“小反應(yīng)器”撬動大產(chǎn)業(yè)，這家駐津院所破解生物制造關(guān)鍵難題

作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，生物制造已成為我國提升新質(zhì)生產(chǎn)力的重要支撐。日前，中國科學院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所（以下簡稱“天津工生所”）牽頭的“微生物平行生物反應(yīng)器”項目成功入圍工信部《高性能生物反應(yīng)器創(chuàng)新任務(wù)》揭榜掛帥項目名單，為我國突破生物制造“卡脖子”難題、構(gòu)建完整產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)寫下重要一筆。

成立于2012年的天津工生所，是中國科學院與天津市共建的科研機構(gòu)，始終立足京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，聚焦生物制造等重點領(lǐng)域的核心技術(shù)攻關(guān)。

“小反應(yīng)器”撬動大產(chǎn)業(yè)

走進該所智能生物制造中心，中心主任夏建業(yè)正同團隊研發(fā)人員推進“微生物平行生物反應(yīng)器”樣機提升工作。不遠處的數(shù)字化分離中試平臺平穩(wěn)運行，為發(fā)酵菌產(chǎn)物分離提供支撐，電腦屏幕上出料、進料、光密度等精密數(shù)據(jù)實時跳動。這個6000平方米的中試平臺配備200余臺套高端設(shè)備，通過柔性DCS系統(tǒng)可同時搭建25條不同產(chǎn)物的分離純化產(chǎn)線，實現(xiàn)從菌種優(yōu)化、中試放大到成本核算的“一站式”服務(wù)。

在夏建業(yè)看來，培育高產(chǎn)菌種的最佳培養(yǎng)條件與專屬培養(yǎng)基，是中試平臺的核心功能之一，而“微生物平行生物反應(yīng)器”正是解鎖這一功能的關(guān)鍵裝備。他打了個形象的比方，“這就像《馬說》里講的千里馬即使有千里之能，若‘策之不以其道、食之不能盡其材’，一樣無法發(fā)揮——即便手握優(yōu)質(zhì)菌種，若缺了適配的培養(yǎng)條件，它的產(chǎn)業(yè)價值也無法發(fā)揮。”

此前，國內(nèi)高性能生物反應(yīng)器核心技術(shù)，尤其在微生物培養(yǎng)領(lǐng)域，由于傳統(tǒng)設(shè)備效率低下，導致大量科研成果滯留在實驗室，難以落地產(chǎn)業(yè)。

如今，天津工生所深耕四年研發(fā)的“微生物平行生物反應(yīng)器”，成功破解這一難題。“該裝備突破了‘小型化’與‘高平行性’兩大核心技術(shù)，一個人可同時操作12個反應(yīng)罐，一次性完成12組培養(yǎng)條件篩選，效率比傳統(tǒng)設(shè)備提升3倍。”夏建業(yè)介紹，更關(guān)鍵的是，該設(shè)備能精準保證各反應(yīng)罐參數(shù)一致性，讓不同培養(yǎng)條件對菌種產(chǎn)率的影響清晰呈現(xiàn)，從而快速鎖定最優(yōu)方案。

同時，反應(yīng)器的“小型化”還帶來顯著的成本優(yōu)勢。“我們已形成‘小設(shè)備做優(yōu)化、大罐做驗證’的高效中試體系，先通過平行反應(yīng)器確定最優(yōu)培養(yǎng)基與培養(yǎng)條件，再放到中試大罐中進行驗證和制樣，效率大幅提升。”夏建業(yè)舉例道，“很多初創(chuàng)企業(yè)租用我們的平臺和設(shè)備，花很少的費用就能完成工藝開發(fā)，較傳統(tǒng)模式顯著節(jié)約成本，順利度過發(fā)展‘死亡谷’。”

產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)作加速成果轉(zhuǎn)化

產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的構(gòu)建更離不開協(xié)同發(fā)力。此次項目中，天津工生所聯(lián)合天津國家合成生物技術(shù)創(chuàng)新中心有限公司（簡稱“國合公司”）和華熙生物科技（天津）有限公司，形成“科研機構(gòu)+制造企業(yè)+應(yīng)用端”的完整閉環(huán)，加速技術(shù)成果轉(zhuǎn)化與產(chǎn)業(yè)落地。

“我們通過受讓天津工業(yè)生物所的多項核心專利技術(shù)，穩(wěn)步推進裝備從‘概念機’到‘工程樣機’、再到‘商業(yè)樣機’的迭代開發(fā)，助力技術(shù)成果逐步走向市場。”國合公司項目經(jīng)理楊榕介紹，通過與科研團隊、制造企業(yè)通力協(xié)作，團隊不僅強化了技術(shù)的穩(wěn)定性、實現(xiàn)性能升級，還同步優(yōu)化成本，大幅提升了市場競爭力。

隨著“微生物平行生物反應(yīng)器”在實踐領(lǐng)域的逐步應(yīng)用，也遇到了新的瓶頸——隨著反應(yīng)器數(shù)量增加導致操作人員與物料消耗大幅上升，裝罐、滅菌、補料等繁瑣操作更加耗費人力。“如何破解這一效率難題？正是帶著這樣的思考，我們確立了反應(yīng)器自動化、智能化的研發(fā)方向。”夏建業(yè)表示，基于前期菌種優(yōu)化積累的扎實技術(shù)經(jīng)驗，為團隊承接工信部揭榜掛帥任務(wù)奠定了堅實基礎(chǔ)。

“接下來三年，我們的核心任務(wù)是在保證反應(yīng)器平行性的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)其自動化與智能化，這既是項目最關(guān)鍵的攻克難點，也是我們未來的努力方向。”夏建業(yè)說。

心有目標，步履不停。從核心裝備自主研發(fā)，到產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新聚力，在未來產(chǎn)業(yè)新賽道上，天津工生所的實踐必將為天津推動生物制造產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供堅實支撐。