生物制造介绍课件

生物成形制造2016年01月04日生物成形制造2016年01月04日目录背景

生物制造概念及内容生物成形制造方式及应用总结与展望2022年11月23日2目录背景 2022年11月22日2背景32022年11月23日90年代初，日本三重大学和冈山大学率先开展了生物技术用于工程材料加工的研究，并初步证实了微生物加工金属材料的可行性；1995年，清华大学教授颜永年将生长成形、去除成形、受迫成形、离散-堆积成形并列为四大成形工艺，从学科高度概括了当今和未来的成形方法；在2003年3月和2004年7月，我国先后两次召开了全国生物制造工程学术研讨会，专家们探讨的主要问题有：①生物制造工程的定义、内涵及意义；②生物医学工程与生物制造的联系；③生物制造的研究特点、方向及方法；④生物制造的应用领域。我国于1982年将生物技术列为八大重点技术之一，生物学科与制造学科开始逐渐形成一个新的学科——生物制造系统；背景32022年11月22日90年代初，日本三重大学和冈山大生物制造定义与内容42022年11月23日包括仿生制造、生物质和生物体制造，涉及生物学和医学的制造科学和技术均可视为生物制造，用BM—Bio-Manufacturing表示；宽泛定义主要指生物体制造，是运用现代制造科学和生命科学的原理和方法，通过单个细胞或细胞团簇的直接和间接受控组装，完成具有新陈代谢特征的生命体成形和制造，经培养和训练，完成用以修复或替代人体病损组织和器官；狭义定义生物制造仿生制造生物成形制造其他生物组织和结构的仿生生物遗传制造生物控制的仿生生物去除成形生物约束成形生物生长成形生物连接成形生物复制成形生物自组织成形生物制造定义与内容42022年11月22日包括仿生制造、生物生物去除成形52022年11月23日核心——找到合适的菌种：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌种，利用它们对材料的腐蚀关系，加工时，可掩膜控制去除区域实现生物去除成形(Bioremovingforming)。氧化硫硫杆菌（T.t）；氧化亚铁硫杆菌(T.f)；氧化亚铁小螺旋菌；耐热硫化硫杆菌；加荣氏菌；氧化硫硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌(T.f)工作原理；生物去除成形52022年11月22日核心——找到合适的菌种：生物去除成形62022年11月23日优点：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌种，利用它们对材料的腐蚀关系，加工时，可掩膜控制去除区域实现生物去除成形(Bioremovingforming)。a）b）图生物去除成形实验过程a）光刻工艺过程b）生物加工过程加工材料种类广泛，可金属或非金属；所需设备简单、低廉；属于绿色加工，污染小；用于微加工，精度高，工件质量好；与化学腐蚀相比，更稳定；缺点：侧蚀问题不可控；生物去除加工出的微小零件生物去除成形62022年11月22日优点：生物去除成形：找生物约束成形72022年11月23日运用背景：生物约束成形：利用化学镀、溶胶凝胶、电镀等约束成形工艺，将所需微生物金属化，从而达到所需的功能。构造微管道、微电极、微导线等;菌体排序与固定，构造复合材料、多孔材料、磁性功能材料等；对蜂窝结构表面去除，构造微孔过滤膜、光学衍射孔等；作为新型雷达波隐身材料吸收剂；钝顶螺旋藻腊状芽孢杆菌固囊酵母菌作为导弹涂层生物约束成形72022年11月22日运用背景：生物约束成形：生物约束成形82022年11月23日微生物细胞金属化工艺：生物约束成形：利用化学镀、溶胶凝胶、电镀等约束成形工艺，将所需微生物金属化，从而达到所需的功能。腊状芽孢杆菌化学镀Co-Ni-P切片钝顶螺旋藻化学镀Co-Ni-P后SEM图生物约束成形82022年11月22日微生物细胞金属化工艺：生生物生长成形92022年11月23日1、铁细菌定向生长成形：生物生长成形：利用生物体和生物分子繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点，实现人工控制细胞团的生长外形和生理功能的生物生长成形技术。生物生长成形92022年11月22日1、铁细菌定向生长成形：生物生长成形102022年11月23日2、个性化人造器官：生物生长成形：利用生物体和生物分子繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点，实现人工控制细胞团的生长外形和生理功能的生物生长成形技术。我国目前有大约150万尿毒症患者，每年却仅能做3000例肾脏移植手术；有400万白血病患者在等待骨髓移植，而全国骨髓库的资料才3万份，大量的患者都因等不到器官而死亡，而且器官移植存在排斥作用，成活率很低的问题。曹谊林：第一个个性化人造耳：人造耳的模型支架（聚羟基乙酸）细胞生长繁殖（最后支架降解）移植到裸鼠背部该技术已经开始用于临床实验。生物生长成形102022年11月22日2、个性化人造器官：生生物生长成形112022年11月23日2、个性化人造器官：生物生长成形：利用生物体和生物分子繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点，实现人工控制细胞团的生长外形和生理功能的生物生长成形技术。

一种更简单的人造器官方法:把作为支架的高分子材料、细胞和生长因子混合在一起，注射到患者体内需要修复的部位，让这些原料“长”出一个完整的器官来。到时，去医院修补器官就像现在打针一样方便。这种新的方法叫做“可注射工程”。注射能促进牙龈组织再生的生物材料

可注射组织工程示意图生物生长成形112022年11月22日2、个性化人造器官：生生物连接成形122022年11月23日硅藻连接成形：生物连接成形：利用生物分子连接活体与非活体构造生物器件。生物连接成形122022年11月22日硅藻连接成形：生物连接生物复制成形132022年11月23日以仿鲨鱼皮表面为例：生物复制成形：直接以生物为模板复制逼真的形貌特征，如减阻生物复制成形，就是以减阻生物为模板复制其减阻外形、减阻形貌、减阻界面。基板加热→样本叠放与施等静压→弹性脱模→复型翻模工艺流程：基板：聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，加热到105℃；静压：压力视面积而定，30min；脱模：保压降温至70℃；复型：双组份模具硅橡胶RTV-II5230；生物复制成形132022年11月22日以仿鲨鱼皮表面为例：生生物复制成形142022年11月23日以仿鲨鱼皮表面为例：生物复制成形：直接以生物为模板复制逼真的形貌特征，如减阻生物复制成形，就是以减阻生物为模板复制其减阻外形、减阻形貌、减阻界面。减阻效果：仿鲨鱼皮表面的最大减阻率达到8.25％，最小减阻率为5.28％，平均减阻率为6.91％在输油、输气、输水管道减阻内衬制造方面具有重要的应用价值；在飞机、船舶、车辆等交通工具减阻蒙皮制造方面同样具有重要的应用价值；仿生减阻表面生物复制成形技术应用前景鲨鱼皮微复制模板仿生鲨鱼皮生物复制成形142022年11月22日以仿鲨鱼皮表面为例：生生物自组织成形152022年11月23日生物自组织成形：直接利用单细胞生物自组织成形的群体、单体及亚结构来构造微纳米功能器件。生物计算机：细胞色素CDNA分子结构

大规模集成电路（计算机核心元件）材料为硅。提高了集成度，引起难于解决的散热问题。生物芯片可以解决类似问题，有以下生物材料：细胞色素C它具有氧化和还原的两种状态，其导电率相差1000倍。这两种状态的转换可通过适当方式加上或撤去1.5伏电压来实现，它可作为记忆元件；细菌视紫红质它是一种光驱动开关的原型。由光辐射启动的质子泵在膜两边形成的电位，经离子灵敏场效应放大后，可给出较好的开关信号。DNA分子它以核苷酸碱基编码方式存储遗传信息，是一种存储器的分子模型。生物自组织成形152022年11月22日生物自组织成形：直接总结与展望162022年11月23日21世纪被称为生命科学和生物技术的时代，生物技术在改善人类健康状况及生存环境、提高农牧业以及工业的产量与质量都正在发挥着越来越重要的作用。生物成形制造为微纳尺度制造引入了一种全新的方式，产生了许多新的研究方向，今后将在以下几个方面有更多的研究：生物活性组织和器官的工程化制造；仿生制造；生物芯片的制造；总结与展望162022年11月22日21世纪被称为生命科学和2022年11月23日17谢谢~2022年11月22日17谢谢~/10/2918./10/2918.生物成形制造2016年01月04日生物成形制造2016年01月04日目录背景

生物制造概念及内容生物成形制造方式及应用总结与展望2022年11月23日20目录背景 2022年11月22日2背景212022年11月23日90年代初，日本三重大学和冈山大学率先开展了生物技术用于工程材料加工的研究，并初步证实了微生物加工金属材料的可行性；1995年，清华大学教授颜永年将生长成形、去除成形、受迫成形、离散-堆积成形并列为四大成形工艺，从学科高度概括了当今和未来的成形方法；在2003年3月和2004年7月，我国先后两次召开了全国生物制造工程学术研讨会，专家们探讨的主要问题有：①生物制造工程的定义、内涵及意义；②生物医学工程与生物制造的联系；③生物制造的研究特点、方向及方法；④生物制造的应用领域。我国于1982年将生物技术列为八大重点技术之一，生物学科与制造学科开始逐渐形成一个新的学科——生物制造系统；背景32022年11月22日90年代初，日本三重大学和冈山大生物制造定义与内容222022年11月23日包括仿生制造、生物质和生物体制造，涉及生物学和医学的制造科学和技术均可视为生物制造，用BM—Bio-Manufacturing表示；宽泛定义主要指生物体制造，是运用现代制造科学和生命科学的原理和方法，通过单个细胞或细胞团簇的直接和间接受控组装，完成具有新陈代谢特征的生命体成形和制造，经培养和训练，完成用以修复或替代人体病损组织和器官；狭义定义生物制造仿生制造生物成形制造其他生物组织和结构的仿生生物遗传制造生物控制的仿生生物去除成形生物约束成形生物生长成形生物连接成形生物复制成形生物自组织成形生物制造定义与内容42022年11月22日包括仿生制造、生物生物去除成形232022年11月23日核心——找到合适的菌种：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌种，利用它们对材料的腐蚀关系，加工时，可掩膜控制去除区域实现生物去除成形(Bioremovingforming)。氧化硫硫杆菌（T.t）；氧化亚铁硫杆菌(T.f)；氧化亚铁小螺旋菌；耐热硫化硫杆菌；加荣氏菌；氧化硫硫杆菌氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁硫杆菌(T.f)工作原理；生物去除成形52022年11月22日核心——找到合适的菌种：生物去除成形242022年11月23日优点：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌种，利用它们对材料的腐蚀关系，加工时，可掩膜控制去除区域实现生物去除成形(Bioremovingforming)。a）b）图生物去除成形实验过程a）光刻工艺过程b）生物加工过程加工材料种类广泛，可金属或非金属；所需设备简单、低廉；属于绿色加工，污染小；用于微加工，精度高，工件质量好；与化学腐蚀相比，更稳定；缺点：侧蚀问题不可控；生物去除加工出的微小零件生物去除成形62022年11月22日优点：生物去除成形：找生物约束成形252022年11月23日运用背景：生物约束成形：利用化学镀、溶胶凝胶、电镀等约束成形工艺，将所需微生物金属化，从而达到所需的功能。构造微管道、微电极、微导线等;菌体排序与固定，构造复合材料、多孔材料、磁性功能材料等；对蜂窝结构表面去除，构造微孔过滤膜、光学衍射孔等；作为新型雷达波隐身材料吸收剂；钝顶螺旋藻腊状芽孢杆菌固囊酵母菌作为导弹涂层生物约束成形72022年11月22日运用背景：生物约束成形：生物约束成形262022年11月23日微生物细胞金属化工艺：生物约束成形：利用化学镀、溶胶凝胶、电镀等约束成形工艺，将所需微生物金属化，从而达到所需的功能。腊状芽孢杆菌化学镀Co-Ni-P切片钝顶螺旋藻化学镀Co-Ni-P后SEM图生物约束成形82022年11月22日微生物细胞金属化工艺：生生物生长成形272022年11月23日1、铁细菌定向生长成形：生物生长成形：利用生物体和生物分子繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点，实现人工控制细胞团的生长外形和生理功能的生物生长成形技术。生物生长成形92022年11月22日1、铁细菌定向生长成形：生物生长成形282022年11月23日2、个性化人造器官：生物生长成形：利用生物体和生物分子繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点，实现人工控制细胞团的生长外形和生理功能的生物生长成形技术。我国目前有大约150万尿毒症患者，每年却仅能做3000例肾脏移植手术；有400万白血病患者在等待骨髓移植，而全国骨髓库的资料才3万份，大量的患者都因等不到器官而死亡，而且器官移植存在排斥作用，成活率很低的问题。曹谊林：第一个个性化人造耳：人造耳的模型支架（聚羟基乙酸）细胞生长繁殖（最后支架降解）移植到裸鼠背部该技术已经开始用于临床实验。生物生长成形102022年11月22日2、个性化人造器官：生生物生长成形292022年11月23日2、个性化人造器官：生物生长成形：利用生物体和生物分子繁殖、代谢、生长、遗传、重组等特点，实现人工控制细胞团的生长外形和生理功能的生物生长成形技术。

一种更简单的人造器官方法:把作为支架的高分子材料、细胞和生长因子混合在一起，注射到患者体内需要修复的部位，让这些原料“长”出一个完整的器官来。到时，去医院修补器官就像现在打针一样方便。这种新的方法叫做“可注射工程”。注射能促进牙龈组织再生的生物材料

可注射组织工程示意图生物生长成形112022年11月22日2、个性化人造器官：生生物连接成形302022年11月23日硅藻连接成形：生物连接成形：利用生物分子连接活体与非活体构造生物器件。生物连接成形122022年11月22日硅藻连接成形：生物连接生物复制成形312022年11月23日以仿鲨鱼皮表面为例：生物复制成形：直接以生物为模板复制逼真的形貌特征，如减阻生物复制成形，就是以减阻生物为模板复制其减阻外形、减阻形貌、减阻界面。基板加热→样本叠放与施等静压→弹性脱模→复型翻模工艺流程：基板：聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)，加热到105℃；静压：压力视面积而定，30min；脱模：保压降温至70℃；复型：双组份模具硅橡胶RTV-II5230；生物复制成形132022年11月22日以仿鲨鱼皮表面为例：生生物复制成形322022年11月23日以仿鲨鱼皮表面为例：生物复制成形：直接以生物为模板复制逼真的形貌特征，如减阻生物复制成形，就是以减阻生物为模板复制其减阻外形、减阻形貌、减阻界面。减阻效果：仿鲨鱼皮表面的最大减阻率达到8.25％，最小减阻率为5.28％，平均减阻率为6.91％在输油、输气、输水管道减阻内衬制造方面具有重要的应用价值；在飞