生物化工前沿课件

1、生物化工前沿目录生物化工简介世界生物化工前沿研究领域生物化工的主要应用领域生物化工前沿高新技术发展重点 生物化工水平提高途径生物化工最突出的特点是什么？未来面临怎样的发展机遇？什么是生物化工？ 生物化工，是化学工程与生物技术相结合的产物。生物化工是生物技术的重要分支。 与传统化学工业相比，生物化工有其突出特点：主要以可再生资源作原料；反应条件温和，多为常温、常压，生产过程能耗低、选择性好、效率高；环境污染较少；投资较小；能生产目前不能生产或用化学法生产较困难的性能优异的产品。由于这些特点，生物化工已成为化工领域重点发展的行业。生物化工 生物化工（Biological Chemical Engi

2、neering）是一门以实验研究为基础、理论和工程应用并重，综合遗传工程、细胞工程、酶工程与工程技术理论，通过工程研究、过程设计、操作的优化与控制，实现生物过程的目标产物。因此它在生物技术中有着重要地位。本学科也是生物技术的一个重要组成部分，将为解决人类所面临的资源、能源、食品、健康和环境等重大问题起到积极的作用。生物化工生物化工 传统不可降解地膜耗费大量石油资源，而且破坏深层土壤结构。可生物降解地膜以可再生资源作原料，环境污染小，经济和社会效益大。图为使用了生物降解地膜的作物。世界生物化工前沿研究领域 燃料电池，是一种能够持续的通过发生在阳极和阴极的氧化还原反应将化学能转化为电能的能量转换装

3、置。 纳米技术，纳米技术的内涵非常广泛，它包括纳米材料的制造技术，纳米材料向各个领域应用的技术(含高科技领域)，在纳米空间构筑一个器件实现对原子、分子的翻切、操作以及在纳米微区内对物质传输和能量传输新规律的认识等等。 各种功能分子和材料。生物化工的主要应用领域 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：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

4、开发成功，将产生不可估量的经济效益和深远的社会效益。首先，人红细胞代用品能代替血液则其经济价值将非常高，如出口海外将会获得巨大的经济回报，其次，人红细胞代用品可治疗恶性血液病，一旦研制成功将很大限度的解决患者无匹配骨髓来源的问题。从此此类疾病将能被更快更好的治愈，最大程度的保护了人类健康，造福了社会。生物化工的主要应用领域生物转化的实现。 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

5、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。这个课题难度很大，但意义有极其巨大。这一药物如能研制成功将会使手性药物的生产更加快捷、高效，能满足更多人的需求，对于人类抗击疾病和维护自身健康具有相大的推动作用。 天然产物的资源与制备。天然药物资源的自然生产是有限的，而利用生物化工所生产的天然资源则能满足人的需求，加之生产过程可控，可适时地提高资源的品质，使药物优化，所以这项技术将有很大前景。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

6、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。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。生物化工的主要应用领域生物化工前沿高新技术发展重点 用高新技术改造传统化工化学合成技术为使化学合成选择性好、产率高、原子利用率高、反应速度快、反应条件温和，目前已发展了一系列新的合成方法与技术。新合成方法：声化学合成、微波电介质热效应合成电化学合成。等

7、离子体化学合成、力 化学固相合成、冲击波化学合成、手性合成、利用太阳能进行化学合成、超临界状态下化学 合成、室温和低温下化学合成及光化学合成等。生物化工前沿高新技术发展重点新催化技术：配位催化、相转移催化、超强酸超强碱催化、杂多酸催化、胶束催化、氟 离子催化、钛化合物催化、纳米粒子催化、光催化、晶格氧选择氧化及非晶态合金加氢催化等。 锅合成法：传统的有机合成是一步一步地进行反应，步骤多、产率低、选择性差，且操作繁杂。一锅合成法可将多步反应或多次操作置于一锅内合成，不再分离许多中间产物，因而具有高效、高选择性、条件温和等特点，是一种清洁的合成技术。生物化工合成法：包括发酵工程、酶工程、基因工程及

8、细胞工程等。绿色化学合成法：绿色化学合成将使化工清洁生产成为主导生产方式，为实现“绿色世纪”作出贡献。新蒸馏技术：分离与反应偶合反应蒸馏，分离与分离偶合吸附蒸馏，加盐蒸馏、分子蒸馏、膜蒸馏等。新萃取技术：双相萃取、膜萃取、电泳萃取、酶膜反应萃取等。新结晶技术：熔融结晶、加压结晶等。其他：变压吸附、深冷分离与低温蒸馏、毛细管电泳。生物化工前沿高新技术发展重点 新型环保与能源技术燃料电池是21世纪首选的洁净、高效发电技术，将进入家庭、办公楼、交通和大型电站等领域；在纳米材料基础上发展起来的光催化技术和在超临界流体技术基础上发展的超临界水氧化将是未来环保技术的发展方向。此外，还有贮能技术、热泵技术、

9、热管技术、催化燃烧技术、再生资源利用技术、洁净煤技术、热化学循环由水分解为H2和O2、固体废物回收技术等。绿色化学技术用物理和化学的技术和方法去设计、研制对人类健康、社会安全、生态环境无害的化学品和工艺，其目的是不再使用有毒、有害物质，不再产生废物，从源头阻止化学污染，从而确保化工清洁生产。生物化工前沿高新技术发展重点生物化工水平提高途径强调创新和传统产么改造相结合自主研究和先进技术相结合，跟踪和创新并举。优先支持、鼓励研究开发具有自主知识产权的新产品、新材料、新工艺、新设备，逐步形成一批生物化工的优势产品，为生物化工技术产业增长方式的转变和可持续发展服务，用生物技术改造传统的化工技术，建立新

10、型生物化工产业，为下一步发展奠定基础。2、提高学科交叉，提高我国的生物化工装备能力我国目前生物化工设备主要依靠进口，当然我国机械加工和机电一体化水平与国外有一定差距，但另外一个原因是学科交叉少，不同学科沟通少。因此培养一批具有生物、化工和机电等综合能力的新型生物技术研究、开发人才十分必要。又如生物医用高分子材料，仅靠生物化工专业的人是不够的，若能组织多学科的攻关，实现生物医用高分子材料的产业化是完全可能的。生物化工水平提高途径3.广泛吸收资金，加大生物化工的科技开发投入生物化工是高科技开发投入、高产出的产业，这种高科技投入，并不是完全来自政府，相当一部分来自民间，特别是通过风险投资和股票上市，筹措资金加快生物技术的产业化。在资金筹措过程中，政府的作用是非常重要的，所以日本提倡的模式是产、学、研、宫、资相结合，是值得我们思考的，这里宫是指政府，资是指融资和银行；生