先进制造技术(生物制造)

1、6.6、日本三重大学和冈山高等院校先开展了生物科技工程材料加工的研究，初步证实了微生物加工金属材料的可能性。 目前结合快速成形制造技术的人工骨研究，为头盖骨、颌骨等骨的人工修复和康复医学提供了良好的技术手段。 我国在1982年把生物技术列为八项重点技术之一。 生物学科和制造学科这两个历来认为人们无关的学科，今天相互渗透、相互交叉，形成了新的学科生物制造系统(biological manufacturing system，bms )。 中国于2003年3月和2004年7月两次举办了全国生物工艺规程学术研讨会，专门人才们讨论的主要问题是生物工艺规程的定义、内涵及意义。 生物医药工程科学与生物制造的

2、联系生物制造的研究特点、方向和方法生物制造的应用领域。 1 .生物制造系统已经形成，6.6.1生物制造的发展，在机械人、微机电系统、微型武器方面，更多地应用生物动力、生物知觉、生物智能，使机械人越来越像人和动物。 在纳米科学方面，纳米尺度上截断或连接dna双螺旋，实现了实现生命特征改造的各种蛋白质分子和酶催化剂分子的组装，建构了纳米人工生物膜，实现了跨膜物质的选择性运输和电子传递。 在医疗方面，三次元生物组织培养技术被突破，人体的各种器官被复制，人类的生命被大幅度延长。 生物加工生产纳米粉、纳米功能涂层、纳米管、功能材料、微老虎钳、微功率、微传感器、微系统等。 2 .生物制造的发展前景6.6.

3、1生物制造的发展，1 .生物制造的概念，通过生物制造(清华高等院校颜永年教授)制造科学与生命学相结合，在液滴、细胞球和分子尺度的科学水平上，通过控制组装完成器官、组织和仿生产品制造的科学和技术的总称。 6.6.2生物制造的概念和内容，2 .生物制造的内容，生物工艺规程的体系结构，6.6.2生物制造的概念和内容，目前生物工艺规程的研究方向如何结合制造科学、生命学、计算机技术、信息技术、材料科学各领域的最新成果。 总结如下： (1)合成生物学构成生物组织和结构的合成生物学基因构成生物控制的合成生物学，3 .生物工艺规程的研究方向，6.6.2生物制造的概念和内容，(2)生物成形、生物去除成形、生物约

4、束成形、生物生长成形、生物活性组织的工程化制造和类似， 生物活性组织的工程化制造：将组织工程材料与快速成型制造相结合，采用生物相容性和生可降解材料，建立了生长尤针织面料框架，并向生长尤针织面料内部注入生长因子，使各生长尤针织面料并行生长，解决了人体相容性和个体相容性，并实现了对快速生成的需求，实现了人体器官的人工制造。 生物本代理的制备：利用通过特罗尔含水量可以控制伸缩的高分子材料，可以制作人工肌肉。 类生物本代理的最高发展是依靠生物分子的生化作用来制造类脑的生物修正计算机芯片，即生物存储器和逻辑装置。 1 )生物组织与结构的仿生学，6.6.2生物制造的概念和内容，依靠生物dna的自我复制，利

5、用转基因实现了一定的几何形状、各几何形状位置不同的物理力学性能、生物材料与非生物材料的有机结合，并采用基于产物各种特征的人造的控制生长针织面料体内遗传信息的手段，直接2 )应用生物遗传制造、6.6.2生物制造的概念和内容、生物控制原理对制造过程进行修订、分析和控制。 例如：人工神经网络遗传算法仿生学检测研究生物工程的微操作系统原理设定与制造基础；3 )生物控制仿生学；6.6.2发现“吃”生物制造的概念与内容，某些工程科学材料的菌种，并进行生物去除成形(bioremoving forming ) 复制或金属化实现不同标准几何外形和亚结构的菌体，经排序或微操作，实现生物约束成形，并通过控制基因的遗

6、传形状特征和遗传大姨妈特征，使所需外形和生理机能生长、生物生长成形生物除去成形(bioremoving forming )生物限制成形(biolimited forming )生物成长成形(biogrowing forming )，(2)生物成形制造，6.6.2生物制造加工时，可以用面罩控制除去区域的利用，通过细菌蚀刻达到成形目的1 )生物去除成形，a) b )图生物去除成形实验过程a )光刻工序b )生物加工过程，6.6.2生物制造的概念和内容，2 )生物约束成形，现在发现的微生物大部分细菌直径为1m左右，菌体具有各种标准几何外形的这些个的金属化，可包括结构微管、微电极、微里德菌体的除去蜂窝

7、状构造体表面，构成微细孔过滤膜、光学衍射孔等。 6.6.2生物制造的概念和内容，生物和生物分子具有繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点。 将来，将细胞球块的成长外形和生理机能现实地控制在人造的的生物成长成形技术。 可以利用生物生长技术控制基因的遗传形状特征和遗传大姨妈特征，使必要的外形和生理机能人工器官生长，延长人的生命，建构生物型微机电系统。 3 )生物成长成型，6.6.2生物制造的概念和内容，大规模ic集成电路(计算机核心零配件)材料为硅。 集成度提高，引起了难以解决的散热问题。 生物芯片可以解决同样的问题，(1)细胞色素c具有氧化和还原两种状态，其导电率相差1000倍。 这两种状态的切换可

8、以通过以适当方式施加或移除1.5伏特电压来实现并用作记忆单元。 (2)细菌视紫质是光驱动开关的原型。 能够将通过光照射而启动的质子泵在膜的两侧形成的电位，通过络离子灵敏度电场效应放大后，提供良好的开关信号。 (3)dna分子是用核苷酸盐化学基编码体系蓄积遗传信息的内存分子模型。 (4)使用聚乙炔和聚硫氮化物等导电性高分子制作分子配线，虽然信息传达速度与电子传导的情况没有大的差异，但电功耗极低。 1 .生物计算机，6.6.3生物制造商的应用实例，2 .开发了向视觉感知残疾人展示光芒的“眼睛芯片”，美国开发了向视觉感知残疾人展示光芒的“眼睛芯片”。 该芯片由无线录像装置和固定在激光驱动视网膜上的微

9、型计算机芯片构成。 附接至工作原理：眼镜的微网络视频设备拍摄图像，数字化图像并将该图像传送至计算机芯片。 电脑芯片上的电极组成的图像信号刺激视网膜神经元细胞，将图像信号通过视神经传送到大脑。 视觉感知障碍者可以看到这些个的画像。 6.6.3根据生物制造的应用实例，据统订，仅美国每年就有数百万患者患各种组织、器官丧失或功能故障，每年需要800万次手术，每年花费400亿美元。我国目前约有150万尿毒症患者，每年有400万名只能进行3000例肾移植手术的白血病患者等待移植骨髓，但全国骨髓面包车资料仅为3万份，存在大量患者无法等待器官死亡且对脏器移植有排斥作用、成活率低的问题。 怎样解决这个困难？ 6

10、.6.3生物制造的应用实例，3 .个性化人工脏器，(1)个性化人工脏器的构想生物医药专门人才想通过人工培养的方法培养人体所需的正常组织。 将来，医院要像工厂生产零配件那样，根据患者的不足情况，需要培养什么，需要做多少，能剪裁身体，能安装就有帮助。 此外，先进的计算机技术可以结合，为每个患者提供与其他器官特别相似的人工脏器。 简单来说，个性化的人工脏器是指利用患者自身的局部组织和细胞球，利用外来高分子材料，在身体相关部位最“粘贴”自各儿的器官。 6.6.3生物制造应用实例，3 .个性化人工脏器，3 .个性化人工脏器，(1)个性化人工脏器构想生物学家首先制定建构某个组织或器官的设计修订图，根据图纸

11、要求制作特殊骨架，该骨架具有分解特性，分解后对人体无害， 可提供细胞球生长的生物学家将患者剩馀脏器的少量正常细胞球作为“种细胞球”，而“种”在人工骨骼上，提供适当的生长因子使细胞球分泌细胞制作组织或脏器所需的细胞间质，最后作为骨骼的生物材料在细胞球培养过程中逐渐分解消失。 器官整体用完全无菌的生物反应器培养，等到器官整体在体外“变长”后，移植到患者体内。 因为他自己的细胞球是“长”的脏器，所以患者不会引起移植排斥反应。 6.6.3生物制造的应用实例、生物吸收性plga原料、生物吸收性plga骨螺纹制品、生物吸收性plga骨板制品、生物吸收性plga多孔性基材、6.6.3生物制造的应用实例、3

12、.个性化人工脏器，当时去医院修复器官就像现在的注射一样方便。 这种新方法被称为“可注射工程”。可注射促进牙龈组织再生的生物材料，并可注射组织工程技术成像，6.6.3生物制造应用实例，3 .去个体化人工脏器，(1)去个体化人工脏器构想，(2)去个体化研究人工脏器进展1997年，美国南哈里发奥尔良ats公司首次从包皮细胞人工制作这是首次上市的个性化目前，人造皮肤已成为个性化人工脏器中最成熟的品种。 美国马萨诸塞大学的查尔斯瓦坎蒂教授为两个在生物反应器中切割大拇哥的机械师培养了大拇哥指骨。 与此同时，安东尼阿塔拉率领的波士顿儿童医院医生组成的小组计划将胎儿细胞球培养的膀胱移植到人体中。 美国阿圈套公

13、司生产配有生长荷尔蒙激素和疗效药物的吸收性生物材料，促进牙龈组织再生。 6.6.3生物制造应用实例，3 .个性化人工脏器，(2)个性化人工脏器的研究进展德意志汉诺威医学高等专科学校的赫姆斯勒教授首先从心肌梗死患者的骨髓中提取干细胞，经过一系列特殊的处理，这些个患者的自体干细胞通过特殊的导管被移植到发生梗死的心脏动脉。 实验结果表明，接受新治疗的患者心脏可以自行恢复，再生心脏的肌肉组织。6.6.3生物制造应用实例，3 .个性化人工脏器，(2)个性化人工脏器研究进展中国曹社交林教授将世界上第一只个性化人耳移植到裸鼠体内：首先用高分子化学材料多羟基冰乙酸制作人耳模型心脏支架，然后使该心脏支架繁殖细胞球。 最后，心脏支架在自各儿中分解消失。 在裸鼠的背部开孔，埋入培养的人工耳进行缝合。 这项技术已经开始用于临床实验。 2001年曹教授利用个性化人工头盖骨技术对头盖骨破损高达66cm的患者成功修补了头盖骨。 6.6.3生物制造的应用实例，3 .个