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生物化工技術聚焦三大領域
      生物化工是化工學科的前沿領域之一,其任務是把生命科學的發現轉化為實際的產品、過程或系統,以滿足社會的需要。隨著生命科學的迅速發展,越來越多的生物高技術產品需要用高效的加工技術進行工業規模生產,才能在產品質量高、成本低、時間短的激烈競爭中立于不敗之地,所以近年來生物化工發展非常迅速。

  今后10年生物化工研發主要涉及生物高技術醫藥產品、資源和能源產品、環境保護三個領域,建議我國相關部門集中力量加緊對以下七項重點課題進行突破。

  --生物轉化 這是一個難度大但意義重大的課題。手性藥物的需求促進了酶和細胞在藥物合成中的應用,而美國麻省理工學院科來比諾夫等人的工作又掀起了關于有機相中酸催化的熱潮。用酶和細胞代替化學催化劑進行有機合成具有選擇性專一、步驟簡單、過程溫和等特點,一些用常規化學方法不能進行的反應可以由酶和細胞來完成。但是酶和細胞的弱點是不穩定、造價高,反應速度也十分有限,致使生物轉化大都停留在研究階段。要克服這一弱點,必須通過生物和化學的方法穩定酶和細胞。我國一些單位對于極端微生物的重視,其背景之一也是生物轉化的應用。作為生物化工學者,一方面與上游合作,另一方面通過化學修飾反應和反應條件的優化,同時選擇合適的產物和物系,則有可能在這一領域獲得突破。

  -一生態生物制備工程 我國環境問題嚴重,具有良好化學工程背景和生物技術知識的生物化工研究人員,在減少廢物排放、廢物循環利用方面將發揮重要作用。其中要特別指出的是循環的廢物實際上是一種可再生資源,對其綜合利用甚至可以生產高附加值產品。建議結合國家發展戰略目標,利用"整體、循環、協調、再生"的生態工程原理,進行農業一工業生態生物加工的工程基礎研究,為持續發展提供示范。這方面的工作僅僅是開始,難度很大但意義重大。

  -一動物細胞規模培養及人干細胞培養 盡管目前干細胞培養的規模不大,但如何能在較短的時間里將極少量的原始干細胞迅速培養轉化為一定量的所需細胞并保持質量,則需要研究特種生物反應器和培養方法,而這又給生物化工研究帶來新的挑戰。

  -一天然產物的資源與制備首先在中草藥資源上,利用規模化培養技術有可能減少、甚至免去對天然植物的依賴,對于我們這樣一個植被破壞面積大、沙漠化嚴重、大面積干旱缺水的國家是可持續發展的一項戰略措施。但是,植物細胞大規模培養的成本很高,而且所產生的次生代謝產物含量往往發生變化,阻礙植物細胞規模化培養的發展。對此,一方面應與生物技術上游領域合作,采用基因工程手段提高有效成分合成能力,另一方面在培養的系統上要加強創新。相對于分散型的植物細胞,某些植物組織和器官的培養常常可以得到較高的次生代謝產物,同時也可以在反應器內進行大規模植物苗的快速繁殖。這類反應器不只局限于現有的微生物發酵罐衍生的裝置,而應該是像"工廠農業"類型的裝置,并帶有相應的優化控制系統。

  其次在天然產物的制備上,要充分發揮生物化工分離技術的優勢,用層析、膜分離等高效分離純化技術取代現有中草藥制備中的某些落后工藝,對整個過程進行優化,提高產物收率、純度,實現組分的綜合利用,同時降低溶劑消耗量,降低成本,發展環境優化過程。

  --蛋白質折疊復性過程和抗失活技術 為提高產品的純度和收率,必須研究在分離提純產物過程中抗失活的技術。其中包括用相對溫和的操作取代劇烈的操作,以避免產物的大量失活;進行分離過程的集成,以縮短分離時間和操作步驟;加入合適的保護劑,以增強產物的穩定性等。

  -一化學與生物法結合研制新型人紅細胞代用品 研究人血液代用品的關鍵是如何取代血液中紅細胞輸送氧的功能。新型紅細胞代用品具有攜帶、釋氧功能,保存、運輸方便,免除配血型之煩和交叉感染之憂等優點,同時可成為治療心腦血管缺氧性疾病和治療腫瘤的增氧劑的新藥。人紅細胞代用品在我國開發成功,將產生不可估量的經濟效益和深遠的社會效益。

  采用化學與生物法相結合是發展新型血液紅細胞代用品的新技術。用蛋白質和酶的吸放氧功能輔之化學修飾的保護作從,有可能解決紅細胞代用品的輸送氧功能和穩定性問題,成為新一代紅細胞代用品。

  -一本質纖維素生物轉化及其生物量全利用 木質纖維素生物轉化的復雜性源于多組分與結構上的堅固性。纖維素、半纖維素、本質素的化學結構及生物學性質存在很大差別,且相互纏繞,難于分離;加上纖維素酶的生產效率低,成本高,導致預處理和生物轉化的成本相對提高。而沿用現行單一的生物轉化技術難于達到纖維素,半纖維素、木質素同時利用的目標。基于上述分析和生態環境及經濟效益的考慮,應使纖維素、半纖維素和木質素三組分同時得到合理、有效利用,即實現木質纖維素生物量全利用。
 
 
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