垃圾填埋场地下水中生物自修复进程的分子监测

垃圾渗滤液对地下水的污染是一个严重的环境问题。地下水生态系统是一个以细菌为主的生物多样性系统，一旦受到污染，细菌利用污染物进行氧化还原反应的生物自修复过程随即开始，原有的细菌种群结构和数量将发生巨大的变化。但到目前为止的研究还未能确切反映垃圾填埋场地下水的生物自修复进程。本研究将以上海老港垃圾填埋场地下水为研究对象，应用16S rDNA 的PCR扩增、DGGE指纹图谱分析、分子克隆测序和种属专一性探针杂交技术并结合水质化学分析，建立分子监测技术平台，监测特征细菌种群结构变化与污染的关系，获得垃圾填埋场地下水中不同特征细菌种群结构的动态分布，反映不同地下水区域的氧化还原反应状态及变化趋势，从而准确预测受污染地下水的微生物自修复进程，为主动生物修复提供必要的数据和信息。同时为正确指导垃圾填埋场的设计和操作运行提供依据，为进一步发展快速方便实用的分子监测试剂盒提供基础。 2100433B

本项目拟对基于分子自组装微球的自修复水泥材料进行研究。将组合化学技术、计算机辅助设计技术以及量子化学计算相结合，设计用于合成能聚合成自修复微球的功能单体；筛选及改造合适的修复液，利用分子自组装技术，将获得的功能单体和修复液聚合成具有自修复功能的微球。进一步对自修复微球对混凝土环境的适应性、破裂强度的控制、微球与水泥基体的相容性等进行研究，用制备的各系列微球配制自修复混凝土，研究分子自组装微球的自修复效果，优化自修复微球的制备工艺。研究分子自组装微球破裂强度与应力的响应关系、自修复功能的可重复性（持续性）。通过本项目研究，揭示分子自组装微球对混凝土裂缝自修复的机理，为水泥混凝土裂缝的有效自修复提供理论依据。

本项目对基于分子自组装微球的自修复水泥材料进行了研究。通过利用分子自组装技术构建化学传感器，掌握分子自组装技术的理论与实验技巧以及传感技术，为本项目的基于分子自组装微球的自修复水泥材料的研究奠定必备和良好的研究基础。在此基础上，设计合成了能聚合成自修复微球的功能单体；筛选及改造合适的修复液，优化了最佳反应条件，囊材与芯材的比例，研究了微球形貌的对修复能力的影响。利用分子自组装技术，将获得的功能单体和胶黏剂聚合成具有自修复功能的微球。制备的水泥自修复微球，用于水泥混凝土材料的修复具有优异的效果，提高了自修复微球对混凝土环境的适应性、破裂强度的控制、微球与水泥基体的相容性。用制备的微球配制到自修复混凝土，内置微球大大提高了水泥砂浆强度及其自修复能力，促进了分子自组装微球的自修复效果，同时研究了矿物掺合料对内置微球砂浆损伤自修复能力影响，优化了自修复微球的制备工艺。通过本项目研究，揭示了分子自组装微球对混凝土裂缝自修复的机理，为水泥混凝土裂缝等的有效自修复提供理论依据。本项目的研究内容与结果撰写发明专利1项（公开，并已完成审查意见的修改），相关内容撰写发明专利3项(已授权)；发表学术论文总计27篇，其中被SCI收录22篇，被EI收录2篇，被ISTP收录 1篇。

混凝土裂缝是引起结构耐久性下降的重要因素，因此开展裂缝及时自修复研究有重要意义。本项目将微生物在混凝土拌合时预先添加，一旦混凝土开裂，在环境氧、湿或光的激发下休眠的微生物能迅速复活，将混凝土中预埋的底物转化为矿物，填充裂缝空隙，实现自修复。主要研究内容包括：自修复矿化微生物的分离、筛选、驯化和固载；自修复效果的表征及工艺因素对自修复效果及其耐久性的影响；休眠和复活的控制基因及基因工程调控方法；微生物对修复矿物质形成的作用及机理等。通过研究，在技术基础层面上探明混凝土裂缝自愈合材料的配方和工艺参数；在科学层面上，揭示自修复矿化微生物的休眠、复活调控基因，探明休眠、复活时长的预测方法，揭示混凝土服役环境因素对预埋微生物的影响规律以及修复矿物形成机理。结合研究，发表SCI和EI收录论文20篇，授权发明专利5件以上，至少培养博士、硕士研究生6名。