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山东港口青岛港：打造智慧绿色港口 赋能高质量发展******

　　【稳经济 促发展】

　　“新年第一天在泊作业船舶11条，靠离船舶22艘次，作业箱量突破3万标箱！其中，有10条船舶是服务RCEP各国家的船舶。”1月1日，在作业码头坚守岗位的山东港口青岛港QQCT操作三大队队长孙江说，RCEP（区域全面经济伙伴关系协定）实施一年来，RCEP方向操作箱量保持稳定增长态势。

　　2022年日韩、东南亚、澳大利亚等重点RCEP国家外贸进出口箱量同比增幅保持在10%以上，其中到澳大利亚地区的外贸箱量同比增长20%。这是山东港口青岛港打造智慧绿色港口赋能高质量发展带来的喜人成果。

　　山东港口青岛港总经理李武成接受科技日报记者采访时表示，站在2023年新起点，山东港口青岛港将深入贯彻落实党的二十大精神，创新打造世界一流的智慧港口、绿色港口，赋能高质量发展，为中国式现代化贡献港口力量。

　　勇攀科技高峰，标注“中国高度”

　　1月1日，在“达飞瓦斯科达伽马”轮作业中，山东港口青岛港码头船时效率达到218自然箱/小时，在“长标”轮作业中，船时效率达到226自然箱/小时，均创近两个月作业效率新高。

　　山东港口青岛港智慧绿色港口建设进入“加速度”阶段。

　　一年前，山东省科技厅、山东省交通运输厅与山东港口签订山东省重大科技创新工程“智慧港口科技示范工程”项目任务书，作为项目参研单位之一的山东港口青岛港，签订课题攻关任务书，为全年“提能级、带产业、攻关核心技术”吹响号角——

　　列出智慧大脑平台建设和智慧港口试点任务、山东智慧港口重大科技创新示范工程、岸电服务体系、LNG供应服务体系、智慧港口科技示范、“氢进万家”氢能港口关键技术集成与示范工程等港口科技创新项目……

　　累计建成92套5G基站，应用港口大型设备远程控制、智能理货、海上信号覆盖等10大场景，港口信息网络全面进入5G时代；综合运用地理信息、物联网、数字孪生、大数据分析等技术，率先在全国沿海港口实现“电子海图、港区测绘图、路网图、遥感影像图”“四图合一”，实现全港区各生产要素的数字化，建成港口生产调度与安全管控“一张图”；打造“云港通”口岸智能化生态服务平台，成为连接港口、航运、物流、客户的绿色纽带，实现口岸单证电子化、通关物流服务线上化……

　　去年9月，山东港口自主研发的全自动化集装箱码头智能管控系统A-TOS发布启用，实现从底层软硬件到上层应用关键核心技术的完全自主可控；全智引领，“类人脑”进行生产指挥调度、规划决策和系统的测试运维，以“九大创新技术”抢占智慧绿色港口发展制高点；全向超越，确立“五大优势”，“毫秒级”刷新响应，无感升级，生产操作、设备控制、信息处理三位一体智能管控，智能配载效率提升17倍以上，实现“从0到1”的创新突破，各项指标全面超越拥有30多年应用历史的国外同类产品。

　　科技赋能更多作业领域

　　元旦这一天，山东港口青岛港干散货智慧码头一片繁忙景象。

　　作为全国首个涵盖智慧调度、智慧库场、智慧设备、智慧皮带流程全系统干散货智慧码头，卸船机、堆取料机等机械设备远程自动化改造亮点纷呈，挖掘机、装载机远程自动化试点应用，专业干散货设备自动化率达到55%。

　　“伟丽创新团队”带头人赵伟丽谈到干散货智慧码头的改造过程时表示，强化团队科技攻关，用科技手段把职工从高强度的现场劳动中解放出来，让传统码头改造在技术的创新运用中加快升级。

　　搭平台，延链条，山东港口青岛港让科技力量应用在更多作业领域——

　　集装箱码头自动化建设提速建设，桥吊、轨道吊等设备远程自动化升级改造加快推进，集装箱设备自动化率达到41%，打造了国内最大规模轨道吊自动化改造示范应用；无人清扫车、油电混合智能拖轮、散装冻鱼卸船等多场景自动化作业探索和应用，实现新突破；拖轮调度由人工调度转变为智能调度，整体能耗降低5%以上；集装箱集疏运实现智能化调度，车辆空驶率降低15%；建立皮带流程无人化智能巡检系统，创新油品装车作业八大安全联锁，消除人机交叉作业等安全隐患……

　　智慧绿色成为港口高质量发展的亮丽底色

　　近来，山东港口青岛港先后荣获国家环境友好企业、全国首批“绿色港口”等荣誉称号，下属公司中QQCTN、QDOT荣获“亚太绿色港口”称号，QQCTU、QQCT荣获“四星级中国绿色港口”称号……

　　这些荣誉，彰显了山东港口青岛港智慧绿色发展能力不断增强。

　　在山东港口青岛港，能源供给“多元化”，能源使用“清洁化”——

　　启动了氢能集卡、轨道吊研究工作，山东港口青岛港在国内率先实现氢能集卡实景测试，全球首创氢能自动化轨道吊；承接“氢进万家”项目课题，开展氢能港口关键技术集成及示范研究工作；完成全国首座港口加氢站建设，集装箱公司引进3台氢能集卡进行测试，还将引进20辆氢能集卡开展示范应用……

　　风能、太阳能推广应用遍地开花，山东港口青岛港自动化码头以纯电动作业模式为基础，将氢能、空轨等前沿技术融入港口生产，打造首个风电一体化示范项目，一期完成桥吊机房、建筑物、车棚等部位光伏改造约3600平方米，建设2座120千瓦小型风机，年发电量约90万千瓦时……

　　如今，在山东港口青岛港，从生产到生活，处处是清洁能源的“身影”——岸电泊位覆盖率达到100%；停车场充电桩为港区电动机械、汽车提供充电支持，国内首创桥吊机房光伏改造并全港区推广，仓库、建筑物、设备设施顶部光伏改造加快推进，140余台轮胎吊、吊车完成“油改电”……  （本报记者 王健高　实习记者 宋迎迎　通讯员 春修 兰坤 李强）

诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）