【導(dǎo)讀】目要求，客觀、準確、全面填寫，嚴禁弄虛作假。書面申報和網(wǎng)上申報，書面申報的內(nèi)容和網(wǎng)上申報的內(nèi)容必須完全一致。其附件應(yīng)編制目錄頁碼，并合訂成冊。[2]成果來源單位名稱：填寫具體單位名稱，可填多個。成果來源單位指與項目直接相關(guān)的核心技術(shù)成果的提供單位。不得與項目資助經(jīng)費進行掛鉤。[9]項目列入國家、部省級科技計劃情況。的，應(yīng)附專利權(quán)轉(zhuǎn)讓、許可合同及有關(guān)證明文件。內(nèi)使用其專利技術(shù)制造或銷售專利產(chǎn)品，只有專利權(quán)人例外。無效專利的信息不得填寫，也不得作為附件，一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，視同弄虛作假。較，可采取數(shù)據(jù)或圖表方式。標、任務(wù)及實現(xiàn)方案。狀況證明、股東增資協(xié)議等。金到位的驗資證明等證明材料。托進行的試驗、加工、測試費用；

　　

【正文】 。 (3) 生物過程優(yōu)化與放大技術(shù) 具有先進的生物過程優(yōu)化和放大能力是生物反應(yīng)器設(shè)計的核心技術(shù)。由于在生物反應(yīng)器中所發(fā)生的反應(yīng)是在分子水平的遺傳特性、細胞水平的代謝調(diào)節(jié)和反應(yīng)器工程水平的混和傳遞等多尺度（水平）上發(fā)生的。因此，如何利用生物反應(yīng)器中的多參數(shù)檢測技術(shù)和在線計算機控制與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，把細胞在反應(yīng)器中各種表型數(shù)據(jù)與代謝調(diào)控有關(guān)的基因結(jié)構(gòu)研究關(guān)聯(lián)起來，是反應(yīng)器過程優(yōu)化與放大的重要內(nèi)容，也是當前國內(nèi)外競相發(fā)展的具有原創(chuàng)性的知識產(chǎn)權(quán)技術(shù)，對促進生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。由此可見，提供包含以上功 能并具有自主知識產(chǎn)權(quán)的商品化生物反應(yīng)器應(yīng)是我國生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)的重點之一。 (4) 生物技術(shù)發(fā)展要求性能更高的生物反應(yīng)器 33 為了適應(yīng)各種生物技術(shù)的實驗室成果向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的需要，對生物反應(yīng)器的性能要求愈來愈高，目前主要表現(xiàn)為： l 用于基因工程高密度高表達，符合 GMP 標準的生物反應(yīng)器以及一些新技術(shù)的應(yīng)用等。其中關(guān)于供氧問題，快速升溫、 SIP 自動滅菌、CIP自動清洗、機械密封、排氣處理、取樣處理等問題以及培養(yǎng)液成份的流動注射分析（ FIA）分析等都需很好解決。 l 哺乳類動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)是當前生產(chǎn)高附 加值的糖基化活性蛋白醫(yī)藥產(chǎn)品的重要發(fā)展趨勢。根據(jù)動物細胞無細胞壁，對剪切極端敏感，在細胞生長控制上，要防止細胞分化和細胞凋亡，有時還要考慮對產(chǎn)品糖基化質(zhì)量的要求。所以反應(yīng)器要具備低剪切效應(yīng)，混合性能好等特點，要提供細胞形態(tài)在線觀察和活細胞數(shù)量的傳感技術(shù)，嚴格控制反應(yīng)器的操作條件以及有關(guān)防污染的灌注系統(tǒng)、取樣系統(tǒng)等都需要研究解決。 l 用于細胞過程生理特性和過程傳遞特性研究的生物反應(yīng)器研制，其中主要解決用于過程分析的各種傳感器選型研制和數(shù)據(jù)處理軟件包的研制。特別是近年來隨著微生物基因組測序和系統(tǒng)生物學研究工作的深入展開，發(fā)酵過程檢測與控測已經(jīng)從基于參數(shù)傳感技術(shù)的反饋控制發(fā)展為以信息處理為基礎(chǔ)的生物過程檢測與分析。各種譜 34 分析與生物反應(yīng)器實驗數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來，提供各種表型數(shù)據(jù)具有重要意義。因而對反應(yīng)器設(shè)計提出了新的要求。 l 隨著生物技術(shù)在各領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，用于海洋藻類、微生物肥料、微生態(tài)飼料、環(huán)境污染處理等大規(guī)模細胞培養(yǎng)需要 ***度低造價的生物反應(yīng)器。特別是近年來利用生物質(zhì)生產(chǎn)燃料乙醇等能源物質(zhì)的戰(zhàn)略部署，需要應(yīng)用大型高效節(jié)能生物反應(yīng)器降低生產(chǎn)成本。 (5) 產(chǎn)品型號更新?lián)Q代與部件技術(shù)研究 生物反應(yīng)器 是多專業(yè)技術(shù)發(fā)展的綜合體，由于反應(yīng)器零部件技術(shù)的進步，必須及時更新產(chǎn)品設(shè)計，為用戶提供性能更好且價格合理的反應(yīng)器產(chǎn)品。這些零部件技術(shù)包括計算機軟硬件技術(shù)、各種傳感技術(shù)、反應(yīng)器流型設(shè)計，新機械結(jié)構(gòu)和材料等等。此外，隨著信息處理技術(shù)的發(fā)展，如何實現(xiàn)大批量數(shù)據(jù)處理、貯存與通信，把生物信息學與過程信息結(jié)合起來實現(xiàn)復(fù)雜生物系統(tǒng)的分析與控制，也以軟件包的形式逐漸從實驗室研究走向商品化。 產(chǎn)品生產(chǎn)的標準化、規(guī)范化 作為商品化裝置的市場化，建立生物反應(yīng)器生產(chǎn)標準，實施 IS09001管理是發(fā)展生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)的重要內(nèi)容，只有這樣才能提供合符用 35 戶要求及質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。主要內(nèi)容有： l 產(chǎn)品裝置成套加工的工藝技術(shù)路線的確定與質(zhì)量控制研究。在生物反應(yīng)器制造過程中，如材料、焊接、表面處理、零部件機加工、外購件、易耗品 … 、直到安裝流程工藝、器材倉庫管理 … 等都要嚴格實施質(zhì)量檢驗； l 原材料、 半成品、成品標準等的確立與實施。如有關(guān)傳感器及一些如空氣過濾器、閥件、質(zhì)量流量計等關(guān)鍵部件的測試標準的建立與研究，整機性能測試標準的建立與研究； l 產(chǎn)品質(zhì)量過程控制程序的確立與實施等；整機性能測試標準的建立與研究。 高品質(zhì)的售后技術(shù)支持 由于生物反應(yīng)器中的反應(yīng)是 在基因、細胞和反應(yīng)器工程水平上多尺度發(fā)生的，因而真正利用生物反應(yīng)器實現(xiàn)過程優(yōu)化是有難度的，從理論到實踐的提高，并進一步在生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮作用，需要有一個過程，應(yīng)該把售前宣傳和售后服務(wù)等與整體應(yīng)用技術(shù)提高結(jié)合起來才能取得好的效果。 36 我國發(fā)展生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和今后發(fā)展 現(xiàn)狀 我國生物反應(yīng)器的研究一直受到國家有關(guān)部門的重視，在國家攻關(guān)“七五 ”、 “八五 ”期間先后立題，并集中國內(nèi)有關(guān)單位攻關(guān)，解決了在生物反應(yīng)器研制中的幾個關(guān)鍵技術(shù)問題，并形成了早期產(chǎn)品。但由于計劃經(jīng)濟時代國家攻關(guān)計劃 與產(chǎn)品開發(fā)脫節(jié)，再由于當時國內(nèi)配套基礎(chǔ)差，以及各種體制和觀念上的問題，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，故長期來未能在我國形成規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)。我國商品化生物反應(yīng)器的市場相當大的一部分被幾家國外公司占領(lǐng)。主要有德國 、美國 NBS、瑞士 Bio Engineering、 ***丸菱以及韓國等，占據(jù)了我國市場的 70%左右以上。 近年來，國內(nèi)有關(guān)生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，有關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)的公司企業(yè)已達十多家，在這些公司的努力下，一改過去基本由國外產(chǎn)品統(tǒng)治國內(nèi)市場的局面，特別在低端產(chǎn)品上已基本由國內(nèi)控制。但是這些公司大都主要從事 中低檔產(chǎn)品生產(chǎn)，企業(yè)技術(shù)力量以仿制為主，著重于以降低生產(chǎn)成本為目標的零部件替換研究，雖然產(chǎn)品的標準有所下降，但也能滿足一般用戶的需要，特別對生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)剛起步的或優(yōu)化放大要求不高的企業(yè)或教學單位，低價的產(chǎn)品己可以適應(yīng)他們的要求。但是對一些性能要求高的商品化生物反應(yīng)器， 37 如 SIP 自動滅菌與 CIP清洗的全自動生物反應(yīng)器、生物反應(yīng)器的自動取樣與分析系統(tǒng)等，一些重要器件如耐高溫滅菌的隔膜閥的抗疲勞、抗澎脹性以及器件加工工藝與標準都有差距，特別是一些符合GMP 要求的高端生物技術(shù)產(chǎn)品所需的裝備或成套設(shè)備主要還是由國外公司 提供。由于這些國內(nèi)公司缺乏生物過程技術(shù)的研究力量以及工藝、工程、裝備一體化的研究體系，因而不能隨著生物技術(shù)發(fā)展有同步生物反應(yīng)器的開發(fā)能力，例如對于大規(guī)模動物細胞生物反應(yīng)器，至今國內(nèi)還沒有符合要求的定型產(chǎn)品推出。此外，對與生物技術(shù)深度結(jié)合的高度自動化的實驗室裝置缺乏試制能力，因而只能是簡單的外型仿制和跟蹤，缺乏創(chuàng)新的自主知識產(chǎn)權(quán)產(chǎn)品。 由此可見，面臨著生物技術(shù)的深入發(fā)展，如何解決提高生產(chǎn)能力為目標的行業(yè)技術(shù)改造，以及加入 WTO 后和國外高檔產(chǎn)品的市場競爭，我們必須大力開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的性能優(yōu)越的反應(yīng)器技 術(shù)并商品化，以適應(yīng)推動生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的進一步發(fā)展需要。 國內(nèi)生物反應(yīng)器設(shè)計與制造發(fā)展趨勢 以代謝流分析為核心的生物反應(yīng)器 長期來發(fā)酵過程優(yōu)化與放大所依據(jù)的基本思想和方法是采用經(jīng)典動力學為基礎(chǔ)的最佳工藝控制點為依據(jù)的靜態(tài)操作方法，實質(zhì)上這只 38 是化學工程宏觀動力學概念在發(fā)酵工程上的延伸。例如，用氨水調(diào)節(jié) pH 時，關(guān)心的是最佳 pH 值，卻不注意氨水加量的動態(tài)變化及其與其他參數(shù)的關(guān)系。在溶解氧濃度（ DO）測量與控制時，關(guān)心的是最佳 DO 值或臨界值，不注意細胞代謝時的耗氧率。顯而易見，用在以活細胞代 謝為主體的發(fā)酵過程就有很大的局限性，應(yīng)該重視細胞代謝流的存在。 作者在研究了生物反應(yīng)器中的細胞過程特點后，提出了細胞過程的多尺度問題研究 [ ]，認為活細胞為主體的細胞大規(guī)模培養(yǎng)的生物反應(yīng)過程，可以分為基因分子尺度、細胞尺度與生物反應(yīng)器尺度的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，是不同尺度的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的輸入輸出關(guān)系，存在著信息流、物質(zhì)流與能量流。發(fā)酵過程優(yōu)化不能只是從單一尺度（基因、細胞、生物反應(yīng)器）上去解決，要注意他們之間的關(guān)系和瓶頸問題，其中跨尺度觀察與控制是微生物過程優(yōu)化的關(guān)鍵，由此形成了一套基于參數(shù)相關(guān)的發(fā)酵過程多水平問題研究 的優(yōu)化技術(shù)和發(fā)酵過程多參數(shù)調(diào)整的放大技術(shù)。 隨著過程傳感技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，國家生化工程技術(shù)研究中心（上海）設(shè)計了一種用于生物過程多尺度研究的新概念發(fā)酵裝置（已由上海國強生化工程裝備有限公司組織生產(chǎn)，定型為 FUS50L（ A））[ ]，該裝置以生物反應(yīng)器中物料流檢測的觀點，具有十四個以上在線參數(shù)檢測或控制，并集中力量開發(fā)了一個適應(yīng)多種反應(yīng)器特點， 39 融合多種過程理論和控制理論，便于發(fā)酵過程工藝分析和優(yōu)化操作的軟件包。在鳥苷發(fā)酵過程中，從反應(yīng)器測量參數(shù)上發(fā)現(xiàn)了細胞代謝流遷移，由此實現(xiàn)了過程優(yōu)化 [ ]。該產(chǎn) 品先后成功地在青霉素、紅霉素、飼料金霉素、鏈霉素、黃霉素、泰樂霉素、棒酸、鳥苷、肌苷、基因工程白蛋白、基因工程瘧疾疫苗、基因工程植酸酶、胰島素原（ PIP）、基因工程必特螺旋霉素等多種產(chǎn)品上發(fā)酵優(yōu)化應(yīng)用取得了大幅提高發(fā)酵單位能力，其優(yōu)化結(jié)果一般可由幾十升發(fā)酵罐直接放大到上百立方的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)酵罐。 動物細胞大規(guī)模培養(yǎng)生物反應(yīng)器研制 由于細菌等原核細胞表達系統(tǒng)在轉(zhuǎn)錄及修飾方面的缺陷，許多重要價值的蛋白質(zhì)，特別是基因工程藥物、疫苗、抗體等糖基化的需要，使哺乳類動物細胞表達系統(tǒng)成了一個更合適的工具， 因此，哺乳類動物細胞表達系統(tǒng)引起了大家重視。以哺乳動物大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的生物制藥產(chǎn)業(yè)在美國等西方國家得到了迅速發(fā)展，數(shù)十種產(chǎn)品已進入市場，取得了巨大的經(jīng)濟和社會效益。 國外用于生產(chǎn)的動物細胞生物反應(yīng)器已趨于大型化（最大到噸級規(guī)模）、多參數(shù)與高度自動化的計算機控制系統(tǒng)、以及適應(yīng)動物細胞對大型環(huán)境因子高敏感性的反應(yīng)器精巧設(shè)計制造，并形成商品化供應(yīng)用戶。我國自 “七五 ”至 “八五 ”攻關(guān)期間立題開展有關(guān)動物細胞生物 40 反應(yīng)器研究，取得了較大進展，但哺乳類細胞培養(yǎng)技術(shù)要求高，技術(shù)壁壘大，有關(guān)公司在未能掌握核心技術(shù)的情 況下，單憑模擬很難開展工作?？贵w等其他細胞表達產(chǎn)品，裝藥量大，我國科研單位已經(jīng)掌握的早期生物藥開發(fā)技術(shù)很難應(yīng)用到新型藥物生產(chǎn)工藝上，需要重新摸索；由于細胞株等上游配套技術(shù)的落后、反應(yīng)器研制技術(shù)的差距、以及有關(guān)缺乏生化工程的研究等原因，因而缺乏必要的條件去掌握高表達細胞株構(gòu)建和大規(guī)模細胞培養(yǎng)技術(shù)，難以突破技術(shù)瓶頸，我國有關(guān)動物細胞生物反應(yīng)器產(chǎn)業(yè)仍近乎空白。 由于動物細胞無細胞壁，對營養(yǎng)要求嚴格，因此細胞是否附著于固體或半固體表面生長（貼壁培養(yǎng)）、培養(yǎng)基中血清的使用、抑制因子的積聚度、滲透壓等等問題一直是動 物細胞大規(guī)模培養(yǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。此外，動物細胞對 pH、溶氧、溫度、剪切應(yīng)力、抗污染等環(huán)境因子的高敏感性，實現(xiàn)動物細胞生化反應(yīng)器的大型化、自動化和精巧化也成為大家關(guān)注的問題。 從當前發(fā)展趨勢來看，懸浮細胞、無血清培養(yǎng)，是目前世界范圍內(nèi)各大生物公司產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。懸浮細胞、無血清培養(yǎng)在規(guī)?；a(chǎn)提高單位產(chǎn)量、細胞的高密度培養(yǎng)、高密度表達、簡化生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本、保證大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量等方面，都起到非常重要的作用。是高度生產(chǎn)化的最有效的途徑。是目前世界各大生物公司競相開發(fā)的前沿課題。也是美國 FDA 要求 各生物公司建 41 立的規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)平臺。 從反應(yīng)器類型來看，早期動物細胞反應(yīng)器較多采用貼壁培養(yǎng)反應(yīng)器，其中微載體的使用可使貼壁細胞的培養(yǎng)像懸浮培養(yǎng)那樣進行，但近年來特別是血液、淋巴組織、許多腫瘤細胞（包括雜交瘤），以及一些其他轉(zhuǎn)化細胞系都采用懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器，形成各種類型，其中推廣較多的有美國 NBS 公司的填充床生物反應(yīng)器，但大多只能在實驗室規(guī)模應(yīng)用，一些適合于生產(chǎn)規(guī)模的更新類型的懸浮培養(yǎng)反應(yīng)器也正在開發(fā)，如瑞典的 BIO 公司和德國的 公司。 此外，從代謝流分析來看，動物細胞對營養(yǎng)的嚴格要求都是與 胞內(nèi)代謝有關(guān)，不同途徑消耗的各種營養(yǎng)物的比例實質(zhì)上是細胞代謝狀態(tài)遷移的結(jié)果，特別是近年來細胞代謝工程的研究，有關(guān)代謝流的分布，基因水平和細胞水平的代謝調(diào)控研究文獻大量報導(dǎo)。因此，以過程代謝物質(zhì)流檢測為目標研究動物細胞生物反應(yīng)器的多參數(shù)傳感技術(shù)，通過計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)過程參數(shù)相關(guān)的優(yōu)化技術(shù)研究，有可能取得過程優(yōu)化技術(shù)的重大突破。 我國有關(guān)商品化大規(guī)模動物細胞反應(yīng)器產(chǎn)品還處于空白，必需迅速組織力量發(fā)展?？梢允紫葘τ趧游锛毎磻?yīng)器的關(guān)鍵技術(shù)的有關(guān)部件和材料研制出發(fā)，加強裝備制造工藝研究力量，然后結(jié)合動 物細胞過程工藝特性，形成裝備設(shè)計與工藝要求的統(tǒng)一。此外，在研制 42 過程中要注意及時吸收最新的各領(lǐng)域技術(shù)進步，如計算機軟硬件技術(shù)、新材料技術(shù)和生物技術(shù)等，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的裝備產(chǎn)品。 帶 pH 測量與補料控制的搖床 ── 搖床應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展 20 世紀三十年代搖床問世以來，搖床就作為生物反應(yīng)過程中必備的一種專用設(shè)備，用于微生物、動植物細胞菌種篩選、種子擴大培養(yǎng)等。由于搖床設(shè)備的特點，不能實時測量培養(yǎng)過程中的有關(guān)參數(shù)以及過程補料控制，因此長期以來一直以搖床的放瓶結(jié)果作為實驗數(shù)據(jù)。當用來作為諸如菌種生 理特性變化、培養(yǎng)基成分的作用以及溫度、 pH 等環(huán)境條件變化等研究的依據(jù)時 , 實際上是一種缺乏過程研究的靜