生物制造技術(shù)(未完成版)課件

生工1402生物制造技術(shù)制作人：王敬文，孫亞武，楊澤林，賈雨辰主講人：熊加松定義主要指生物體制造，是運(yùn)用現(xiàn)代制造科學(xué)和生命科學(xué)的原理和方法，通過(guò)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)簇的直接和間接受控組裝，完成具有新陳代謝特征的生命體成形和制造，經(jīng)培養(yǎng)和訓(xùn)練，完成用以修復(fù)或替代人體病損組織，器官和仿生產(chǎn)品的制造。狹義包括仿生制造、生物質(zhì)和生物體制造，涉及生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的制造科學(xué)和技術(shù)均可視為生物制造，用BM-Bio-manufacturing表示。廣義生物制造是指以生物體機(jī)能進(jìn)行大規(guī)模物質(zhì)加工與物質(zhì)轉(zhuǎn)化、為社會(huì)發(fā)展提供工業(yè)商品的新行業(yè)，是以微生物細(xì)胞或以酶蛋白為催化劑進(jìn)行化學(xué)品合成、或以生物質(zhì)為原料轉(zhuǎn)化合成能源化學(xué)品與材料，促使能源與化學(xué)品脫離石油化學(xué)工業(yè)路線的新模式。它以生命科學(xué)的最新發(fā)展為基礎(chǔ)，以設(shè)計(jì)和改造生物體為核心，通過(guò)生物技術(shù)與制造技術(shù)的結(jié)合，以先進(jìn)、高效、環(huán)境友好的方式規(guī)?；a(chǎn)人類所需的能源與化學(xué)品。工業(yè)生物制造是生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分生物制造工程歷史早在1995年,生物制造的概念就被提出了21世紀(jì)制造業(yè)挑戰(zhàn)展望委員會(huì)”主席J．Bollinger博士于1998年提出了生物制造的概念。中國(guó)學(xué)者也于2000年提到了生物制造。可見(jiàn)生物制造的概念早已備受關(guān)注。然而，由于概念的定義和內(nèi)涵不夠清晰，對(duì)于制造業(yè)的發(fā)展沒(méi)有起到太多的指導(dǎo)作用。真正意義上的生物制造工程的概念是隨著制造業(yè)尤其是快速原型技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)中應(yīng)用的日漸深入，而逐漸明確起來(lái)。前景作為學(xué)科交叉的細(xì)胞簇的三維受控組裝技術(shù)已成為目前十分有希望的內(nèi)臟人工制造技術(shù)之一,如種類繁多的不同類型細(xì)胞的精確三維排布(輸運(yùn)、控制、連接和發(fā)育問(wèn)題);不同基因組在不同時(shí)間、不同位置表達(dá)的誘導(dǎo)問(wèn)題等。這些間題在相當(dāng)程度上涉及生命的形成和進(jìn)化的本質(zhì)。預(yù)計(jì)到2020年,隨著生命科學(xué)與制造科學(xué)交叉發(fā)展,人工制造人體全功能內(nèi)臟器官機(jī)理將能闡明。

根據(jù)人們的意愿創(chuàng)造出更多新生命體生物制造與傳統(tǒng)制造的區(qū)別就在于生物制造處理的對(duì)象不僅是具有生物活性、生物相容性的材料，而且還包括了具有特定生命力的細(xì)胞或組織材料復(fù)合體，這其中涉及的科學(xué)問(wèn)題除了基本的制造問(wèn)題外還有更多材料細(xì)胞單元的受控組裝機(jī)理、條件和功能實(shí)現(xiàn)等。生物制造——經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的助力車當(dāng)前，我國(guó)處于工業(yè)化進(jìn)程加速時(shí)期，面臨著嚴(yán)峻的資源與環(huán)境壓力，迫切需要推進(jìn)溫室氣體減排，構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)．生物制造技術(shù)的進(jìn)步，將有利于我國(guó)傳統(tǒng)化工、醫(yī)藥等行業(yè)擺脫能耗高、物耗高、污染嚴(yán)重等困境，實(shí)現(xiàn)相關(guān)制造產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展．生物制造產(chǎn)業(yè)立足于中國(guó)特色創(chuàng)新發(fā)展，將成為拉動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛的重要引擎．抓住生物科技發(fā)展的機(jī)遇，把生物制造業(yè)作為重點(diǎn)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展，對(duì)緩解經(jīng)濟(jì)發(fā)展瓶頸制約，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目標(biāo)具有重大戰(zhàn)略意義．人工器官制造的研究及應(yīng)用1.1生物制造流程醫(yī)用CT機(jī)掃描獲取數(shù)據(jù)CT數(shù)據(jù)預(yù)處理獲取有用數(shù)據(jù)CAD幾何模型的建立內(nèi)部微細(xì)結(jié)構(gòu)仿生建模后處理技術(shù)和材料準(zhǔn)備快速成形技術(shù)生成實(shí)體模型生物生長(zhǎng)因子植入及其培養(yǎng)具有生物活性的器官或組織1.3細(xì)胞打印技術(shù)細(xì)胞,器官打印的概念首先由美國(guó)南卡羅來(lái)納大學(xué)的研究者提出，Organovo公司在世界上首次開(kāi)發(fā)出了商業(yè)化的細(xì)胞,器官打印設(shè)備，并成功用于人工活性血管的打印成形，目前該公司正利用該技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜器官的立體成形研究國(guó)內(nèi)清華大學(xué)采用微滴噴射工藝，將肝臟細(xì)胞與生物基質(zhì)材料(殼聚糖、明膠等)混合物進(jìn)行三維受控組裝，形成具有簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的肝細(xì)胞L水凝膠復(fù)合體生物材料的研究與開(kāi)發(fā)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展具有極其重要的意義,生物材料具有很高的附加值,每公斤達(dá)1200—150000美元,而同期建筑材料僅為0.1—1.2美元,宇航材料也僅100—1200美元2.1器官芯片什么是器官芯片器官芯片應(yīng)用實(shí)例器官芯片發(fā)展前景2.11什么是器官芯片動(dòng)物實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)與生物學(xué)中占據(jù)了極為重要的位置，但是經(jīng)費(fèi)以及動(dòng)物倫理也成了難以回避的問(wèn)題。哈佛大學(xué)韋斯研究所的生物工程師們?cè)噲D減少甚至取代昂貴而耗時(shí)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)——他們結(jié)合電子技術(shù)與生物科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造出了一種“器官芯片”，希望能夠用微芯片復(fù)制人體器官的功能，使醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)變得更為簡(jiǎn)便。2.12器官芯片應(yīng)用實(shí)例美國(guó)哈佛大學(xué)WYSS研究所的Ingher課題組通過(guò)模擬自然肺的微觀結(jié)構(gòu)與作用機(jī)理，成功開(kāi)發(fā)出了人工肺芯片(lung-on-a-chip)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該芯片可對(duì)肺炎及肺感染等疾病產(chǎn)生相應(yīng)的生理反應(yīng)，也驗(yàn)證了采用該芯片進(jìn)行新藥毒性檢測(cè)的可行性2.13器官芯片發(fā)展前景這些芯片的制作與最近興起的“芯片實(shí)驗(yàn)室”（LoC）技術(shù)息息相關(guān)，結(jié)合了微流體技術(shù)和硅芯片技術(shù)，大大加速了生物系統(tǒng)的分析過(guò)程。在藥物測(cè)試方面，“器官芯片”的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)：他們可以極高程度地模擬真正的人體測(cè)試，同時(shí)透明的芯片能讓觀測(cè)變得非常容易。更重要的是，這些“器官芯片”可以幫助人們更好地了解和處理疾病。很多種人類疾病是沒(méi)有動(dòng)物模型可供測(cè)試的。如果我們能夠完美模擬內(nèi)臟的運(yùn)作，那么是不是可以將這些芯片植入人體來(lái)增強(qiáng)甚至替代現(xiàn)有器官呢？又或者，未來(lái)的某一天我們可以將一大堆“器官芯片”組裝到一起，創(chuàng)造出一個(gè)完整“人體芯片”？/article/249424/

單細(xì)胞硅藻,廣泛分布于地球的江河湖海等水域,繁殖速度快(呈指數(shù)生長(zhǎng))其細(xì)胞壁為透明的氧化硅外殼這種殼體結(jié)構(gòu)機(jī)械強(qiáng)度良好,形體豐富,具有多級(jí)微納米孔隙和微結(jié)構(gòu)、巨大比較面積和多種光學(xué)特性,是生物制造的新素材利用生物制造方法加工硅藻殼體并實(shí)現(xiàn)功能可控,其中的理論與制造問(wèn)題亟待研究.硅藻的特性與硅藻殼體結(jié)構(gòu)1.1硅藻土硅藻土質(zhì)輕、多孔、相對(duì)密度小，純凈干燥的硅藻土相對(duì)密度僅為0.4-0.9g/cm3孔徑分布范圍大，空隙率高，吸附液體的能力強(qiáng)能吸附自身質(zhì)量的1.5-4倍的液體對(duì)聲、熱、電的傳導(dǎo)性能都極差所以具有強(qiáng)吸附、隔音隔熱、漂白及高熔點(diǎn)（1600—-1750）的特性，其化學(xué)穩(wěn)定性高，除溶于氫氟酸外不溶于任何強(qiáng)酸，易溶于堿2.2硅藻微納結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀硅藻殼體作為一種新型功能材料受到各學(xué)科的廣泛關(guān)注(生物、材料、微納、化學(xué)、物理、機(jī)械、醫(yī)學(xué)等),在十余年期間,其研究成果已初步應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、微納制造、光機(jī)電器件、半導(dǎo)體、計(jì)算機(jī)等學(xué)科行業(yè),獲得了豐富的科技成果和一定的商業(yè)利益.Gordon在專著《DiatomNanotechnology:SpecialIssue》的序言中列舉了硅藻納米技術(shù)關(guān)注的七項(xiàng)熱點(diǎn)問(wèn)題,其中許多研究與應(yīng)用仍處在探索和發(fā)展階段,大多成果仍未走出實(shí)驗(yàn)室.我國(guó)生物制藥的發(fā)展史2011年，首個(gè)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的小分子抗腫瘤藥凱美納（鹽酸?？颂婺崞┏晒ι鲜校瑢?shí)現(xiàn)了中國(guó)新藥創(chuàng)制零突破。2012年4月18日中科院成都地奧制藥集團(tuán)有限公司研制生產(chǎn)的地奧心血康膠囊獲準(zhǔn)歐盟注冊(cè)上市，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)治療性藥品進(jìn)入發(fā)達(dá)國(guó)家主流市場(chǎng)零的突破。2011年3月，中國(guó)疫苗監(jiān)管體系通過(guò)了世界衛(wèi)生組織（WHO）的評(píng)估。2012年11月，中國(guó)食品藥品檢定研究院生物制品檢定所正式獲得WHO批準(zhǔn)，成為WHO生物制品標(biāo)準(zhǔn)化和評(píng)價(jià)合作中心。細(xì)菌性疫苗的制備工藝1.菌種：弱毒菌種多系凍干品，使用前應(yīng)按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行復(fù)壯、挑選，并做形態(tài)、特性、抗原性和免疫原性鑒定。將鑒定合格的菌種接種于規(guī)定的培養(yǎng)基按規(guī)定的條件增值培養(yǎng)，經(jīng)檢查合格者即可作為種子液。2.菌液培養(yǎng)：按1%~3%量將種子液接種于培養(yǎng)基，然后依不同菌苗要求進(jìn)行培養(yǎng)。3滅活：4.濃縮：以吸附沉降法和離心機(jī)沉降法等方法提高單位活菌數(shù)。5.配苗與凍干：經(jīng)檢驗(yàn)合格的菌液，按規(guī)定比例加入保護(hù)劑配苗，充分搖勻后隨即進(jìn)行分裝并迅速送入凍干柜進(jìn)行預(yù)凍、真空干燥，凍干完畢后