生物制造体现在哪些方面？

2025年02月18日 09:53

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生物制造是指将生物科学和工程学的成果应用于工业制造领域，以可再生生物质资源为原料，开发新产品的制造路线，大规模生产人类所需的化学品和高分子材料等。生物制造是基因技术的具体产品应用和工业规模生产，包括生物制造的新产品、新工艺、新技术。生物制造体现在三个方面，即仿生设计、生物制造工程和生物过程加工工程。
1、仿生设计
仿生设计或仿生学是借鉴生物的某些特殊的功能，改善机器设计。研究生物、模仿生物的各种特征，生物的自组织、自生长、自生成、遗传等许多特性和规律，启迪制造，形成新的制造技术原理。这些仿生原理在制造技术上的应用将促进制造技术的变革。
2、生物制造工程
上世纪末美国提出组织工程，将细胞加工制造成材料和组织，其应用包括医疗设备、整形植入物、组织工程化的修复物、人工器官等。从制造科学的角度看，组织器官就是各种功能细胞按特定结构装配成的复杂机器。将细胞在三维空间中精确定位、排列和组装，制造出人体组织的雏形，在三维支架上对其进行培养，最终发育成具有生命功能的组织结构。这是制造科学与技术发展的崭新方向。针对生物医学的应用，生物制造工程可以按照加工材料的生物学特性分为四个层次，四个层次所需的制造技术难度逐次提高。
第一层次：使用不具备生物相容性的材料，制造个性化的组织或器官的模型，用于手术规划、模拟以及假肢的辅助设计加工。
第二层次：使用较好的生物相容性但不具备生物可降解性的材料，在体内长期存在，制造的产品是可以替代组织或器官部分功能的人工器官或植入物。
第三层次：使用具有良好的生物相容性又具有生物可降解性的材料，在人体内逐渐被分化、分解、吸收并排出，主要是组织工程所需的各类具有特定形状和结构的支架。用作细胞生长、组织再生的临时性支架，辅助并促进器官组织的修复。
第四层次：使用活细胞作为加工制造的材料，制造出具有特定细胞空间分布结构的三维细胞堆，称为类组织前体。研究内容包括人工支架的设计与制造、人工活性器官体外生物平台、器官再造的环境构建与控制等。利用微流输送技术进行细胞和外基质仿生材料的人工构造以实现细胞和生命物质的：三维受控组装。
3、生物加工工程
利用生物体的合成过程和生命机能、活动特性进行制造，包括化合物(药物、食品、化学品、材料、能源)的制备、加工和信号检测。
生物制造是近年来制造技术发展的新方向，美国在2020年制造技术的挑战中将其列为11个主要方向之一，已经日益受到来自生物医学、材料科学、制造科学领域的科学家们的认同和参与。国内已有多所大学和研究所开展了相关研究工作。

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