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生物化工技术聚焦三大领域
      生物化工是化工学科的前沿领域之一,其任务是把生命科学的发现转化为实际的产品、过程或系统,以满足社会的需要。随着生命科学的迅速发展,越来越多的生物高技术产品需要用高效的加工技术进行工业规模生产,才能在产品质量高、成本低、时间短的激烈竞争中立于不败之地,所以近年来生物化工发展非常迅速。

  今后10年生物化工研发主要涉及生物高技术医药产品、资源和能源产品、环境保护三个领域,建议我国相关部门集中力量加紧对以下七项重点课题进行突破。

  --生物转化 这是一个难度大但意义重大的课题。手性药物的需求促进了酶和细胞在药物合成中的应用,而美国麻省理工学院科来比诺夫等人的工作又掀起了关于有机相中酸催化的热潮。用酶和细胞代替化学催化剂进行有机合成具有选择性专一、步骤简单、过程温和等特点,一些用常规化学方法不能进行的反应可以由酶和细胞来完成。但是酶和细胞的弱点是不稳定、造价高,反应速度也十分有限,致使生物转化大都停留在研究阶段。要克服这一弱点,必须通过生物和化学的方法稳定酶和细胞。我国一些单位对于极端微生物的重视,其背景之一也是生物转化的应用。作为生物化工学者,一方面与上游合作,另一方面通过化学修饰反应和反应条件的优化,同时选择合适的产物和物系,则有可能在这一领域获得突破。

  -一生态生物制备工程 我国环境问题严重,具有良好化学工程背景和生物技术知识的生物化工研究人员,在减少废物排放、废物循环利用方面将发挥重要作用。其中要特别指出的是循环的废物实际上是一种可再生资源,对其综合利用甚至可以生产高附加值产品。建议结合国家发展战略目标,利用"整体、循环、协调、再生"的生态工程原理,进行农业一工业生态生物加工的工程基础研究,为持续发展提供示范。这方面的工作仅仅是开始,难度很大但意义重大。

  -一动物细胞规模培养及人干细胞培养 尽管目前干细胞培养的规模不大,但如何能在较短的时间里将极少量的原始干细胞迅速培养转化为一定量的所需细胞并保持质量,则需要研究特种生物反应器和培养方法,而这又给生物化工研究带来新的挑战。

  -一天然产物的资源与制备首先在中草药资源上,利用规模化培养技术有可能减少、甚至免去对天然植物的依赖,对于我们这样一个植被破坏面积大、沙漠化严重、大面积干旱缺水的国家是可持续发展的一项战略措施。但是,植物细胞大规模培养的成本很高,而且所产生的次生代谢产物含量往往发生变化,阻碍植物细胞规模化培养的发展。对此,一方面应与生物技术上游领域合作,采用基因工程手段提高有效成分合成能力,另一方面在培养的系统上要加强创新。相对于分散型的植物细胞,某些植物组织和器官的培养常常可以得到较高的次生代谢产物,同时也可以在反应器内进行大规模植物苗的快速繁殖。这类反应器不只局限于现有的微生物发酵罐衍生的装置,而应该是像"工厂农业"类型的装置,并带有相应的优化控制系统。

  其次在天然产物的制备上,要充分发挥生物化工分离技术的优势,用层析、膜分离等高效分离纯化技术取代现有中草药制备中的某些落后工艺,对整个过程进行优化,提高产物收率、纯度,实现组分的综合利用,同时降低溶剂消耗量,降低成本,发展环境优化过程。

  --蛋白质折叠复性过程和抗失活技术 为提高产品的纯度和收率,必须研究在分离提纯产物过程中抗失活的技术。其中包括用相对温和的操作取代剧烈的操作,以避免产物的大量失活;进行分离过程的集成,以缩短分离时间和操作步骤;加入合适的保护剂,以增强产物的稳定性等。

  -一化学与生物法结合研制新型人红细胞代用品 研究人血液代用品的关键是如何取代血液中红细胞输送氧的功能。新型红细胞代用品具有携带、释氧功能,保存、运输方便,免除配血型之烦和交叉感染之忧等优点,同时可成为治疗心脑血管缺氧性疾病和治疗肿瘤的增氧剂的新药。人红细胞代用品在我国开发成功,将产生不可估量的经济效益和深远的社会效益。

  采用化学与生物法相结合是发展新型血液红细胞代用品的新技术。用蛋白质和酶的吸放氧功能辅之化学修饰的保护作从,有可能解决红细胞代用品的输送氧功能和稳定性问题,成为新一代红细胞代用品。

  -一本质纤维素生物转化及其生物量全利用 木质纤维素生物转化的复杂性源于多组分与结构上的坚固性。纤维素、半纤维素、本质素的化学结构及生物学性质存在很大差别,且相互缠绕,难于分离;加上纤维素酶的生产效率低,成本高,导致预处理和生物转化的成本相对提高。而沿用现行单一的生物转化技术难于达到纤维素,半纤维素、木质素同时利用的目标。基于上述分析和生态环境及经济效益的考虑,应使纤维素、半纤维素和木质素三组分同时得到合理、有效利用,即实现木质纤维素生物量全利用。
 
 
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