国政府已经资助 6 个大型合成生物学研究中心。德国、荷兰、日本、新加坡、澳大利亚等国也在紧密跟进。在各大研究中心与学术机构中,一般都搭建有生物铸造厂作为核心。这些合成生物学自动化设施平台既用于加速学术研究,也用于推动产业发展(表1)


表1 全球学术机构的知名合成生物学自动化设施平台


参考文献:

1、Clarke L J, Kitney R I. Synthetic biology in the UK - An outline of plans and progress. Synthetic and Systems Biotechnology, 2016, 1(4): 243-257.


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新华社贵阳7月20日电 题:小作坊随意回收,正规企业“吃不饱”——每年数百万吨废旧铅酸电池流向何方?

新华社“新华视点”记者向定杰、肖艳、杨欣

近年来,非法收购、拆解废旧铅酸电池的案例屡见不鲜。“新华视点”记者调查发现,废旧铅酸电池对环境污染严重,有的犯罪嫌疑人获利1000万元,但后续恢复生态需要花2000万元。

据业内保守估计,我国每年产生的废旧铅酸电池达数百万吨。它们流向了何处?

“游击队”收集,小作坊加工

铅酸电池广泛应用于电动车、通讯基站等领域,使用寿命一般在两年左右。中国化学与物理电源行业协会储能应用分会秘书长刘勇介绍,我国每年“退役”的废旧铅酸电池约有300万吨。

废旧铅酸电池因含铅及铅酸液等物质,可能导致大气、水体、土壤严重污染,被国家列为危险废物。根据我国固体废物污染环境防治法要求,从事收集、贮存、利用、处置危险废物经营活动的单位,应申请取得许可证。

记者在贵州省贵阳市多个电动摩托车市场走访发现,有的商户对相关规定不了解,往往将废旧铅酸电池直接卖给无资质小商小贩。“以前有人开面包车来收,最近有政府工作人员上门调查,我们才知道废旧铅酸电池不能乱卖。”一位经营电动车的店主说。

“一些大的店是我们监管的重点。难就难在那些小门面,这些个体户文化程度有限,也不愿花时间去清点登记、填转移联单、网上申报;他们把废旧铅酸电池当成了一般废品,谁出价高就给谁。”黔南州生态环境局惠水分局副局长樊龙江说。

那些收废品的“游击队”把收来的废旧铅酸电池送到哪里去了呢?业内人士说,其中小部分卖给了有资质的回收企业,大部分流向地下小作坊加工;这些小作坊把铅极板留下、酸液直接倾倒,不仅利用率低,而且环境污染风险大。

景德镇市洪源镇洪源村内一加工厂从事非法收集废铅酸电池。图片来自景德镇市生态环境局

“最近随着铅价上涨,地下加工的现象有所反弹。”刘勇说,从“游击队”到地下小作坊,已形成完整产业链;地下小作坊没有环保等成本,利润丰厚,给的收购价比正规企业高。

去年5月,生态环境部通报福建一起非法处置危险废物案。经查,霞浦县一加工厂未取得废旧铅酸电池处置许可就从事拆解熔炼;自2019年12月投产以来,共采购废旧铅酸电池130余吨,已拆解56.54吨,销售铅锭收入80余万元。

去年12月,西安市中级人民法院审理了一起无资质回收利用废旧电瓶污染环境犯罪案件。据检察机关指控,被告人对大量废旧铅酸电瓶拆解时,对环境造成了严重污染,销售非法炼铅所得铅锭的金额达到1亿多元。

今年5月份,江西省吉水县人民法院审理了一起废旧铅酸电池非法回收处置案件。法院经审理查明,陈某、黄某、曾某租赁位于吉水县某乡镇水泥厂内的一处厂棚非法拆解废旧铅酸电池、提炼还原粗铅牟利。被当地公安、环保部门查处时,他们共拆解130余吨废旧电池,产生9吨多废硫酸水。经鉴定,非法炼铅过程中产生的废气含铅烟铅尘、二氧化硫,其浓度分别超出排放标准的60倍、13680倍;同时,还对厂区内部和周边的土壤造成重金属污染。

正规企业审批环节多、流程长

铅酸液就地倾倒,停工一年气味仍刺鼻……在2018年江苏查处的一起非法铅冶炼案中,犯罪嫌疑人回收、拆解废旧铅酸电池15000余吨,获利1000余万元,恢复生态则需要2000万元。

江苏省淮安市2018年查处的一处非法铅冶炼点的厂房内部。新华社记者 朱国亮 摄

刘勇说,每年“退役”的废旧铅酸电池,经正规渠道回收的仅有30%左右。据业内人士估计,贵州省每年就要产生废旧铅酸电池15万吨、约180万个。据贵州省生态环境厅公布的数据,截至2019年底,全省废旧铅酸电池回收利用企业有22家,年经营能力89.5万吨,但2019年只回收利用了6.35万吨。

记者调研发现,正规企业从事废旧铅酸电池回收,除了要求有许可证,还必须配套建设专用仓库、付出更高的物流费用,而小商小贩以及非法炼铅小作坊没有环保、税收等成本,做生意更有优势。这导致有资质的企业往往“吃不饱”,生存艰难。

贵州某工业园区内的一家金属加工有限公司,是全省最早一批取得危险废物经营许可证的企业之一。“占地100多亩,设计年经营规模是5000吨。为达到环保要求,公司一直在技改,最近每年投入都在上千万元。”公司董事长告诉记者,现在的问题是根本没那么多货,仓库很少能堆满。

铜仁市生态环境局碧江分局局长毛瑞起也表示:“现在环境准入门槛比较高,有规划环评的化工园区才能接受这些企业。但如果企业在收集过程中走规范化程序,利润空间就很低。”

记者查阅环保部门对业内一些企业下达的行政处罚决定书,发现问题主要涉及未设置危险废物识别标志、未按规定填报危险废物转运联单等方面。

多措并举提高规范收集处理率

当前,我国正开展危险废物专项整治三年行动。受访人士认为,在有关部门介入下,非法回收、拆解废旧铅酸电池的行为有所收敛,接下来应疏堵结合,不断提高规范收集处理率。

仙桃市生态环境局对非法收集贮存废旧铅酸电池商户实施查封扣押。图片来自仙桃市生态环境局

铅酸电池回收涉及环保、交通、公安、市场监管等单位。黔南州生态环境局惠水分局生态环境综合执法大队负责人杨卫华等执法人员建议,加强部门间信息共享和联动执法机制,除纳入重点监管的企业外,下一步要聚焦小作坊的非法回收、转移、经营行为;通过拉网式排查、发动群众举报等手段,一旦发现坚决惩处。

“每块电池都有溯源码,就像人的身份证。”毛瑞起建议,进一步健全电池回收体系,加大对电池生产厂家回收网络的考核,对电池回收予以奖励,反之要追究责任。

业内专家建议,相关部门应进一步简政放权。记者了解到,在国家危险废物名录(2021年版)中,已经对未破损的废铅酸电池在运输环节给予了豁免管理。一些干部表示,还需要进一步简政放权。比如,对各地开发的转移联单审批系统,社会公众知晓率、使用率较低;而且由于环保部门人手短缺,往往难以做到及时审批。

“跨省转移的程序更多,企业根本等不起。”一些正规回收企业建议,国家层面应开发统一的转移申报系统,畅通废旧铅酸电池合法回收渠道;同时,完善相关补贴政策,扶持正规收储企业发展。