垃圾填埋場地下水中生物自修復(fù)進程的分子監(jiān)測

垃圾滲濾液對地下水的污染是一個嚴重的環(huán)境問題。地下水生態(tài)系統(tǒng)是一個以細菌為主的生物多樣性系統(tǒng)，一旦受到污染，細菌利用污染物進行氧化還原反應(yīng)的生物自修復(fù)過程隨即開始，原有的細菌種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量將發(fā)生巨大的變化。但到目前為止的研究還未能確切反映垃圾填埋場地下水的生物自修復(fù)進程。本研究將以上海老港垃圾填埋場地下水為研究對象，應(yīng)用16S rDNA 的PCR擴增、DGGE指紋圖譜分析、分子克隆測序和種屬專一性探針雜交技術(shù)并結(jié)合水質(zhì)化學(xué)分析，建立分子監(jiān)測技術(shù)平臺，監(jiān)測特征細菌種群結(jié)構(gòu)變化與污染的關(guān)系，獲得垃圾填埋場地下水中不同特征細菌種群結(jié)構(gòu)的動態(tài)分布，反映不同地下水區(qū)域的氧化還原反應(yīng)狀態(tài)及變化趨勢，從而準確預(yù)測受污染地下水的微生物自修復(fù)進程，為主動生物修復(fù)提供必要的數(shù)據(jù)和信息。同時為正確指導(dǎo)垃圾填埋場的設(shè)計和操作運行提供依據(jù)，為進一步發(fā)展快速方便實用的分子監(jiān)測試劑盒提供基礎(chǔ)。 2100433B

本項目擬對基于分子自組裝微球的自修復(fù)水泥材料進行研究。將組合化學(xué)技術(shù)、計算機輔助設(shè)計技術(shù)以及量子化學(xué)計算相結(jié)合，設(shè)計用于合成能聚合成自修復(fù)微球的功能單體；篩選及改造合適的修復(fù)液，利用分子自組裝技術(shù)，將獲得的功能單體和修復(fù)液聚合成具有自修復(fù)功能的微球。進一步對自修復(fù)微球?qū)炷镰h(huán)境的適應(yīng)性、破裂強度的控制、微球與水泥基體的相容性等進行研究，用制備的各系列微球配制自修復(fù)混凝土，研究分子自組裝微球的自修復(fù)效果，優(yōu)化自修復(fù)微球的制備工藝。研究分子自組裝微球破裂強度與應(yīng)力的響應(yīng)關(guān)系、自修復(fù)功能的可重復(fù)性（持續(xù)性）。通過本項目研究，揭示分子自組裝微球?qū)炷亮芽p自修復(fù)的機理，為水泥混凝土裂縫的有效自修復(fù)提供理論依據(jù)。

本項目對基于分子自組裝微球的自修復(fù)水泥材料進行了研究。通過利用分子自組裝技術(shù)構(gòu)建化學(xué)傳感器，掌握分子自組裝技術(shù)的理論與實驗技巧以及傳感技術(shù)，為本項目的基于分子自組裝微球的自修復(fù)水泥材料的研究奠定必備和良好的研究基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計合成了能聚合成自修復(fù)微球的功能單體；篩選及改造合適的修復(fù)液，優(yōu)化了最佳反應(yīng)條件，囊材與芯材的比例，研究了微球形貌的對修復(fù)能力的影響。利用分子自組裝技術(shù)，將獲得的功能單體和膠黏劑聚合成具有自修復(fù)功能的微球。制備的水泥自修復(fù)微球，用于水泥混凝土材料的修復(fù)具有優(yōu)異的效果，提高了自修復(fù)微球?qū)炷镰h(huán)境的適應(yīng)性、破裂強度的控制、微球與水泥基體的相容性。用制備的微球配制到自修復(fù)混凝土，內(nèi)置微球大大提高了水泥砂漿強度及其自修復(fù)能力，促進了分子自組裝微球的自修復(fù)效果，同時研究了礦物摻合料對內(nèi)置微球砂漿損傷自修復(fù)能力影響，優(yōu)化了自修復(fù)微球的制備工藝。通過本項目研究，揭示了分子自組裝微球?qū)炷亮芽p自修復(fù)的機理，為水泥混凝土裂縫等的有效自修復(fù)提供理論依據(jù)。本項目的研究內(nèi)容與結(jié)果撰寫發(fā)明專利1項（公開，并已完成審查意見的修改），相關(guān)內(nèi)容撰寫發(fā)明專利3項(已授權(quán))；發(fā)表學(xué)術(shù)論文總計27篇，其中被SCI收錄22篇，被EI收錄2篇，被ISTP收錄 1篇。

混凝土裂縫是引起結(jié)構(gòu)耐久性下降的重要因素，因此開展裂縫及時自修復(fù)研究有重要意義。本項目將微生物在混凝土拌合時預(yù)先添加，一旦混凝土開裂，在環(huán)境氧、濕或光的激發(fā)下休眠的微生物能迅速復(fù)活，將混凝土中預(yù)埋的底物轉(zhuǎn)化為礦物，填充裂縫空隙，實現(xiàn)自修復(fù)。主要研究內(nèi)容包括：自修復(fù)礦化微生物的分離、篩選、馴化和固載；自修復(fù)效果的表征及工藝因素對自修復(fù)效果及其耐久性的影響；休眠和復(fù)活的控制基因及基因工程調(diào)控方法；微生物對修復(fù)礦物質(zhì)形成的作用及機理等。通過研究，在技術(shù)基礎(chǔ)層面上探明混凝土裂縫自愈合材料的配方和工藝參數(shù)；在科學(xué)層面上，揭示自修復(fù)礦化微生物的休眠、復(fù)活調(diào)控基因，探明休眠、復(fù)活時長的預(yù)測方法，揭示混凝土服役環(huán)境因素對預(yù)埋微生物的影響規(guī)律以及修復(fù)礦物形成機理。結(jié)合研究，發(fā)表SCI和EI收錄論文20篇，授權(quán)發(fā)明專利5件以上，至少培養(yǎng)博士、碩士研究生6名。