化工與醫藥工程范文

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化工與醫藥工程

篇1

關鍵詞:中草藥生物轉化工程;微生物工程;酶工程;生物中藥

中圖分類號:R932文獻標識碼:A文章編號:1673-2197(2009)06-0001-04

隨著中醫藥現代化戰略的逐步推行,中醫藥發展正迎來新的挑戰與機遇。中國科學院院士王夔在為《中藥成分代謝分析》作序時指出:“近年來中藥現代化研究基本上是以產品為目標,以新中藥制劑開發為目的。開發有余,而研究不足。實際上,中藥現代化的根本是中藥學現代化。中藥產品的現代化可以栽培現代化、質檢和質量標準現代化、工藝現代化等等方面下功夫,執行GAP、GLP、GEP、GMP、GCP等標準。但是,即使如此開發的中成藥仍然在世界藥學中不能占有舉足輕重的地位;接受這些產品的絕大多數是華人。我們必須強調中藥的現代化要以中藥學現代化為基礎;也就是中藥學要用世界自然科學和醫學科學能夠接受的概念和理論來闡述?!盵1]要中醫藥現代化,首先是中醫藥理論的現代化,再是中醫藥產業的現代化。筆者認為,在探索中國古典哲學、中醫藥理論、現代科學技術與現代科學方法論、現代人體生命科學理論等相互結合的基礎上,推動中醫理論的科學化、現代化,并在現代中醫理論的指導下進行中藥現代化研究及其創新的研發[2]。

在總結古今傳統中藥和方劑中涉及生物轉化原理的基礎上,從中藥成分代謝分析中探析,結合化學成分組學、基因組學、蛋白組學、代謝組學、糖生物學、系統生物學、藥物設計學、高通量篩選技術等現代生命科學技術,運用生物轉化技術,尤其是運用體外生物轉化技術改善中藥制劑的療效與個體差異,提出了新的中醫藥產業工程――中草藥生物轉化工程,以及相應的創新中藥――生物中藥。中草藥生物轉化工程是將酶工程、微生物工程、代謝工程、基因工程、糖生物工程、藥物設計工程、生物信息學等現代生物工程技術合理運用到中醫藥現代化研究中,合理繼承傳統中醫藥理論,對中醫藥進行創新與傳承,并開發出相應的生物中藥。中草藥生物轉化工程的兩個主要研究內容:微生物轉化與創新中藥、酶法轉化與創新中藥。

1 微生物轉化與創新中藥

1.1 微生物發酵與傳統中藥

在研究中華醫藥史中著名中草藥及方劑的過程中發現,利用微生物技術制備傳統中藥有著悠久的歷史?!熬茷榘偎幹L”,具有通血脈、行藥勢等功效,原始的釀酒技術產生于4000多年前的夏禹時代,酒是酵母發酵的產物,是細胞內酶作用的結果[3]。約3000年前,利用麥曲含有的淀粉酶將淀粉降解為麥芽糖,制得具有緩中、補虛、生津、潤燥功效的飴糖。在長沙馬王堆漢墓出土的帛書《五十二病方》中記載了用于治病的糞便類中藥,實際上是宿主與其消化道內的厭氧微生物共同代謝與發酵產生的混合物。公元10世紀左右,我國有了豆醬制品,及由此工藝衍化制備出的用于解肌發表和宣郁除煩的淡豆豉,豆醬和淡豆豉均是微生物的發酵產物。三國時期的著名醫學家華佗創造了制備金汁的秘法,即利用刮青竹筒(天然膜管)從糞窖內人源性微生物與自然界微生物混合深層發酵產物中提取而得[4]。首載于元代《飲膳正要》中的紅曲,為微生物紅曲霉發酵梗米加工品而產生的發酵物,具有健脾消食、活血化瘀等功效[5]。我國是最早利用真菌防病治病的國家,早在《神農本草經》中,就有靈芝、茯苓、豬苓、雷丸等藥用真菌的記載[6],現仍廣泛應用。真菌具有分解纖維素、淀粉、蛋白質、脂類等營養物質的強大酶系,對天然培養基有較強的分解利用能力,具有種類多、次生代謝產物多、培養條件簡單等特點,成為微生物發酵炮制或制備傳統中藥的主要功能菌。利用古老中藥中寄生真菌自身發酵的研究已成為現在研究的熱點,如靈芝、冬蟲夏草、云芝、灰樹花、茯苓、麥角菌等都有大量的研究報道[6]。

微生物發酵是傳統中藥中的一種重要炮制方法。我國人民將微生物發酵應用于中藥炮制,即將藥材與輔料拌和,在一定溫度和濕度下,通過微生物的生物轉化作用達到提高藥效、改變藥性、降低毒副作用等目的[6]?!吨腥A人民共和國國家藥品標準》中收錄的19種曲藥,如,配方和工藝均絕密的片仔癀、六神曲、建曲、采云曲、霞天曲、黔曲、半夏曲、老范志萬應曲、泉州百草曲、沉香曲等,均是微生物固態發酵而成的中藥。不同培養基經同樣微生物處理后會產生不同的藥性,可利用該特性生產具有不同適應證的中藥。例如,發酵淡豆豉時,以桑葉、青蒿發酵者,藥性偏于寒涼,多用于風熱感冒或熱病胸中煩悶之癥;以麻黃、紫蘇發酵者,藥性偏于辛溫,多用于風寒感冒頭痛之癥[7]。

微生物發酵代謝產物是傳統中藥方劑配伍中的一類重要中藥。除目前仍在方劑配伍中廣泛使用的曲藥外,糞便類中藥作為微生物發酵代謝產物也被古今許多醫家用于傳統方劑配伍中,如《五十二病方》、《黃帝內經》、《中華人民共和國藥品標準•中藥成方制劑》等均有記載[8],最為著名的方劑有失笑散、溫病方劑神犀丹及三石湯等。在利用糞便類中藥配伍方劑治病方面,尤其值得一提的是清朝的著名溫病學家葉天士,他善于運用金汁配伍于方劑中治病救人,在黃英志主編的《明清名醫全書大成•葉天士醫學全書》中含“金汁”的臨床處方和方劑近100處之多,其中包括著名的溫病靈丹神犀丹。

1.2 微生物轉化中藥成分

微生物轉化中藥成分的研究始于20世紀90年代初,日本的小橋恭一發現中草藥成分如番瀉苷,可借助腸道細菌轉化為致瀉有效成分,隨后他的課題組對系列糖苷類化合物如黃芩苷、漢黃芩苷、人參皂苷等進行了研究,指出糖苷類化合物為天然前藥[9]?;驹硎抢梦⑸锛毎a生的一種或多種酶把中藥中的一些化學成分轉化成結構相關的更有經濟價值的產物,來完成常規化學方法難以實現的生化反應,其本質是利用微生物本身所產生的酶對外源底物進行的催化反應,改變藥物原有性能,產生新的功能作用,或增強原有的功能活性。如口服人參皂苷類成分的腸內微生物轉化[10]。

將微生物工程技術應用于中藥創新,將是中藥創新研發中的新熱點,其主要特點可概括如下[2]:①藥物的有效組分、活性成分最大限度地得以提取、利用;②藥物進入人體后不能直接被利用的有效活性組分,可在體外生物轉化而被直接利用,將高極性中藥成分轉化為低極性成分,改善了藥物的脂溶性,使其功效迅速發揮;③可以提高中藥制劑的普適性,腸道微生態菌群因個體存在很大的差異性,結果引起藥物的生物利用和功能作用差異明顯,而通過體外生物轉化可避免之,從而提高其普適性;④微生物轉化后與原有藥物相比產生了新的活性物質,從而可能產生新的保健、治療或預防等功能作用;⑤其具有生產工藝可控、所得產物明確、制劑方便、便于與國際接軌等優點,因而是實現中醫藥現代化戰略的有效途徑。

2 酶工程與創新中藥

酶作為生物催化劑,在許多化學反應中具有不可低估的作用,作為生物進化的高級形式,與一般的化學催化劑相比,它可以在非常溫和的條件下高效、專一性地催化底物轉變為產物,具有廣闊的應用前景。酶是由細胞產生的具有催化能力的物質,其化學本質主要為蛋白質,少數酶同時含有少量的糖和脂肪,也有少數是核酸等其它物質。酶大部分位于細胞內,部分分泌到體外。新陳代謝是生命活動的最重要特征,一切生命活動都是由代謝的正常運轉來維持的,而生物體代謝中的各種化學反應都是在酶的作用下進行的。酶是促進一切代謝反應的物質,沒有酶,代謝就會停止,生命也即停止。酶工程技術是現代生物技術的重要組成部分,其特點是利用生物酶、含酶細胞器或細胞(微生物、植物、動物)作為生物催化劑來完成某些重要的化學反應,應用范圍包括醫藥、食品、化學工業,診斷分析、檢測分析和生物傳感器等。在中藥創新研發過程中,酶工程技術將具有舉足輕重的作用。

2.1 酶的分類與中草藥生物轉化反應類型

按照1961年國際生物聯合會酶學委員會(Enzyme Commission of International Union Biotechnology)規定的分類方法,不管酶的結構和性質如何,僅根據酶所催化反應的類型,將酶分為六大類,即氧化還原酶、轉移酶、水解酶、裂合酶、異構酶、合成酶或連接酶,對應為六大中草藥生物轉化反應類型。圖1概述了各類酶的特性與中草藥生物轉化反應類型[1,2,11]。

2.2 酶法轉化與中藥

近年來,藥代動力學研究證明,中藥成分中的糖苷類化合物在腸道內難以吸收、生物利用度低、腸內滯留時間較長,在人體內難以直接發揮藥效作用,絕大多數需經腸道微生物酶分解為次級苷或苷元,方能發揮藥效。從糖苷類化合物的結構角度看,含糖基越多,分子極性越高,水溶性就越大,相反水溶性越低,水溶性大的物質不易被小腸絨毛吸收,不易穿過腸壁,也就不易進入血液而發揮藥效,只有被腸道內微生物酶水解后才能被吸收而發揮藥效。因此,腸道內微生物酶濃度與酶催化活性直接影響著糖苷類化合物的藥效。研究表明,個體差異性影響腸道內微生物酶濃度與催化活性[12,13],患者體溫的升高會影響酶催化活性的發揮;隨著現代醫學事業的發展,濫用抗生素已經嚴重損害人腸道內的正常菌群,使腸道菌群失去平衡,不能分泌各種正常酶[14]。這些因素嚴重影響著中藥藥效的發揮。

如何將中藥材中的糖苷類化合物轉化成次級苷或苷元,將成為中醫藥現代化研究中的新熱點,可通過化學轉化、酶轉化、微生物轉化等方法實現之。化學轉化過程中,因強烈的酸堿水解作用而引起苷類物質結構和構型的改變,導致藥效消失和產物不穩定。因此,酶轉化與微生物轉化將更具潛力,微生物轉化的本質仍是酶轉化,酶轉化是中草藥生物轉化工程中的重要內容。在酶的催化作用下對中藥中的苷類成分進行系列結構修飾,引起中藥成分的共價結構發生改變,如化學基團的引入或去除、化學鍵的引入或斷裂等。修飾后,可引起藥理活性的改變,或中藥制劑(尤其是中藥口服液)風味的改善等。

有關酶法轉化中藥的研究開展時間不長,尚處于實驗研究階段。但是,不少學者已逐步認識到生物轉化技術將是中藥創新研究的重要方法之一。近年來,運用現代生物酶工程技術開展現代中藥研究,在酶法轉化中藥研究領域取得了一些成果。如利用自制復合酶對生曬參95%乙醇提取物、人參莖葉總皂苷、三七總皂苷、三七莖葉總皂苷等系列中藥有效部位進行了酶法轉化研究[2,15],通過HPLC和LC-MS分析發現可以明顯改變一些皂苷成分的結構,并降低相應化合物的極性,增加了有效部位中脂溶性含量;同時,利用這些復合酶直接酶法轉化處理人參、三七、三七莖葉等藥材,結果表明復合物酶亦能高效地轉化藥材中部分皂苷成分為低極性皂苷。這些低極性皂苷具有抗癌、免疫調節、改善微循環、調節消化機能、安神、抗衰老、抗緊張、預防消化道潰瘍、提高生命質量、增強記憶和學習能力等多種生物活性和藥效作用,還具有快速吸收、高生物利用度等特點。用酶法輔助提取清熱中藥黃芩活性成分時,HPLC分析發現提取物中的黃芩素和漢黃芩素等苷元含量遠遠高于藥典的提取方法,表明酶法輔助提取有助于黃芩苷、漢黃芩苷等轉化成相應的苷元[16,17]。

3 生物中藥的發展方向

上文從微生物工程與中藥、酶工程與中藥等兩方面綜述了中草藥生物轉化工程的核心內容;同時,在中藥儲存、炮制、方劑配伍煎制、體內代謝等過程中也涉及到生物轉化,囿于篇幅,不再詳述。

中草藥生物轉化工程融合了傳統中藥制藥工程、傳統發酵中藥技術、現代微生物技術、酶工程技術、中藥成分的代謝工程等多種工程技術,其在中藥新藥研究開發方面具有的獨特優勢,可為改善中藥功效、加快中藥制劑的起效速度、提高生物利用度、改善制劑功效的個體差異性、創制新劑型、創制新藥等方面提供嶄新的技術手段,有望給中藥新藥研究開發注入新的活力,并將為中藥創新帶來革命性的變革,具有廣闊的發展前景,預計不久將成為中藥創新研究中的“紅熱點”。中草藥生物轉化工程的發展方向將影響生物中藥的未來發展前景,今后應在以下幾個方面進行深入研究:①中草藥儲存過程的生物轉化及霉變生物轉化機制研究;②中草藥炮制過程中的生物轉化機制研究;③方劑配伍中的生物轉化原理及方劑煎制過程的生物轉化研究;④加強微生物和酶工程技術在中藥研究中的應用;⑤加強曲劑制備過程中的生物轉化機制研究;⑥加強糞便類中藥的生物轉化機制研究;⑦加強生物中藥制藥裝備的研究;⑧利用現代分析技術,建立快速而靈敏的分析檢測技術手段;⑨建立有效而快速的功效篩選模型;⑩加強中藥成分體內代謝轉化及功效個體差異性的研究;(11)在生物轉化研究過程中如何合理地貫徹中醫藥理論及現代科學方法論的指導思想,并吸收利用現代科學的有益成果。

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Biotransformation Engineering of TCM and the Innovation of TCM

Yu Chunhao, Zhang Haijiang, Zhang Ping

(Huaiyin Institute of Technology, Huaian 223003, China)

篇2

關鍵詞:PLC技術;機械工程與自動化;應用;分析

1 引言

PLC技術是一種將數字運算與機械操作綜合起來使用的控制裝置,起源于傳統的繼電器技術,后來發展成綜合計算機技術、網絡通信技術以及自動控制技術的自動化控制系統工程。目前,在機械工程及自動化領域中,PLC技術已經得到了廣泛的應用,國內各行各業的自動化水平都得到了一定的提高,為國家的發展和人們生活水平的提高提供了技術支撐。本文對PLC技術在機械工程與自動化領域的重要性進行了分析,以供參考。

2 PLC技術及特點

PLC是目前工業領域單臺設備自動化控制的典型設備,具有體積小、安裝方便、編程容易、可靠性高以及不易受干擾的特點。近年來,PLC技術發展越來越快,軟件、硬件以及技術開發也有了較大的進步,功能越來越強大,系統的兼容性和開發性越來越好,使PLC的性價比也越來越高。現在,PLC已經開始廣泛應用在機械、化工、電力以及冶金等領域,成為自動化控制的重要支柱之一,大大推動了機械工程與自動化的發展進程。

PLC技術主要包括過程控制、位置控制、生產監控、順序控制以及生產管理等,而完成這些復雜控制必須解決控制設備與PLC處理器核心之間的通信問題,而通信技術最重要的是保證通信的正確性和穩定性。PLC技術的通信功能是最穩定的,下面對PLC技術進行數據傳遞或共享的特點進行具體的分析:

2.1 采用國際標準通信協議。PLC的生產廠家為了便于PLC的推廣和用戶使用的方便,規定使用統一的國際標準通信協議,這樣不僅使不同的生產廠家的PLC系列產品的生產互換性大大提高,還極大的方便了用戶進行維修,提高了PLC產品的通信開放程度。

2.2 現場總線的接口契合度。大多數PLC生產廠家都生產現場總線,并且在通信領域廣泛使用,如目前在PLC中廣泛使用并且已經進入國家標準的DeviceNet、Profibus、AS-I總線。這些現場總線與PLC接口的契合度極高,大大保證了通信的穩定性。

2.3 簡單化的程序編輯。大多數PLC生產廠家為PLC用戶設計了專門的計算機與PLC進行通信的軟件,進行程序翻譯,減輕了用戶的編程工作量,使PLC編程不在受限于專業人員,大大降低了PLC編程的準入門檻。

3 PLC的應用及重要性分析

3.1 PLC技術在生產系統自動化控制中的應用

在自動化生產中,PLC一般通過模擬參數控制模塊、位置控制模塊、計數模塊、主機模塊、通信模塊和I/O接口模塊六個模塊進行工業自動化生產控制。在實際工業生產時,PLC技術通過對生產過程的具體了解,根據生產過程中所需要控制的動作以及監控的對象,對PLC系統的控制模塊進行合理調整和優化組合,最終以最少的模塊和最合理的方式組建出一個功能全面而完善的自動化控制系統,可以保證生產過程的正確運行和對生產中的靈活控制調整。在PLC控制系統運行過程中,模擬參數模塊主要功能是對整個生產過程進行監控,并向監控儀表傳輸控制語句,從而達到改善控制精度的目的,如控制鍋爐溫度的升降或保溫工作,維護熱處理的正常進行。

3.2 PLC技術在控制邏輯運算中的應用

對于自動化控制系統來說,PLC的另一個巨大作用是進行邏輯運算和數據處理,如開關量的控制、數據位處理、數據轉換與傳輸、數據篩查與運算等功能。通過PLC的運算功能,來完成生產數據的處理,如數據采集、數據分析和工作總結,目前大多數食品、冶金以及造紙工業都利用PLC進行數據信息控制;通過PLC進行開關量的控制,可以有效的增加軟接觸點,提高工業自動化系統的質量,為企業節省大量的人力和物力成本,與傳統的繼電器相比,具有操作簡單,可靠性好,控制迅速和維修方便的特點,目前已經基本代替了大部分繼電器的工作。

3.3 PLC在系統控制和遠程通信控制中的應用

在現代自動化控制系統中,PLC技術不僅用于控制其他的繼續結構,還用于對自動化系統自身進行控制,也就是說,PLC技術能夠對自身系統進行故障排查和邏輯錯誤糾正,這樣的自動化控制系統才能夠穩定運行。在實際工業自動化生產中,設備的每一個動作都會有自動化系統控制,同時應用系統的檢測裝置對執行過程中產生的累積誤差進行調整,如果設備的運行狀態異常,整個PLC系統的邏輯關系就會穿行混亂,PLC控制系統的就會通過這些混亂的邏輯關系進行故障診斷并報警。在PLC進行不同系統間遠程通信控制時,只要保持聯網通信模塊和信息傳輸接口的正確性,PLC技術就能進行穩定的遠程通信。

3.4 PLC技術在各個生產領域的重要性

目前,PLC已經成為世界上大多數國家實現機械工程自動化的標準設備,它的應用范圍已經覆蓋了冶金、化工、交通、娛樂和食品等所有的輕重工業領域,是自動化領域用途最廣,也最為重要的控制設備。在2009年,全國的PLC生產件數高達一千五百萬件,而2010年的產量達一千八百萬件,2011年的最終產品達到了二千三百萬件。經統計,這些PLC產品的最終使用的領域如表1所示。

表1 PLC的使用領域分布表

4 結束語

在工業化、信息化發展迅速的今天,機械工程及自動化的水平已經成為一個國家工業水平的代表,而PLC技術的發展是提高工業生產自動化水平的重要方面。本文通過對PLC在各個領域自動化設備中的應用,論述了PLC在機械工程與自動化方面的重要作用,為PLC在自動化控制領域的推廣提供了支持。

參考文獻

[1]李世發.PLC在工業自動化控制領域中的應用[J].信息通信,2011(4).

篇3

當前醫藥事業的發展面臨著國際醫藥行業加速技術革命的挑戰和高科技高投入下強化專利保護的嚴峻現實,醫藥工業需要進行從仿制到創新的戰略轉移,需要強化工業化生產過程,增加在國際市場上的競爭力。高等藥學教育必須適應這一形勢,深化改革,拓寬藥學人才培養的途徑,充分發揮綜合性大學和理工科大學辦學的力量和積極性。

一、培養醫藥化工人才的必要性

傳統的醫藥工業在過去的計劃經濟體制下以救死扶傷、保證人民健康為唯一宗旨,以生產出產品為首要目的。實現工業化生產時較少從化學工程角度去考慮設備與過程的設計、放大和控制,缺少化學工程研究。因此,我國制藥工業中的化工過程比較落后于其它化學工業。在當今社會主義市場經濟體制下,傳統的醫藥工業除面臨新藥開發中的知識產權保護的挑戰外,還面臨著競爭機制的挑戰,特別是復關后面對的是國際大市場的競爭,如不迅速提高技術水平,建立現代醫藥工業,就會在市場經濟中缺乏競爭能力。根據醫藥生產過程基本是化工過程的特點,要建立現代醫藥工業體系,提高生產操作水平,降低成本,減少能耗、物耗,就必須加強在醫藥工業化生產中的化學工程研究。

根據我系畢業生分配情況,醫藥行業尤其是制藥行業與公司迫切需求醫藥化工方面的畢業生,雖然每年都有相當數量的畢業生分配至醫藥行業的科研、生產單位,但遠遠不能滿足需求,這包括數量與質量兩個方面的不滿足。分配到醫藥行業的畢業生也反映他們的知識結構上的不適應,需要花1-2年甚至更長的時間對藥學方面的知識和特點進行熟悉和再學習。

二、發揮清華大學的工科優勢培養醫藥化工人才

醫藥工業是技術密集型的特殊行業,理、工、醫藥學科的相互滲透、優勢互補,共同培養藥學人才是加強我國高等藥學教育、使之更好地為我國醫藥工業服務的重要途徑之一。清華大學是一所以工科為主,兼有理學院、經濟管理學院和即將成立的人文社科學院的綜合性委屬重點大學,具有雄厚的公共基礎和機、電等公共工程基礎。化工系的化學工程學科是學校的重點學科之一,近幾年來又著重在加強工程實踐基礎上做了不少努力。具有較雄厚的化學工程的反應、分離、過程優化設計等科研基礎和教學基礎,也是優勢所在。同時我校還有相關的生物科學技術系、化學系?;は狄苍O有生物化工與制藥研究所,并即將與國家醫藥局科教司聯合成立國家醫藥局清華大學醫藥工程中心,因此也具備一定的開設化學制藥和生物制藥的基礎課(如生物化學、有機合成)的能力。但目前尚欠缺開設有關藥學和藥理等專業課及實驗的條件,需要兄弟醫、藥院校的協助。因此總的設想是在國家教委和國家醫藥管理局的統籌安排下盡快在我校化工系試辦以堅實的化學工程與工藝基礎為特征的、同時覆蓋化學制藥和生物制藥、專業面較寬的5年制醫藥化工(或制藥化工)專業,盡快培養一批適應我國醫藥事業發展的、既有堅實的化學工程與工藝基礎,又懂化學及生物制藥的特殊原理及要求的工程型醫藥學人才。

三、辦學方式

方式1:以清華大學化工系為主,借助兄弟醫藥院校的師資、辦學經驗和條件,五年中前三年突出清華大學的特點,充分發揮本校的辦學優勢,打好公共基礎和化學工程與工藝基礎。第四學年開始,請兄弟醫藥院校、系的教師開設有關藥學方面的專業課,并盡可能就近借助兄弟醫藥院校、系的實驗條件進行相應的必要的實驗技能訓練。同時積極培養和引進本系這方面的師資和實驗條件的建設。見習和生產實習均到制藥廠進行,第五學年的最后一學期進行制藥化工過程中的工程、工藝學習,以及少部分偏重基礎研究的畢業設計(論文)。獲得工學士學位。

方式2:在試辦“醫藥化工專業”的同時還可試辦第二學士學位,多途徑培養多種類型的制藥工程人才。在獲得化學工程第一學位的同時,取得藥學第二學位。在我系化學工程與工藝專業的學生中,于第三學年開始選取一批優秀的志愿者,在修第一學位(化學工程與工藝)課的同時,陸續選修藥學專業的基本必修課。五年內同時修滿兩個學位的必需學分,并同時完成化學工程學與藥學兩方面的畢業設計(論文)者授予兩個學位。此類學生第一學位為主,第二學位為輔,有條件者,兩篇論文最好相結合。第一學位由清華大學化工系負責,第二學位由醫藥院校負責,合作對象待定。

篇4

(浙江中醫藥大學)

生物工程是20世紀70年代初開始興起的一門新興的綜合性應用學科,其廣泛應用于化工、醫藥、食品、農業、能源、資源和環境等領域,近年來發展迅猛,尤其為人類健康問題的解決提供了美好的前景。因此,國內不少高校紛紛新設生物工程專業,生物工程人才的需求也逐年增加。

浙江中醫藥大學于2003年9月首次招收四年制本科生物工程專業學生,這是在全國20多所中醫藥院校中首次開設生物工程專業,沒有現成的經驗可以借鑒。我們根據本校的辦學優勢和國家對生物工程專業人才培養的要求,對中醫藥背景下生物工程專業特色建設以及人才培養進行了探索。

一 中醫藥院校生物工程專業的定位與特色

目前全國已有百余所院校開設了生物工程專業,浙江省共有9所院校開設了生物工程專業,而全國中醫藥院校中僅三所開設了生物工程專業。由于在師資力量、教學條件、科研方向以及專業設置先后等方面的差異,辦學方向及專業特色也不盡相同。如有些院校以溶劑和有機酸的微生物發酵,或以核苷酸及其類似物的微生物發酵,或以酶制劑工業,或以微生物發酵生產抗生素,或以基因工程,或以食品發酵、加工釀造,或以微生物與環境保護等為主要辦學方向[1】。

在專業定位這個戰略問題上,必須揚長避短,走特色發展之路。浙江中醫藥大學具有在中醫藥領域深厚的辦學積淀和背景,因此我校生物工程專業的特色定位是:充分依托和發揮中醫藥大學的辦學優勢,注重現代生物工程在傳統中醫藥中的交叉融合與應用,培養面向科研、生產、管理第一線的一流中醫藥生物工程復合型人才。專業堅持以工為主、理工結合的方向,充分發揮多學科交叉滲透的辦學特色,加強實踐環節教學,培養適應行業需求、社會經濟發展的應用型生物工程技術人才。

注重現代生物工程在傳統中醫藥中的交叉融合與應用,是中醫藥院校生物工程專業建設的一大特色。現代生物工程技術已用于中醫藥產品的開發、生產、培育及研究等方面,包括中藥生物發酵、中藥內生菌的分離、中藥生物轉化、酶工程應用于中藥提取、中藥細胞工程、中藥生化分離工程等。醫藥產業已逐步成為支柱產業之一,而生物技術成果約有60%是用于醫藥業。因此,現代生物工程技術不僅可以應用于中醫藥領域,而且前景廣闊,辦好生物工程專業也將更好地促進中醫藥院校的教學、科研發展。

二 具有中醫藥背景的生物工程復合型人才的培養目標

根據國家教指委的專業規范以及社會需求與各類人才的專業特點,在大量調研和充分論證的基礎上,結合辦學特色,研究確定了生物工程專業的人才培養目標是:培養出具備生物工程基本知識、掌握生物技術及其產業化的科學原理、工藝技術過程和工程設計等基礎理論和技能,能在生物技術與工程及中醫藥領域從事設計、生產、管理和新技術研究、新產品開發的工程技術人才。 ‘在培養方向上,既要培養學生掌握生物工程的基本技能、基本理論和基本知識,又要注重現代生物工程在傳統中醫藥中的應用與交叉融合,注重工程技術素養的培育,注重培養具有中藥發酵工程技術、中藥活性成分分離工程技術、能將細胞工程、基因工程應用于中醫藥研究的人才,充分發揮中醫藥背景的優勢和特色,培養出社會真正需求,并能在中醫藥領域發揮一技之長的復合型人才。

三 具有中醫藥背景的生物工程復合型人才的培養模式

建立科學的人才培養模式是人才培養的基礎性工作[2]。圍繞著培養具有中醫藥背景的生物工程復合型人才這一目標,我校生物工程專業加強課程及教材建設,突出實踐能力的培養,堅持繼承與創新相結合,注重特色項目的培育,重視中藥發酵工程、中藥酶工程、中醫藥基因工程等中醫藥生物工程技能的培養,這也成為了專業建設的一大特色。

1 實施課程改革,優化課程體系,注重中醫藥生物工程技術的培養

課程是教育的核心,課程水平決定了人才培養的水平[3]。生物工程專業在課程設置上以優化學生知識結構、提高學生綜合素質為主線,注重其多學科交叉的特點。在廣泛學習調研國內生物工程專業人才培養方案的基礎上,根據國家教指委制定的專業規范要求,對現有的課程體系進行了整體優化和調整。為加強學生實踐能力的培養,增設了工程類基礎課程,并增設了實訓環節,以更好地促進學生綜合素質的提高。

我校生物工程專業在培養學生具備生物工程基本技能的基礎上,注重中醫藥生物工程技術的培養,具有鮮明的中醫藥特色。除了開設細胞工程、酶工程、基因工程等通用課程以及工程制圖、化工原理等工程技術基礎課程以外,還充分利用學校在長期辦學過程中形成的中醫藥學這一優勢學科,開設了中醫學概論、中藥藥劑學、中藥復方藥動學等課程。同時,在專業實驗課中也融人了中醫藥相關的內容,而學生開放實驗項目、本科畢業論文中與中醫藥相關的比例均高達50%左右。

2 選用優秀教材,編寫特色教材,融合鮮明的中醫藥特色

教材建設是制定人才培養方案和課程設置必備的基礎環節,教學內容和課程體系的改革必然反映到教材上[4]。制訂教材建設規劃,完善教材選用機制,以此保證教材選用的先進性及中醫藥特色。針對我校生物工程專業的特色,編寫并出版了符合專業方向需要的中醫藥生物工程教材《生物與制藥工程實驗》,該教材既注重基礎知識,又著眼于實用性及學科發展性,并結合了中醫藥特色的實驗內容。這些實驗內容在生物工程基本理論的基礎上,注重中醫藥特色,對培養學生的動手能力和實驗設計能力具有很強的指導性。

3 構建實踐教學體系,強化工程能力、實踐能力的培養

實踐能力的培養是高等教育教學的重點和特點,實踐教學不但是生物工程專業本科教學的重要組成部分,而且是培養具有創新精神和實踐活動的高素質工程技術人才的重要環節。生物工程作為一門實踐性及應用性較強的專業,不僅要求學生具備深厚的理論基礎,還應具備較強的實踐動手能力。因此在人才培養過程中,如何強化工程能力及實踐能力的培養是—個非常重要的問題。

(1)積極推進實驗教學改革

我校生物工程專業非常重視實驗教學工作,在實驗教學體系、實驗教學內容、課程整合與優化、完善管理機制等方面進行了改革,以滿足生物工程專業發展的需要。①在實驗教學體系方面,實行多層次改革,對課程實驗教學、學生參與教師科研、畢業設計實驗、開放實驗項目、企業實訓教學、實驗沒計競賽等多個環節進行優化,建立更完善的實驗教學體系。②在實驗教學內容方面,增加能更好地提高學生實踐動手能力的設汁性、綜合性實驗項目,減少驗證性、認知性實驗項目,促進科研成果向本科實驗教學內容轉化,并根據學科發展更新實驗教學內容,引入特色實驗項目。③在課程整合與優化方面,對實驗教學內容相關相承的課程,打破課程壁壘,進行課程整合,開設專業模塊大實驗,如將“基因工程”、“生化制藥學”的實驗課整合為“基因工程實驗”,將“工業微生物學”、“生物工藝學”、“發酵設備”的實驗課整合為“發酵工程實驗”?!盎蚬こ虒嶒灐睂⒒蚬こ坛S玫膶嶒灱夹g串聯起來,涉及基因克隆、菌種構建、工程菌的發酵、蛋白分離純化、產品電泳與檢測等環節,讓學生在整個產品生產流程中了解各項技術,既有“點”、又有“面”,改變了過去實驗課時少、實驗內容孤立、交叉重復等現象。④在完善管理機制方面,建立開放式實驗教學平臺,通過該平臺實現信息、師生交流、資源共享、實驗管理等功能。

(2)建設特色實驗室,加大實驗室開放力度

我校生物工程專業建有生化分離工程、發酵工程、細胞工程、基因工程、化學合成和化工原理等特色實驗室,面向全校開放。每年承擔150余項開放實驗項目供全校學生選擇,內容涉及生物工程各個方面,通過這些實驗項目可以提高學生的綜合素質及科研能力。同時,根據學生的科研興趣及就業方向,分不同專業方向,通過實行科研導師制、撰寫論文以培養學生的實踐動手能力和創新意識,如采用發酵工程技術培育藥用菌(中藥)、中藥成分分離分析工程、中藥制劑工藝、細胞工程、生物制劑等不同方向。

(3)注重實習實訓基地建設,培養合格的應用型人才

通過學生實習實訓基地的建設,改善實習教學條件,培養學生的工程實踐能力。通過打通校企聯系渠道,使企業全方位參與人才培養工作。除建立校內實訓基地外,與多家校外具有中醫藥特色企業簽訂了合作協議,建立了校外實習實訓基地。校企合作建立人才培養基地,為學生跨專業、跨學科、跨行業的社會實踐提供平臺,使企業中具有豐富生產實踐經驗的工程師作為專業師資的補充,為培養具有較強實踐動手能力的生物工程應用型人才提供了有力保障。

總之,浙江中醫藥大學在全國20多所中醫藥院校中首次開設生物工程專業,沒有先進的經驗可以借鑒。根據專業建設和人才培養的實踐,探索出了現代生物工程與傳統中醫藥交叉融合這一專業特色,并確定了具有中醫藥背景的生物工程復合型人才的培養目標。圍繞這一人才培養目標,對生物工程專業人才培養模式進行改革,通過優化改革課程體系、編寫選用特色教材、構建強化學生工程能力與實踐能力的實踐教學體系,最終形成了具有中醫藥背景的生物工程復合型人才的培養模式。這將為中醫藥院校生物工程專業建設和人才培養提供—個良好的理論支撐,也將為中醫藥院校其他非傳統專業(傳統專業指中醫、中藥等)的開設提供參考。

參考文獻

[1]萬海同.中醫藥院校中生物工程專業的人才培養模式與實踐研究[J].中醫教育,2010,29(4):4-8.

[2]官翠玲.醫藥院校市場營銷專業人才培養模式之研究[J].,中醫教育,2008,27(5):4-6.

篇5

今年來,由于生物技術的快速發展,使得我國生物學工程的發展也在不斷向前,并已有一定的基礎。調查顯示,當前生物化工的產品已經涉及到保健、醫藥、農藥以及食品等各個領域與方面。①在醫藥方面,抗生素得到迅猛發展,并且在臨床中的使用最普遍,相關數據表明,目前我國抗生素的產量達到世界首位,此數據還在不斷增長;②在農藥方面,生物化工的農藥品種也層出不窮,主要包括井霉素、赤霉素以及蘇云金桿菌等,該技術不斷進步,并且逐步滿足了我國農業生產的需要;③在食品與飼料方面,氨基酸、檸檬酸等的產量不斷加大,并呈現數倍增產的趨勢,該產品已經不只為了滿足于本國市場,還出口到世界各國。

2、我國生物化學工程發展中所存在的問題

經過深入調查分析可知,由于各種因素的限制,使得我國生物化學工程在發展過程中也存在著許多問題與不足,也將面臨著新的挑戰,本文主要從以下幾方面的問題著手分析:

(1)我國生物化學工程的產品結構布置不夠科學,許多企業往往存在品種單一、低檔次等問題,不能滿足當今市場的需求。對于檔次較高的醫藥生化產品例如激素類、干擾素、藥用多肽等,在我國的生產技術還不完善,不能滿足本土市場需求,每年還需花費大量資金從國外進口。

(2)當前我國的生物化工產業主要局限于輕工、醫藥、食品業等。所以,許多企業對生物化工產品尤其是精細化工產品這一領域的了解不足,不利于擴大生產,更不用說通過這些技術引領企業走向世界。此外因生物化學發展速度較快,我國相關部門對該行業的研究及規范還不成體系,導致生產過程中的能源消耗大,環境污染嚴重,技術在低水平徘徊。

(3)在生產技術上存在許多不足,生產設備與工藝配套不完善,上下游技術不配套,產物的收得率低,生產成本高企業效益低。相關數據表明,雖然目前我國的產品如檸檬酸、乳酸等的發酵水平較高,但其他絕大多數產品的技術明顯低于國外。從而,某些企業為了引進新技術提高生產效率,只能每年都要投入大量資金從外國進口細胞破碎機、生物反應器、計算機監控設備以及生物傳感器等,不利于企業的長期生產目標。

(4)我國生物化學工程的發展歷史較短,基礎研究的投入較薄弱,還沒有形成一個完整的科研體系,技術創新能力不強,同時,相關企業的技術開發、技術吸收能力差。調查顯示,當前該行業的生產發展多數依靠傳統的粗放型擴大投資的增長模式,從而生產效益低下、市場競爭力不強,不利于企業的發展。

3、我國生物化學工程發展問題的解決建議

本文經過深入探究分析我國生物化學工程發展過程中所存在的問題,并借鑒國外先進技術,主要從以下幾方面來解決當前的問題:

(1)合理調整產業化結構,擴大并發展高檔次的產品。例如加大對醫藥生化產品、功能性食品及添加劑等高檔產品的研發與生產。此外,使生物化學工程的發展呈現多元化,著重生產如生物色素、微生物多糖、工業酶制劑以及表面活性劑等多種精細化工產品以及采用傳統技術無法生產的產品,從而提高企業的經濟效益與市場競爭力。

(2)不斷擴大生物化工的生產規模,提高競爭力。因此,我國相關部門應該出臺更多有效措施來鼓勵建設大型的生物化工企業,使之能夠將研發、生產、銷售融于一體,從而節省生產成本。尤其要加大力度去培育一批科技創新型企業,此外,還要鼓勵那些具有發展生物化工產業的企業加入該技術發展行列,向著創新型生化公司的方向發展,并淘汰那些生產技術落后,市場競爭力低下的企業,從而提高我國整體生物化工行業的競爭力,并有利于擴大我國生物化工的產業規模。

篇6

生物化學工程(又叫生化工程或生物化工)是化學工程與生物技術相結合的產物。生物化工是生物技術的重要分支。與傳統化學工業相比,生物化工有某些突出特點:①主要以可再生資源作原料;②反應條件溫和,多為常溫、常壓、能耗低、選擇性好、效率高的生產過程;③環境污染較少;④投資較??;⑤能生產目前不能生產的或用化學法生產較困難的性能優異的產品。由于這些特點,生物化工已成為化工領域重點發展的行業。

1.世界生物化工行業的現狀

生物化工發展至今已經歷了半個多世紀,最早主要是生產抗生素;隨后,是為氨基酸發酵、舀體激素的生物轉化、維生素的生物法生產、單細胞蛋白生產及淀粉糖生產等工業化服務。自20世紀80年代起,隨著現代生物技術的興起,生物化工又利用重組微生物、動植物細胞大規模培養等手段生產藥用多肽、蛋白、疫苗、干擾素等。而且,生物化工的應用已涉及到人民生活的方方面面,包括農業生產、化輕原料生產、醫藥衛生、食品、環境保護、資源和能源的開發等各領域。隨著生物化工上游技術——生物工程技術的進步以及化學工程、信息技術(IT)和生物信息學(bioinformatics)等學科技術的發展,生物化工將迎來又一個嶄新的發展時期。

生物化工行業經過50多年的發展,已形成了一個完整的工業體系,整個行業也出現了一些新的發展態勢。下面簡要描述生物化工行業的現狀。

1.1工業結構

由于生物化工涉及面廣,涉及的行業多,所以從事生物化工的企業較多。據報道,90年代中期,美國生物化工企業有:000多家,西歐有580多家,日本有300多家。近年來,雖然由于行業競爭日趨激烈,生物化工企業有較大幅度減少,但與生命科學(主要指醫藥和農業生化技術)諸侯割據的局面相比,生物化工行業依然是百花齊放,百家爭鳴。既有象諾華、捷利康等從事生命科學的世界性大公司,也有象DSM、諾和諾德等大型的精細化工公司,當然也有在某一方面有專長的小公司如Altus等。而且,由于世界大公司正把注意力向生命科學部分轉移,生物化工行業百花齊放的局面在很長一段時間內不會有什么改變。

1.2產品結構

傳統的生物化工行業主要是指抗生素(如青霉素等)、食品(如酒精、味精等)等行業,而在目前,它已幾乎滲透到人民生活的各方面如醫藥、保健、農業、環境、能源、材料等。同時,生物化工產品也得到了極大的拓展:醫藥方面有各種新型抗生素、干擾素、胰島素、生長激素、各種生長因子、疫苗等;氨基酸和多肽方面有賴氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、蘇氨酸、脯氨酸等以及各種多肽;酶制劑有160多種,主要有糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶、青霉素酶、過氧化氫酶等;生物農藥有Bt、春日霉素、多氧霉素、井崗霉素等;有機酸有檸檬酸、乳酸、蘋果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亞麻酸、透明質酸等。還有微生物法1,3.丙二醇、丙烯酞胺等。

目前,全球生物化工年銷售額在400億美元左右,每年約以7%~8%的速率增長。從產品結構來看,生物化工領域生產規模范圍極廣,市場年需求量僅為千克級的干擾素、促紅細胞生長素等昂貴產品(價格可達數萬美元/g)與年需求量逾萬噸的抗生素、酶、食品與飼料添加劑、日用與農業生化制品等低價位產品(部分價格不到:美元/g)幾乎平分秋色。高價位的產品市場份額在50%~60%,低價位的產品市場份額在40%~50%。而且,根據近年來生物化工的發展趨勢及人們對醫藥衛生的重視來看,高價位產品的發展速率高于低價位產品。

1.3技術水平

生物化工經過80年代以后的蓬勃發展,不僅整個行業技術水平有大幅度提高,而且許多新技術也得到廣泛應用。

1.3.1發酵工程技術已見成效

據估計,全球發酵產品的市場有120~130億美元,其中抗生素占46%,氨基酸占16.3%,有機酸占13.2%,酶占10%,其它占14.5%。發酵產品市場的增大與發酵技術的進步分不開?,F代生物技術的進展推動了發酵工業的發展,發酵工業的收率和純度都比過去有了極大的提高。目前世界最大的串聯發酵裝置已達75m\許多公司對發酵工藝進行了調整,從而降低了生產成本。如ADM(ArcherDanie1sMid1and)和Cargill公司在20世紀90年代初對其發酵裝置進行改造,將以碳水化合物為原料的生產工藝改為以玉米粉為原料,從而降低了生產成本,ADM公司生產的賴氨酸成本比原先降低了一半。

1.3.2酶工程技術有了長足的進步

酶工程技術包括酶源開發、酶制劑生產、酶分離提純和固定化技術、酶反應器與酶的應用。目前世界酶制劑從酶源開發到酶的應用都已進入了良性發展階段,各階段生產企業和用戶關系密切,合作廣泛。據報道,1998年全球工業酶制劑的銷售額為13億美元,預計到2010年將增長到30億美元,每年以6.5%的速率增長。其中食用酶占40%,洗滌用酶占33%,其它(主要是紡織、造紙和飼料等用酶)占27%。

1.3.3分離與純化技術也有很大進步

影響生化產品價格的因素,首當其沖的是分離與純化過程,其費用通常占生產成本的50%~70%,有的甚至高達90%。分離步驟多、耗時長,往往成為制約生產的“瓶頸”。尋求經濟適用的分離純化技術,已成為生物化工領域的熱點。已大規模應用的分離純化技術有:雙水相革取、新型電泳分離、大規模制備色譜、膜分離等。

1.3.4上游技術廣泛應用于下游生產

利用基因工程技術,不但成倍地提高了酶的活力,而且還可以將生物酶基因克隆到微生物中,構建基因菌產生酶。利用基因工程,使多種淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、氨基酸合成途徑的關鍵酶得到改造、克隆,使酶的催化活性、穩定性得到提高,氨基酸合成的代謝流得以拓寬,產量提高。隨著基因重組技術的發展,被稱為第二代基因工程的蛋白質工程發展迅速,顯示出巨大潛力和光輝前景。利用蛋白質工程,將可以生產具有特定氨基酸順序、高級結構、理化性質和生理功能的新型蛋白質,可以定向改造酶的性能,從而生產出新型生化產品。

1.3.5新技術在生物化工中也得到了極大的應用

比如,在超臨界液體狀態下進行酶反應,從而大大降低酶反應過程的傳質阻力,提高酶反應速率。超臨界C02無毒、不可燃、化學情性、易與反應底物分離。利用超臨界CO2取代有機溶劑進行酶反應,具有極大的發展潛力。又比如,微膠羹技術已被廣泛用于動物細胞的大規模培養、細胞和酶的固定化以及蛋白質等物質的分離方面。

2.世界生物化工行業的發展趨勢

2.1工業結構

行業與行業間的劃分將日趨模糊,企業間的合作將加大。目前,許多從事醫藥、農業、環境、能源等方面生產的企業,正在從事生物化工生產。特別是某些從事傳統化工行業的生產廠家,也紛紛涉足生物化工領域。如杜邦公司,長期以來主要從事有機化工和聚合材料的生產,現在正加大生物化工的開發力度,已開發成功了生物法生產1,3-丙二醇工藝,并正在開發用改性大腸桿菌生產己二酸工藝。DSM公司以前主要從事抗菌素方面的生產,現也加大了生物化工的投資力度。

由于生物化工涉及面廣,許多生化公司都有自己的專長,它們之間為了商業利益的合作也非?;钴S。此外,隨著從事傳統行業的生產廠家的加入,由于技術與生產方面的原因,它們與從事生物化工開發與生產的企業合作也很頻繁。所有這一切,都使生物化工行業的合作越來越廣泛。如杜邦公司與杰寧科樂公司合作開發用生物法生產1,)丙二醇,進一步生產PTT樹脂。荷蘭的Purac公司與美國Cagill公司合資建設年產3.4萬tL。乳酸裝置,并計劃進一步發展到6.8萬V入DSM公司與美國Maxygen公司簽定了三年的研究合同,以利用Maxygen的DNA重排和分子培養技術,開發在7一ADCA和其它青霉素生產中使用的酶和菌種。

2.2產品結構

生物化工產品正向專業化、高科技含量、高附加值方向發展。傳統的低價位產品受到冷落,而高價位產品如生化藥物、保健品、生化催化劑等則備受青睞。許多公司為了追求較高利潤,都將低附加值的產品剝離。如日本武田藥品工業公司不再生產味精,轉而生產其它高附加值的調味品如肌甘酸二鈉(IMP)和鳥甘酸二鈉(GwtP)。另外,生物化工將涉足它以前很少涉足的領域如高分子材料和表面活性劑等。

生化藥物由于附加值高而成為今后生物化工領域發展的重點。1997年生化藥物市場銷售額達130億美元,其中細胞分裂素80億美元,激素30億美元,其它20億美元;就具體藥物而論,促紅細胞生長素35億美元,人胰島素18億美元,粒性白細胞克隆刺激因子16億美元,人生長激素15億美元,小干擾素11億美元。預計今后其市場銷售額還將以8%的速率增長。

在氨基酸方面,雖然用于藥物合成氨基酸的量相對較小,但其發展潛力很大。據報道,500種主要藥物中,有18%含有氨基酸或其衍生物的合成。在藥物合成中,使用最廣泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r對羥基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管緊張素轉化酶(ACE)的合成,匹苯甘氨酸和r對羥基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外,多肽也是今后的發展重點之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽鍵組成的化合物,在臨床上使用非常廣泛,主要用于治療癌癥、HIV病毒和兔疫系統功能減退、對傳統抗生素產生抗體的感染以及疫苗等。全球合成多肽原藥的產量在100kg左右,但銷售額達2.5億~3億美元,而做成制劑的銷售額則達25億~30億美元。多肽原藥需求量的年增長率在10%以上。

碳水化合物方面,用于臨床的碳水化合物受到人們越來越多的關注。但是,用于臨床的碳水化合物結構復雜,如一對單糖,其不同的化學鍵就多達22種。因此,用化學法合成復雜的碳水化合物比較困難,難以實現工業化,而用酶法合成則是一條切實可行的途徑。

作為生化催化劑的酶,也將是今后發展的重點。1997年,生化用催化劑銷售額約1.3億美元,在過去的3~5年間,每年增長速率在8%~9%,預計在未來的3~5年間,將以同樣速度增長。生化催化劑主要用于手性藥物的合成。當前,手性藥物已成為國際新藥研究與開發的新方向之一。

1997年手性藥物制劑世界市場的銷售額為879億美元,占藥品市場的28.3%,到2000年將達到900億美元。在未來的25年內,約有一半的手性藥物要通過生化催化合成,因此,生化催化劑無論從需求量和需求種類來看,都具有很大的發展潛力。

生化表面活性劑由于具有無毒、生物降解性好等優點,今后可能成為表面活性劑的升級換代產品,但目前還處于探索階段。

生物化工在高分子材料、特殊化學品、生物晶片、環保等方面也將有極大的發展潛力。

2.3技術水平

不斷提高菌株活力、發酵水平、生化反應過程、分離純化水平,依然是生物化工面臨的課題。

在菌種開發方面,由于從20世紀70年代以來從自然界中篩選菌種以獲得新的代謝產物的機會明顯減少,人們便考慮利用已知菌種經適當改變其代謝特性后生產新的產品。如日本協和發酵公司已成功地把生產谷氨酸的菌種改為生產色氨酸。

在生化反應器方面,反應器放大一直是一個老大難的問題。因此,利用計算機技術對整個生化反應過程進行數字化處理,從而優化反應過程,是今后的發展方向之一。

在分離純化方面,親和層析受到廣泛重視,并有人研制了一種綜合專家系統軟件包,可在幾分鐘內告知對方被分離物系的分離方法和順序,以便根據產品所需進行取舍。

另外,在生化過程的在線檢測和控制方面,利用生物傳感器和計算機監控,依然是今后的發展方向。

在酶催化反應中將發展有機溶劑中的催化反應。

生物上游技術的發展,將對生物化工產生深遠影響。人們對從病毒、細菌、植物、動物到人類基因組順序測定工作十分重視,并在此基礎上形成了基因許多產品一哄而上,盲目上馬,遍地開花,最終形成惡性競爭,許多企業破產倒閉。在競爭中生存下來的企業,也是元氣大傷,難以進一步組織技術改造。如僅江蘇省停產的發酵生產線就多達上百條。另外,行業內企業間的生產水平相差懸殊,企業技術裝備水平達到20世紀80年代以后國際先進水平的僅占20%~30%,多數處于20世紀60~70年代水平。

二是產品結構不合理,品種單一,低檔次產品重復生產,不能適應需求。在我國高檔的醫藥生化產品如激素、生長因子、干擾素、藥用多肽等,有的產量很小,有的沒有生產,因此每年都需進口。

三是在生產技術上,工藝、設備不配套,上下游技術不配套,產物的收得率低。我國雖然某些產品如檸檬酸、乳酸等發酵水平較高,但大多數產品的收率都低于國外,酶制劑的活力也明顯低于國外,生化反應器和分離純化技術更是落后國外15~20年。每年都要花費大量資金從國外進口生物反應器、細胞破碎機、分離純化設備及分離介質、生物傳感器和計算機監控設備。

四是有些產品投入產出比達15/=以上,造成嚴重的資源浪費和環境污染。

五是基礎研究薄弱,技術創新能力不強,企業的技術開發、技術吸收能力差,生產發展多數依靠傳統的夕蜒型、粗放型擴大投資的增長模式,效益低、市場競爭力低。

3.2建議針對我國生物化工行業存在的問題,筆者有以下建議:

3.2.1擴大經濟規模,提高競爭力要鼓勵建設大型的生物化工企業集團公司,使之集科研、開發、生產、銷售干一體。尤其要培育一批科技創新型企業。同時,也要鼓勵在某些方面有一定特色的小型技術創新型生化公司的發展,并淘汰一批生產規模小、生產技術落后、沒有市場競爭力的企業,從整體上優化我國生物化工的產業結構。

3.2.2調整產品結構要發展高檔產品,如高檔醫藥生化產品、功能性食品及添加劑(主要有低熱值、低膽固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等產品)、生化催化劑等。另外,也應發展眾多精細化工產品及用化學法無法生產或很難生產的產品,如微生物多糖、生物色素、工業酶制劑、甜味劑、表面活性劑、高分子材料等。

3.2.3節約有限資源,強化環境保護在生化生產組學(genomics)。近年來又在信息學(informatics)的基礎上建立了生物信息學(bioinformatics)。信息學的內容包括信息科學十生物技術十生物工程十生物動力學等的綜合信息系統。可以預見,基因組學和生物信息學在生物化工中應用的商業前景極為可觀。

另外,其它行業的新技術如分子蒸餾技術、組合化學(combinatoricalchemistry)等,也將在生物化工中得到應用。

3.我國生物化工的發層現狀及建議

3.1發展現狀

我國生物化工行業經過長期發展,已有一定基礎。特別是改革開放以后,生物化工的發展進入了一個嶄新的階段。目前生物化工產品也涉及醫藥、保健、農藥、食品與飼料、有機酸等各個方面。

在醫藥方面,抗生素得到迅猛發展61998年我國抗生素的產量達到33486h青霉素的產量居世界首位。其它生化藥物中,初步形成產業化規模的有干擾素、白細胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。

在農藥方面,生物農藥品種達12種,主要有蘇云金桿菌、井崗霉素、赤霉素等。其中,井崗霉素的產量居世界第一位。

在食品與飼料方面,作為三大發酵制品的味精、檸檬酸、酶制劑的產量也有很大的增加/1998年味精產量從1990年的22.3萬、增加到56.4萬一檸檬酸產量從1990年的6.13萬、增加到56.4萬一酶制劑從1990年的8.5萬t增加到24萬t。酵母及淀粉糖的產量也有明顯增加。我國的味精生產和消費居世界第一,檸檬酸的生產和出口也居世界第一。另外,1998年乳酸的產量在1.5萬t左右,賴氨酸的產量在2萬t左右,卜蘋果酸的產量在6000t。

在有機酸方面,衣康酸的產量達5000乙我國開發的生物法長鏈二元酸工藝居世界領先地位,目前生產能力達500Va以上,并有數家企業有建設長鏈二元酸生產裝置的意向。

在保健品方面,我國已能用生物法生產多種氨基酸、維生素和核酸等。另外,我國生物法丙烯酞胺的生產能力達到2萬V山與日本同處于世界領先地位。

但是與發達國家相比,我國生物化工行業存在著許多問題:

一是我國的生物化工產業主要以醫藥、輕工、食品業為主。部分企業對生物化工產品大都是精細化工產品這一點了解不夠,加之行業規范也不夠,導致過程中,應選擇合適的原料,以降低成本與消耗,并加強廢物處理,減少環境污染。

3.2.4提高生產技術水平,特別是下游技術水平因為我國生物技術上游技術水平與國外相差僅3~5年,而下游技術水平則比國外相差15年以上,改造傳統發酵產品生產技術,不斷提高發酵法產品的生產技術水平,開發生物反應器,提高我國生物化工產品分離和提純技術,大規模開發生物化工裝備等應首先提上議事日程。另外,還應積極采用微生物法代替化學法,開發基礎化工新產品的工業化生產技術。

3.2.5加強產學研結合,注重上下游結合國內生物化工技術力量分散,為了做到優勢互補,應加強產學研結合。另外在生物化工生產過程中遇到的很多問題,都是由于上、下游結合不夠緊密而影響技術經濟指標。因此,在人力和財力的投入上,應考慮上下游結合,以加快生物化工產業的發展。

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2006年以來,億利資源集團總資產已經從2006年的22.6億元人民幣上升到2011年的163億元,而利潤總額也在5年之內上升了6倍。在2012年第一季度財報中,集團營業收入70.264605億元,較去年同期增加70.91%,營業利潤較去年同期增加35.86%。

億利資源集團最初從沙漠治理起步,逐漸開拓出醫藥、化工、煤炭、電力4大主業,它們圍繞煤炭和沙漠兩大核心展開。

億利資源旗下醫藥和沙漠太陽能、風能為主線的沙漠產業都以沙漠為載體,而醫藥產業是其中的核心產業。首先集團在沙漠中種植甘草等沙旱生中藥材作物,其實在沙漠種甘草并非億利資源集團首創,但億利卻更善于開拓產業結構,通過并購和成立醫藥生產、研發和銷售企業,構建了從藥材種植到零售的完整產業鏈。

隨著國家醫藥衛生體制改革全面深入推進和醫療保障體系逐步建立與完善,處于上升階段的醫藥行業產業集中度不斷提高。僅2012年上半年,億利資源集團醫藥產業已經創造了22.509992億元營收,占其主營業務收入比例的32.04%。

我國“富煤貧油”的能源特點使得煤炭在我國的能源消費結構中占比約70%,而長期來看煤炭仍將是中國的主體能源,作為上游基礎產業,煤炭行業也一直受益于國家宏觀經濟快速發展的大環境,這些都為國內煤炭企業拓寬了增長空間。

在這種格局之下,2002年,億利資源集團就以煤炭為載體,構筑了煤炭、電力、PVC 化工、水泥一體化的循環經濟產業鏈戰略,并以節能減排、資源綜合利用和循環發展為運作要求。

近年來,億利資源集團一直努力做大煤炭業務,通過參股49%的黃玉川煤礦,收購東博煤炭100%股權,以及實施煤炭集配物流項目,實現了煤炭產業業績的快速增長。2011年集團煤炭產業營收16.478392億元,而在主營業務收入中占比也從2010年的2.95%上升到2011年的 17.28%。

化工產業一直是集團的主營業務之一,億利資源集團在規劃了1000萬噸/年煤炭開采等PVC能源化工循環經濟園區的第一批項目之外,也在2004年確立了以PVC為主線的能源化工產業,依靠其倡導的一體化循環經濟模式吸引了上海華誼、神華集團和唐山冀東水泥等核心企業的加入。在2012年上半年, 億利資源化工產業實現營收36.314073億元,占主營業務收入的比例為51.68%。

中國對于PVC需求主要來自于建筑業、農業和醫藥行業,隨著中國城鎮化進程的加快,農業基礎設施和醫療衛生保障體系的進一步完善,國內對PVC產品的需求幾年來也一直保持增長。

確立PVC的產業主線之后,億利資源集團在2009年進行資產重組,向公司注入煤電、氯堿及水泥三大新主業。2010年以來,集團也由此將主營業務由原以醫藥、無機化工為主逐步轉向以能源化工為主,即“煤―煤矸石―發電―氯堿―水泥”的能源化工循環經濟一體化產業。

雖然目前集團氯堿和PVC產能中電石并未能實現完全自供,電力產能比例也較小,但下游配套水泥產能消化了大部分電石渣廢料,已經具備了上下游產業鏈的雛形。

其實要實現億利資源集團煤炭、電力、化工、醫藥生產正常運轉,必須通過治沙保證水源供應,治沙就成為集團的基礎工程。億利資源先后投資了7億多元,修筑了5條共計350公里橫穿庫布其沙漠的“穿沙公路”,種植了長達242公里的保護黃河的護河林帶,整合綠化了3500多平方公里荒漠化土地,擴大甘草種植為基礎的產業化工程。

而在沙漠治理的基礎上,億利資源集團也將產業結構拓寬至能源領域,順應工業化推進對于原料日益增大的需求量,設立以沙柳為生物來源的億利沙漠生物質能源項目,并在去年與泛海集團等企業聯手,發展沙漠太陽能全產業鏈項目、沙漠生物質能產業等新能源項目,現在的庫布其沙漠已經是中國最大的沙漠新能源科技成果轉化基地。

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關鍵詞:化工廢水 處理技術 發展趨勢

隨著高速發展的經濟,環境被化工產品生產污染加劇,人類健康也日益受到危害,保護環境越來越重要,把控這些問題要從源頭上抓起,廢水處理環節尤其重要。目前多達幾千種的常用藥物被我國制藥企業生產,對于常用藥物的不同類別,在藥品原料上,無論是數量還是種類都收有差異的,故而生產過程中產生的廢水有著很大的水質和特點上的不同,這就在處理醫藥化工廢水上有很大的困難,需要多種處理方法結合才能有效提升廢水處理。

一、醫藥化工廢水的類型和特點

目前處理化工廢水難度特別大,尤其是生產精細化工產品過程中排放的結構復雜、生物難以降解和有毒有害的有機物質。在生產常用藥的過程中,一般有四大類型的廢水:一是排放在主要生產過程中的廢水;二是排放在輔助生產過程中的廢水;三是平日工作中的沖洗水;四是生活中員工產生的污水。

化工廢水有其基本特點,主要有四點:一是副產物多,水質成分復雜,反應原料中多為環狀結構化合物或溶劑類物質;二是污染物在廢水中含量高;三是有毒有害物質多,特別是精細化工廢水中的有機污染物對微生物的危害很大;四是有很多生物難降解物質。

目前我國化工廢水的達標排放仍然不理想,研究低成本、高效的新工藝和新技術來處理化工廢水,已經成為各國科學家的研究重點。

二、國內外常用的醫藥化工廢水處理方法

1.物理處理法

過濾法、氣浮法和重力沉淀法等是常用的物理法。過濾法主要是減少水中的懸浮物,用有孔狀的粒料層將水中的雜質截留,在過濾處理化工廢水中,微孔狀慮機和板框過濾機是常用的工具;氣浮法是先生成吸附微小氣泡,然后通過微小氣泡的附裹攜帶將懸浮顆粒帶出水面的方法;重力沉淀法是利用重力場的作用,將水中具有可沉淀性能的懸浮顆粒達到自然沉降,這一過程固液就達到了自然分離。這三種物理處理方法管理方便,工藝簡單,但是在去除可溶性廢水方面有很大局限,還需尋求另外的辦法。

2.化學處理法

化學處理法去除水中的無機物雜質、有機物主要是利用化學反應的作用,主要有化學氧化法、電化學氧化法和化學混凝法等。

化學氧化法通常是在化工廢水中投放氧化劑對有機污染物氧化去除的方法。經過化學氧化還原的廢水,廢水中的有毒物質將轉化成無毒或毒性小的物質,達到了廢水凈化的目的。常用的有空氣氧化和氯氧化??諝庋趸难趸芰θ酰饕糜诤刑幚磉€原性強的物質的廢水,氯氣是普遍使用的氧化劑,主要用在處理含氰、含酚等有機廢水。

電化學氧化法是通過在電解槽中,在電極上廢水中的有機污染物發生氧化還原反應被去除,在電解槽的陽極廢水中的污染物失去電子被氧化,在陽極水中的氯離子和氫氧根離子也可放電生成氯氣和氧氣而間接地氧化污染物,在實際操作中,為了使陽極的氧化作用加強,使電解槽的內阻減少,一些氯化鈉被加入到廢水電解槽中,進行電氯化。近年來在電氧化和電還原的新型電極材料方面取得了較大的成效,但是成本高、能耗大等問題仍然存在。

化學混凝法是通過在醫藥化工廢水中投放能夠產生凝聚和絮凝作用的化學藥劑,使膠體形成沉淀,然后被去除;主要的作用對象是水中的膠體物質和微小懸浮物。水溫、水質、水量、PH值等變化對該方法影響較大,對一些可溶性好的無機、有機物質去除率低。

3.生物處理法

生物處理法是通過微生物的新陳代謝作用將有機物降解轉化的過程。伴隨著快速發展的醫藥化學工業,污染物的成分也變得日益復雜,如果僅僅采用物理的或化學的方法很難達到治理的標準。如果微生物的新陳代謝作用能夠被合理的利用,那么廢水中的有機污染物就可以進行轉化與穩定,達到無害化。生物處理方法主要分為厭氧處理和好氧處理兩大類型:厭氧處理是指在廢水中沒有分子氧的條件下,厭氧微生物將廢水中的有機化合物分解轉化為二氧化碳和甲烷的過程。研究表明,水解產酸細菌、產甲烷細菌和產氫產乙酸細菌是完成厭氧過程的三大主要類群細菌。好氧處理分為生物膜法和活性污泥法。生物膜法是將生物膜和廢水接觸,廢水中的有機物被生物膜吸附和氧化的過程?;钚晕勰喾ㄊ翘幚韽U水利用懸浮生長的微生物絮體的方法,活性污泥就是微生物絮體,活性污泥是由好氧微生物及其代謝吸附的有機物、無機物組成的,能夠降解廢水中的有機污染物。

三、最新的非常規廢水處理技術

最新的非常規廢水處理技術主要有磁分離法、紫外光催化氧化處理技術和固定化細胞技術。磁分離法是將磁種和混凝劑投放到醫藥化工廢水中,在磁種的剩磁和混凝劑的同時作用下,醫藥化工廢水中的顆粒相互吸引并凝結長大,懸浮物的分離加速,然后有機污染物將在磁分離器的幫助下去除。紫外光催化氧化處理技術是在300~400nm的紫外光照射下并利用二氧化鈦半導體催化劑,形成羥基自由基和產生光電子空穴等強氧化劑的能力,氧化分解廢水中的有機物。固定化細胞技術,是將適宜降解特定廢水的高效菌株通過物理或者化學手段篩選分離出來,保持其活性并且能夠反復利用。

四、總結

有效處理醫藥化工廢水是一項艱巨且長期的任務,對造福人類和環境保護有著重要的意義。在處理醫藥化工廢水的過程中,可以多想辦法、多走路子和多組合利用處理,更大的提高處理廢水的效率。目前,雖然出現了不少新式的處理技術,但是成本高、能耗大。另外,一些新技術的實際應用問題還要考慮到,廢水處理過程中出現的難題要盡量、盡快想辦法解決,使新的突破能夠在醫藥化工廢水的處理方法上實現。

參考文獻

[1] 張天勝 厲明蓉.日用化工廢水處理技術及工程實例[M].北京:化學工業出版社,2002.

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為貫徹落實《省人民政府關于科技創新“六個一”工程的實施意見》和《市人民政府關于實施科技創新“六個一”工程的意見》的精神和部署,全面提升科技創新能力,切實增強趕超發展后勁,區政府決定,于2010513333”工程,即主攻5個優勢高新技術產業、培育10個創新型企業、實施3項重大高新技術成果產業化項目、建設3個省級以上研發平臺、辦好3個省級以上高新技術產業特色基地、組建3個優勢科技創新團隊。具體實施意見如下:年至2012年實施科技創新“

一、總體思路

根據省、市科技創新“六個一”工程部署,結合我區實際,主攻鋰電新能源、機電產業、生物醫藥、精細化工及新型建材、現代農業及綠色食品5個高新技術產業,堅持既要體現先進性和競爭力,又要符合實際,切實可行的原則,以項目為核心,以企業為主體,以產品為載體,不斷優化產業結構,提高自主創新能力,加速實現“三年進入全市第一梯隊,五年進入全省第一梯隊”奮斗目標。

二、工作目標

1、主攻5個優勢高新技術產業

(1)鋰電新能源產業,重點為:資源采掘加工、電池材料及電芯制造封裝、數碼產品及電動工具、儲能裝置、動力電池及電動汽車。

(2)生物醫藥產業,重點為:中藥種植與加工炮制、中成藥、西藥中間體及西藥生產等。

(3)機電產業,重點為:機械制造、電子產品、機電一體化、特種汽車及汽車配件等。

(4)精細化工及新型建材產業,重點為:精細化工、硅酸鹽防火板等新型建筑材料。

(5)現代農業及綠色食品產業,重點為:油茶、蔬菜、有機農業、特種養殖、綠色食品等。

2、大力培育10個創新型企業

抓好江特電機、濟民可信、百神藥業、金特建材、遠大生物、颶風化工、四海電子等10個創新型試點企業,使之成為培育發展優勢高新技術產業的重點企業和骨干企業。開展創新型企業創先爭優活動,按照《高新技術企業認定管理辦法》要求,對擁有關鍵技術、自主知識產權、自主品牌和具有較強研究開發能力的2—3家企業進行重點培育,幫助企業搞好高新技術企業認定工作。

3、實施3項重大高新技術成果產業化項目

即江特電機的低壓大功率變頻調速電機、遠大生物的1500噸/年高附加值VE及植物甾醇創新工程、金特建材的硅酸鹽防火板生產線。按照“整合資金、重點扶持”的原則,在資金、政策上給予支持,盡快實現產業化,并力爭在3年內列為省級重大項目,為優勢高新技術產業的形成和發展提供有力支撐。建立健全重大科技產業項目工作協調機制,整合部門資源,集中力量,齊抓共管,通過重點項目的突破,全面推動科技成果產業化。

4、建設3個省級以上研發平臺

加快對特種機電、動力鋰電池、生物醫藥3個研發平臺的建設,努力建成具有特色、在國內有競爭優勢并處于領先地位、在國家創新體系中有重要影響的省級工程技術研究中心。

5、辦好3個省級以上高新技術產業特色基地

在辦好特種機電和生物醫藥2個高新技術產業基地的基礎上,整合市鋰電新能源產業基地與區鋰電新能源產業基地,申報為國家鋰電新能源高新技術產業基地,促使機電產業、生物醫藥、鋰電新能源3個高新技術產業基地發展齊頭并進。

6、組建3個優勢科技創新團隊

即特種電機股份有限公司的特種電機創新團隊、鋰電新能源創新團隊和颶風化工有限公司的有機合成創新團隊。通過聘請科技顧問和產業發展顧問、引進人才和培養人才相結合,以學科建設為龍頭、以平臺建設為依托、以科技項目為支撐、以優秀科技人才為主體,使之成為具有本地優勢特色、結構合理、素質優良、在省內外有較大影響的優勢科技創新團隊。

三、主要措施

1、加強領導,高位推動。區政府成立科技創新“六個一”工程領導小組,負責統籌、部署、指導、協調科技創新“六個一”工程實施的各項工作。領導小組由區政府主要領導任組長,有關分管領導任副組長,區直有關部門為成員單位。領導小組辦公室設區科技局,負責協調日常工作。

2、明確分工,落實責任??萍紕撔隆傲鶄€一”工程具體項目實施主要由責任部門牽頭,相關部門配合。鋰電新能源產業由區鋰電辦牽頭,區工業園、區科技局、區財政局、區發改委、區工信委、區質監局配合;機電產業由區工信委牽頭,區科技局、區財政局、區發改委、區工業園、區質監局配合;生物醫藥產業由區科技局牽頭,區發改委、區財政局、區工信委、區工業園、區藥監局、區質監局配合;精細化工及新型建材產業由區發改委牽頭,區財政局、區科技局、區工信委、區工業園、區質監局配合;現代農業及綠色食品產業由區農業局牽頭,區林業局、區科技局、區財政局、區質監局配合。培育10個創新型企業由區工信委和區科技局牽頭負責,區發改委、區財政局、區工業園配合;實施3項重大高新技術成果產業化項目由區發改委、區工信委、區科技局負責;建設3個省級以上研發平臺、3個省級以上高新技術產業特色基地、培育3個優勢科技創新團隊由區科技局牽頭負責,區財政局、區發改委、區工信委、區工業園配合。科技創新“六個一”工程年度工作目標由“區科技創新‘六個一’工程領導小組”研究商定。牽頭部門和單位要根據科技創新“六個一”工程的總體部署和各自的目標任務,結合實際深入開展調查研究,選準發展方向和重點,制定實施辦法,將具體目標任務落實到有關企業和有關單位。

3、加大財政科技經費投入力度。從2010年起,區本級財政按預算支出的1%安排科技經費,其中科技三項經費50萬元。同時,在財政科技經費中設立科技創新專項基金300萬元,扶持重點高新技術產業化。

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生物醫藥工程學習以生物學,特別是其中的微生物學、遺傳學、生物化學和細胞學的理論和技術為基礎,結合化工,機械,電子計算機等現代工程技術。

1、生物醫藥工程是一門邊緣交叉學科,綜合了生物、醫學、工程學,其代表性定義有:三合一學說,工程應用學說,綜合學說。一般定義為:強調人類疾病的診斷,治療與預測;

2、生物醫藥工程研究內容和基本任務:基本任務是致力于人的防病,治病,康復和健康,致力于為探索生命現象提供高水平的科學方法和工程技術手段;

3、研究內容:對象為人體,應用基礎性為主,包含若干層次。微觀:分子,細胞;器官和組織:人體的器官,組織等;整體:人體,周圍環境。

(來源:文章屋網 )