CN113046395B - （2s,5s）-2,5-己二醇的生产工艺及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物工程领域，具体公开了一种（2S,5S）‑2,5‑己二醇的生产工艺及其应用。本发明实施例提供的（2S,5S）‑2,5‑己二醇的生产工艺是通过以2,5‑己二酮为反应初始底物，以酮还原酶作为催化剂，加入辅酶以及异丙醇构成反应体系进行催化反应，高效生成高浓度的(2S,5S)‑2,5‑己二醇，与使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5‑己二醇来获得（2S,5S）‑2,5‑己二醇的工艺相比，目的产物的转化率达到80%，产物的ee值＞99％，解决了现有的（2S,5S）‑2,5‑己二醇生产工艺存在目的产物转化率不高的问题，而且，反应操作简便，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程领域，具体是一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺及其应用。
背景技术
(2S,5S)-2,5-己二醇作为一种具有特定基团的光学活性醇，是合成许多手性药物和其他手性化学品的重要手性砌块，在医药和化工领域具有广泛的应用前景。其中，由于(2S,5S)-2,5-己二醇是具有光学活性的手性醇，不仅是降压药卡托普利、地尔硫卓的中间体，也是合成手性氨基酸、离子液体、手性醇等多种手性化合物的催化剂，同时也是手性双磷杂环戊烷配体(DuPHOS)的重要配体。因此，高效的生产(2S,5S)-2,5-己二醇，对于制备降压药、手性催化剂以及手性配体具有重要意义。
目前，国外工业化规模制备(2S,5S)-2,5-己二醇的方法，主要是使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇，但其目标产物的最终产量为25％，转化率低下。国内的(2S,5S)-2,5-己二醇生成工艺尚属空白。因此，上述的技术方案在实际应用中存在以下不足：现有(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺大多存在转化率不高的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，以解决上述背景技术中提出的现有的(2S,5S)-2,5-己二醇生产工艺存在目的产物转化率不高的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，包括以下步骤：
以2,5-己二酮为反应初始底物，以酮还原酶作为催化剂，加入辅酶以及异丙醇构成反应体系进行催化反应，得到目的产物，即所述(2S,5S)-2,5-己二醇。
具体的，所述(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺的合成路线如下：
作为本发明进一步的方案：所述酮还原酶是由酮还原酶基因编码的还原酶，其中，所述酮还原酶基因的核苷酸序列为SEQ ID No.1所示，所述酮还原酶的氨基酸序列为SEQID No.2所示。
具体的，所述SEQ ID No.1所示核苷酸序列为：
进一步的，所述SEQ ID No.2所示氨基酸序列为：
作为本发明再进一步的方案：所述催化反应的反应温度为所采用的酮还原酶所需的催化反应温度，具体可以参照现有技术进行合理选择，一般是在30-50℃，当然，也可以是其他的反应温度，这里并不在限定。
作为本发明再进一步的方案：所述以2,5-己二酮为反应初始底物是将反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在600-1200mol/L，进一步的是控制在800-900mol·L-1，优选的是控制在877mol·L-1左右。
作为本发明再进一步的方案：所述酮还原酶在所述反应体系中的浓度为20-80g/L，进一步的是40-60g/L。
优选的，所述酮还原酶在所述反应体系中的浓度为50g/L。
作为本发明再进一步的方案：所述辅酶在所述反应体系中的浓度为0.01-1g/L。
优选的，所述辅酶在所述反应体系中的浓度是0.1g/L。
作为本发明再进一步的方案：所述辅酶是NAD(nicotinamide adeninedinucleotide，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)或NADP(nicotinamide adenine dinucleotidephosphate，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸)。
优选的，所述辅酶是NAD。
作为本发明再进一步的方案：所述异丙醇(IPA，iso-Propyl alcohol)是作为催化反应中的氢供体，所述异丙醇的用量占所述反应体系总体积的60-99％v/v，进一步的是异丙醇的用量占所述反应体系总体积的70-90％v/v。
优选的，所述异丙醇的用量占所述反应体系总体积的80％v/v。
作为本发明再进一步的方案：在所述(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，还包括在催化反应过程中抽真空移除生成的丙酮并补加异丙醇以推动催化反应进行的步骤。
作为本发明再进一步的方案：在所述(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述催化反应为还原反应，历时20-100h，进一步的是历时40-60h，目的产物浓度达到700mol·L-1，即所述(2S,5S)-2,5-己二醇在所述反应体系中的浓度可以达到700mol·L-1。
优选的，所述催化反应的时间是48h。
作为本发明再进一步的方案：在所述(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，在所述催化反应完成后，目的产物(2S,5S)-2,5-己二醇在所述反应体系中的浓度不小于700mol·L-1，即转化率可以达到80％。
作为本发明再进一步的方案：在所述(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，在所述催化反应完成后，所述目的产物(2S,5S)-2,5-己二醇的ee(enantiomeric excess)值大于99％。
本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺制备得到的(2S,5S)-2,5-己二醇。
本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺在制备降压药和/或手性催化剂和/或手性配体中的应用。
作为本发明再进一步的方案：在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺在制备降压药和/或手性催化剂和/或手性配体中的应用中，可以将采用上述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺制备得到的(2S,5S)-2,5-己二醇作为手性砌块，进而作为降压药卡托普利、地尔硫卓的中间体进行合成降压药，也可以是作为手性化合物催化剂来合成手性氨基酸、离子液体、手性醇等多种手性化合物，还可以是作为手性双磷杂环戊烷配体(DuPHOS)的重要配体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明实施例提供的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺是通过生物催化还原2,5-己二酮，高效生成高浓度的(2S,5S)-2,5-己二醇，与使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇的工艺相比，目的产物的转化率达到80％，产物的ee值＞99％，解决了现有的(2S,5S)-2,5-己二醇生产工艺存在目的产物转化率不高的问题，而且，反应操作简便，绿色环保，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为现有技术中使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇的产物的气相色谱图。
图2为本发明一实施例提供的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中的(2S,5S)-2,5-己二醇转化率检测的色谱图。
图3为本发明一实施例提供的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中的(2S,5S)-2,5-己二醇手性检测的色谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，具体包括以下步骤：
以2,5-己二酮为反应初始底物，以酮还原酶(所述酮还原酶是由酮还原酶基因编码的还原酶，所述酮还原酶的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示，所述酮还原酶基因的核苷酸序列为SEQ ID No.1所示)作为催化剂，加入辅酶以及异丙醇构成反应体系进行催化反应，得到目的产物，即所述(2S,5S)-2,5-己二醇。具体的，反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在877mol·L-1左右，酮还原酶在所述反应体系中的浓度为50g/L，辅酶NAD在所述反应体系中的浓度为0.1g/L，加入占所述反应体系总体积的80％v/v的异丙醇，在反应中抽真空移除生成的丙酮，补加异丙醇推动反应，催化反应(即还原反应)历时48h，目的产物(2S,5S)-2,5-己二醇在所述反应体系中的浓度是700mol·L-1，即转化率可以达到80％，目的产物的ee值＞99％。
实施例2
一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，具体包括以下步骤：
以2,5-己二酮为反应初始底物，以酮还原酶(所述酮还原酶是由酮还原酶基因编码的还原酶，所述酮还原酶的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示，所述酮还原酶基因的核苷酸序列为SEQ ID No.1所示)作为催化剂，加入辅酶以及异丙醇构成反应体系进行催化反应，得到目的产物，即所述(2S,5S)-2,5-己二醇。具体的，反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在800mol·L-1左右，酮还原酶在所述反应体系中的浓度为40g/L，辅酶NAD在所述反应体系中的浓度为0.01g/L，加入占所述反应体系总体积的70％v/v的异丙醇，在反应中抽真空移除生成的丙酮，补加异丙醇推动反应，催化反应(即还原反应)历时40h。
实施例3
一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，具体包括以下步骤：
以2,5-己二酮为反应初始底物，以酮还原酶(所述酮还原酶是由酮还原酶基因编码的还原酶，所述酮还原酶的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示，所述酮还原酶基因的核苷酸序列为SEQ ID No.1所示)作为催化剂，加入辅酶以及异丙醇构成反应体系进行催化反应，得到目的产物，即所述(2S,5S)-2,5-己二醇。具体的，反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在900mol·L-1左右，酮还原酶在所述反应体系中的浓度为60g/L，辅酶NAD在所述反应体系中的浓度为1g/L，加入占所述反应体系总体积的90％v/v的异丙醇，在反应中抽真空移除生成的丙酮，补加异丙醇推动反应，催化反应(即还原反应)历时60h。
实施例4
与实施例1相比，除了催化反应的时间是40h，其他与实施例1相同。
实施例5
与实施例1相比，除了催化反应的时间是45h，其他与实施例1相同。
实施例6
与实施例1相比，除了催化反应的时间是50h，其他与实施例1相同。
实施例7
与实施例1相比，除了催化反应的时间是60h，其他与实施例1相同。
实施例8
与实施例1相比，除了反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在820mol·L-1，其他与实施例1相同。
实施例9
与实施例1相比，除了反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在850mol·L-1，其他与实施例1相同。
实施例10
与实施例1相比，除了反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在890mol·L-1，其他与实施例1相同。
实施例11
与实施例1相比，除了辅酶是NADP，且辅酶在反应体系中的浓度为0.05g/L，其他与实施例1相同。
实施例12
与实施例1相比，除了辅酶是NADP，且辅酶在反应体系中的浓度为0.5g/L，其他与实施例1相同。
实施例13
与实施例1相比，除了辅酶是NADP，且辅酶在反应体系中的浓度为0.8g/L，其他与实施例1相同。
实施例14
按照实施例3中的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺进行合成目的产物(2S,5S)-2,5-己二醇，同时将反应后的反应体系进行转化率检测，通过采用GC(气相色谱)进行分析，得到的转化率检测的色谱图(即纯度图谱)见图2所示。
其中，所述转化率检测的条件是：色谱柱为DB-WAX(规格30m×0.25μm×0.25mm)，列流是1.0mL/min，入口温度是250℃，检测器温度是300℃，分流比是20:1，注入量是3μL。根据图2所示的转化率检测的色谱图可以看出，采用本发明实施例中的生产工艺进行制备(2S,5S)-2,5-己二醇，转化率可达80％以上，整个反应只需一步合成，大大的简化了生产工艺。
实施例15
按照实施例3中的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺进行合成目的产物(2S,5S)-2,5-己二醇，同时将反应后的反应体系进行手性检测，通过采用GC(气相色谱)进行分析，得到的手性检测的色谱图(即手性图谱)见图3所示。
其中，所述手性检测的条件是：色谱柱为CP-Chirasil-Dex CB(CP7502)，色谱柱规格是25m×0.25μm×0.25μm，列流是1.0mL/min，入口温度是270℃，检测器温度是300℃，分流比是20:1，注入量是1μL。根据图3所示的手性检测的色谱图可以看出，采用本发明实施例中的生产工艺进行制备(2S,5S)-2,5-己二醇，手性选择性可达99％以上。
同时，现有技术中是使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇，该方法反应条件是初始浓度为20mmol/L的底物，经酵母转化48h后，HD得率为840％，目标产物S-HD的ee值为94.8％，对应得到的反应后的反应体系进行气相色谱分析，得到的气相色谱图见图1所示，其中，峰1是R-HD衍生物峰，峰2是S-HD衍生物峰，3是未知成分，可以看出，现有技术的缺点是成本高，收率低，产物回收复杂，浓度低，手性低，本发明的生产工艺与使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇中的差别很大，本发明能做到的底物浓度是使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇的方法中的43850倍，ee值也比其高，即本发明的反应体系中做到了高底物浓度877mol·L-1，转化率达到80％，产物的ee值＞99％，通过生物催化还原2,5-己二酮，高效生成高浓度的(2S,5S)-2,5-己二醇。
实施例16
与实施例1相比，除了反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在600mol·L-1，其他与实施例1相同。
实施例17
与实施例1相比，除了反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在1100mol·L-1，其他与实施例1相同。
实施例18
与实施例1相比，除了反应初始底物2,5-己二酮的浓度控制在1200mol·L-1，其他与实施例1相同。
实施例19
与实施例3相比，除了酮还原酶在所述反应体系中的浓度为40g/L，其他与实施例3相同。
实施例20
与实施例3相比，除了酮还原酶在所述反应体系中的浓度为20g/L，其他与实施例3相同。
实施例21
与实施例3相比，除了酮还原酶在所述反应体系中的浓度为70g/L，其他与实施例3相同。
实施例22
与实施例3相比，除了酮还原酶在所述反应体系中的浓度为80g/L，其他与实施例3相同。
实施例23
与实施例3相比，除了是加入占所述反应体系总体积的60％v/v的异丙醇，其他与实施例3相同。
实施例24
与实施例3相比，除了是加入占所述反应体系总体积的99％v/v的异丙醇，其他与实施例3相同。
实施例25
与实施例1相比，除了催化反应的时间是20h，其他与实施例1相同。
实施例6
与实施例1相比，除了催化反应的时间是100h，其他与实施例1相同。
由上述结果可知，本发明实施例提供的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，与现有技术中的使用脂肪酶水解拆分外消旋2,5-己二醇来获得(2S,5S)-2,5-己二醇的工艺相比，具有成本低，收率高，手性高，产物回收简单的优点，具有广阔的市场前景。
上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
序列表
<110> 宁波酶赛生物工程有限公司
<120> （2S,5S）-2,5-己二醇的生产工艺及其应用
<160> 2
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 759
<212> DNA
<213> Leifsonia sp.
<400> 1
atggctcaat atgacgttgc tgatcgttcg gctatcgtta cgggtggtgg ctctggcatc 60
ggtcgtgctg ttgctctgac gctggctgct tccggtgcgg ccgttctggt caccgatctg 120
aacgaagaac atgctcaggc ggtggttgcc gaaattgaag cagctggcgg taaagcagcg 180
gcgctggcgg gtgatgtgac ggacccggca tttggtgaag ccagcgttgc cggtgcaaat 240
gctctggcac cgctgaaaat tgcagtcaac aatgctggta tcggcggtga agctgcgacc 300
gtgggcgatt atagtctgga ctcctggcgt acggtgatcg aagttaacct gaatgcggtg 360
ttttatggta tgcagccgca actgaaagcc atggccgcaa acggcggtgg cgcaattgtg 420
aatatggctt caatcctggg ttcggttggc ttcgcgaaca gctctgccta tgtcaccgcg 480
aaacatgccc tgctgggcct gacgcaaaat gctgcgctgg aatacgccgc agataaagtt 540
cgtgtcgtgg cggtcggtcc gggctttatt cgcaccccgc tggttgaagc caacctgagt 600
gccgacgcac tggctttcct ggaaggtaaa cacgcactgg gtcgcctggg cgaaccggaa 660
gaagtcgcga gcctggtggc attcctggct tctgatgcgg cgtcgtttat cacgggctcg 720
tatcacctgg tcgatggcgg ctacacggca cagtagtaa 759
<210> 2
<211> 251
<212> PRT
<213> Leifsonia sp.
<400> 2
Met Ala Gln Tyr Asp Val Ala Asp Arg Ser Ala Ile Val Thr Gly Gly
1 5 10 15
Gly Ser Gly Ile Gly Arg Ala Val Ala Leu Thr Leu Ala Ala Ser Gly
20 25 30
Ala Ala Val Leu Val Thr Asp Leu Asn Glu Glu His Ala Gln Ala Val
35 40 45
Val Ala Glu Ile Glu Ala Ala Gly Gly Lys Ala Ala Ala Leu Ala Gly
50 55 60
Asp Val Thr Asp Pro Ala Phe Gly Glu Ala Ser Val Ala Gly Ala Asn
65 70 75 80
Ala Leu Ala Pro Leu Lys Ile Ala Val Asn Asn Ala Gly Ile Gly Gly
85 90 95
Glu Ala Ala Thr Val Gly Asp Tyr Ser Leu Asp Ser Trp Arg Thr Val
100 105 110
Ile Glu Val Asn Leu Asn Ala Val Phe Tyr Gly Met Gln Pro Gln Leu
115 120 125
Lys Ala Met Ala Ala Asn Gly Gly Gly Ala Ile Val Asn Met Ala Ser
130 135 140
Ile Leu Gly Ser Val Gly Phe Ala Asn Ser Ser Ala Tyr Val Thr Ala
145 150 155 160
Lys His Ala Leu Leu Gly Leu Thr Gln Asn Ala Ala Leu Glu Tyr Ala
165 170 175
Ala Asp Lys Val Arg Val Val Ala Val Gly Pro Gly Phe Ile Arg Thr
180 185 190
Pro Leu Val Glu Ala Asn Leu Ser Ala Asp Ala Leu Ala Phe Leu Glu
195 200 205
Gly Lys His Ala Leu Gly Arg Leu Gly Glu Pro Glu Glu Val Ala Ser
210 215 220
Leu Val Ala Phe Leu Ala Ser Asp Ala Ala Ser Phe Ile Thr Gly Ser
225 230 235 240
Tyr His Leu Val Asp Gly Gly Tyr Thr Ala Gln
245 250
Claims (9)
1.一种(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：以2,5-己二酮为反应初始底物，以酮还原酶作为催化剂，加入辅酶以及异丙醇构成反应体系进行催化反应，得到所述(2S,5S)-2,5-己二醇；
所述酮还原酶是由酮还原酶基因编码的还原酶；
其中，所述酮还原酶基因的核苷酸序列为SEQ ID No.1所示，所述酮还原酶的氨基酸序列为SEQ ID No.2所示。
2.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述以2,5-己二酮为反应初始底物是将反应初始底物的浓度控制在600-1200mol/L。
3.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述酮还原酶在所述反应体系中的浓度为20-80g/L。
4.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述辅酶是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸或烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。
5.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述辅酶在所述反应体系中的浓度为0.01-1g/L。
6.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述异丙醇的用量占所述反应体系总体积的40-95％v/v。
7.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，还包括在催化反应过程中抽真空移除生成的丙酮并补加异丙醇以推动催化反应进行的步骤。
8.根据权利要求1所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺，其特征在于，在所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺中，所述催化反应的时间是20-100h，且在所述催化反应完成后，(2S,5S)-2,5-己二醇在所述反应体系中的浓度不小于700mol/L。
9.一种如权利要求1-8任一所述的(2S,5S)-2,5-己二醇的生产工艺在制备降压药和/或手性催化剂和/或手性配体中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN101289679A (zh) * | 2007-11-20 | 2008-10-22 | 华侨大学 | (2s,5s)-2,5-己二醇的生物不对称合成方法 |
| CN107119081A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-01 | 复旦大学 | 一种制备（r）‑3‑羟基‑5‑己烯酸酯的方法 |
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2021
- 2021-03-18 CN CN202110292276.1A patent/CN113046395B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101289679A (zh) * | 2007-11-20 | 2008-10-22 | 华侨大学 | (2s,5s)-2,5-己二醇的生物不对称合成方法 |
| CN107119081A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-01 | 复旦大学 | 一种制备（r）‑3‑羟基‑5‑己烯酸酯的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ACCESSION ID: BAD99642.1， short chain alcohol dehydrogenase;genebank database;《genebank database》;20050614;序列部分 * |
| 杜美妮等.脱氢/还原酶及其辅酶再生循环的研究进展.《发酵科技通讯》.2020,(第03期), * |
| 气相色谱法测定酵母转化2,5-己二酮发酵液中的主要成分;肖美添等;《分析试验室》;20090201(第02期);全文 * |
| 脱氢/还原酶及其辅酶再生循环的研究进展;杜美妮等;《发酵科技通讯》;20200925(第03期);第148页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113046395A (zh) | 2021-06-29 |
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