目前，工業(yè)規(guī)模的生物技術(shù)發(fā)展非常迅速。但是，生物工程技術(shù)尚有許多需要改進(jìn)的地方，生產(chǎn)工藝是否穩(wěn)定、工廠的建設(shè)成本是否經(jīng)濟(jì)以及生產(chǎn)操作的靈活性都決定了生物技術(shù)是否能夠發(fā)揮^大的潛力，取得^佳的效益。因此，生物工程亟需與已有的工程技術(shù)相結(jié)合，提高生產(chǎn)效率。

  通過生物轉(zhuǎn)化可以生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品，因此基于生物轉(zhuǎn)化的工藝技術(shù)越來越受到關(guān)注。人們可以用這種生物轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)公斤級(jí)的非常前沿的藥物，也可以生產(chǎn)數(shù)以千噸的精細(xì)化工產(chǎn)品、維生素以及作為動(dòng)物飼料的蛋白質(zhì)等。有人這樣預(yù)測(cè)，在未來五年內(nèi)，有一半的精細(xì)化學(xué)品的生產(chǎn)將會(huì)涉及到生物催化轉(zhuǎn)化的工藝。生物工藝正在從醫(yī)藥這一專有性非常強(qiáng)的領(lǐng)域迅速擴(kuò)展到流程工業(yè)的許多主流技術(shù)領(lǐng)域中。
靈活生產(chǎn)

  在制藥工業(yè)中，生物工藝技術(shù)在生產(chǎn)酶、抗體以及其他多肽的生產(chǎn)中所起的作用越來越大，但生物技術(shù)的工程放大是非常有挑戰(zhàn)性的，主要是由于以下兩個(gè)原因：其一，現(xiàn)在生物技術(shù)的一個(gè)趨勢(shì)是利用動(dòng)物細(xì)胞來生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)品，與細(xì)菌相比，動(dòng)物細(xì)胞更加容易破碎，不易培養(yǎng)；其二是生物技術(shù)產(chǎn)品開發(fā)的速度以及其他不確定性因素。盡管這些^的生物加工工藝比較復(fù)雜，但幾乎所有的客戶都希望能夠從事多種產(chǎn)品的生產(chǎn)，而不是制造某種特定的單一產(chǎn)品。手頭擁有幾種很有前途的候選藥品的公司，可能現(xiàn)在就應(yīng)當(dāng)考慮開始興建新的制藥廠，但是三四年后，工廠建好準(zhǔn)備生產(chǎn)的時(shí)候，他們也并不清楚哪種藥會(huì)被批準(zhǔn)生產(chǎn)。有時(shí)，更加不幸的事，有些藥品會(huì)在后期的臨床中，甚至獲得許可證之后出現(xiàn)了問題，因此而不得不被迫停止生產(chǎn)。

  對(duì)于公司而言，可以在某一“平臺(tái)”上開發(fā)一系列不同的產(chǎn)品，這一平臺(tái)可以是一種特定的酵母菌，從而降低了前面所說的這種風(fēng)險(xiǎn)。反過來，這樣也可以更好的利用這種模塊化的工廠，從而生產(chǎn)多種產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的生物技術(shù)工廠相比，這種工廠更像是巨大的積木玩具。工廠的這種多功能的生產(chǎn)模式，在傳統(tǒng)的精細(xì)化工行業(yè)中已經(jīng)成功應(yīng)用了很多年。但是在生物技術(shù)領(lǐng)域，這方面的進(jìn)展卻非常緩慢。很長(zhǎng)時(shí)間以來，人們一直認(rèn)為生物工藝是非常特殊的，必須根據(jù)每一種產(chǎn)品的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)的工廠來進(jìn)行生產(chǎn)，所幸，^近人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到情況并非都是如此，能生產(chǎn)多種產(chǎn)品的工廠也已經(jīng)很常見了。
借鑒其他行業(yè)經(jīng)驗(yàn)

  傳統(tǒng)的制藥工藝通常是生產(chǎn)小分子的化合物，生產(chǎn)工藝多數(shù)是處理以粉末形式出現(xiàn)的化合物，與此相比，生物技術(shù)工廠的工藝物料多數(shù)是溶液形式的。事實(shí)上，大部分采用生物技術(shù)生產(chǎn)的藥品主要用于注射（非腸道注射用藥物），因此對(duì)藥品的純度和消毒要求非常嚴(yán)格，盡管如此，采用液體生產(chǎn)工藝還有一些優(yōu)點(diǎn)。像普通的化學(xué)品生產(chǎn)工廠那樣，生物技術(shù)生產(chǎn)廠也越來越多地利用重力來輸送物料。生產(chǎn)從工廠的位置較高的地方開始，隨著工藝流程產(chǎn)品逐漸輸送到相對(duì)較低的位置。與粉末制劑的生產(chǎn)比較，生產(chǎn)液體制劑更容易保證操作員的安全。

  從傳統(tǒng)的化工廠的生產(chǎn)中，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到擴(kuò)大規(guī)?？梢蕴岣呱a(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。用于大規(guī)模生產(chǎn)酶制劑和農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的發(fā)酵罐，其尺寸可以達(dá)到幾百立方米，但是用于生產(chǎn)生物醫(yī)藥的反應(yīng)器通常只有2~3m3，而許多工廠甚至更小。反應(yīng)器的放大是大勢(shì)所趨。例如生產(chǎn)單克隆抗體的反應(yīng)器體積已達(dá)到了20~30m3。由于產(chǎn)品的開發(fā)、無菌技術(shù)的應(yīng)用以及嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系的費(fèi)用非常高，而且與工廠規(guī)模的大小基本無關(guān)，因此工廠規(guī)模的擴(kuò)大有助于降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。如果生物藥劑的應(yīng)用范圍越來越廣，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本是勢(shì)在必行的事情。

  目前，許多生物技術(shù)工藝的收率很低，因此為了提高產(chǎn)量和降低成本，提高收率就成為另一個(gè)值得關(guān)注的重要問題。在這方面人們已經(jīng)取得了許多進(jìn)展，例如提高細(xì)胞生產(chǎn)目標(biāo)蛋白的能力，還有一種方法就是通過一定的手段增加透過細(xì)胞壁進(jìn)入培養(yǎng)基的蛋白的量。同時(shí)，培養(yǎng)基也有了很大的改進(jìn)，細(xì)胞也經(jīng)過改良變得更加結(jié)實(shí)，已經(jīng)能夠經(jīng)受住因擁擠的生長(zhǎng)環(huán)境、攪拌和通氣等引起的壓力。
生物反應(yīng)器的改進(jìn)

  由于人們對(duì)細(xì)胞培養(yǎng)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，以及反應(yīng)器設(shè)計(jì)的改進(jìn)，使得現(xiàn)在用于生產(chǎn)生物醫(yī)藥的反應(yīng)器體積達(dá)到了30m3，這種反應(yīng)器可以實(shí)現(xiàn)半連續(xù)化生產(chǎn)。如果是在過去，在這種尺寸的反應(yīng)器中，由于缺乏攪拌，以及由流體靜壓力所引起的二氧化碳的累積都會(huì)引起嚴(yán)重的問題。然而現(xiàn)在，由于攪拌和通氣更加優(yōu)良，同時(shí)細(xì)胞又能經(jīng)受更大的剪切力，因此反應(yīng)器可以得到放大。事實(shí)上，現(xiàn)在低剪切力的葉輪式攪拌器在細(xì)胞培養(yǎng)中的使用正逐漸減少，相反中等剪切力的Rushton葉輪式攪拌器的使用正逐漸增多，這種攪拌器多在細(xì)菌和酵母菌培養(yǎng)時(shí)使用。高剪切力的攪拌器使攪拌效果更加優(yōu)良，同時(shí)也說明細(xì)胞也更加能經(jīng)受住外力的作用。同時(shí)，生物反應(yīng)器的高徑比從原來的的1:1增加到2:1，甚至達(dá)到發(fā)酵罐的高徑比3:1。有的反應(yīng)器中會(huì)有灌注系統(tǒng)，其中裝有一個(gè)膜過濾裝置，用于提取富集產(chǎn)品或副產(chǎn)物，有了這套系統(tǒng)就可以使生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)半連續(xù)化操作甚至連續(xù)化操作。
在生物工程技術(shù)工廠中，對(duì)不銹鋼設(shè)備的清洗和消毒的成本是非常巨大的。由于這一原因，現(xiàn)在一次性設(shè)備的使用正逐漸增加。其實(shí)，現(xiàn)在這種一次性的設(shè)備在生物反應(yīng)器上也正得到應(yīng)用。這樣就節(jié)省了在線清洗和在線消毒的費(fèi)用，同時(shí)節(jié)省了時(shí)間以及進(jìn)行相關(guān)記錄所需花費(fèi)的精力，產(chǎn)品的穩(wěn)定性也有可能提高。目前這種一次性設(shè)備的體積受到一定限制，一般只有幾百升；但在將來其體積將可以達(dá)到5000L。
下游工藝的優(yōu)化

  正如生物反應(yīng)器本身一樣，一個(gè)完整的生物加工生產(chǎn)廠也需要設(shè)備和控制系統(tǒng)來為反應(yīng)器提供培養(yǎng)基和混合氣體，并進(jìn)一步從培養(yǎng)介質(zhì)或從細(xì)胞中分離目標(biāo)產(chǎn)品。在一些老式工廠中，物料在下游的分離階段，就像是在模仿實(shí)驗(yàn)室的操作一樣。而新的生產(chǎn)廠，有這樣的趨勢(shì)，即各個(gè)工序經(jīng)過優(yōu)化整合在一起，其連續(xù)化程度更高，并且工序之間的連接也更加緊密，同時(shí)兼具操作的靈活性。模塊化的結(jié)構(gòu)和項(xiàng)目的良好管理有助于節(jié)約建立完整的生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)工廠所需的時(shí)間。

  就像建設(shè)其他工廠一樣，削減整個(gè)項(xiàng)目所需時(shí)間的關(guān)鍵就是使各種生產(chǎn)活動(dòng)平行展開。這是一個(gè)年輕的行業(yè)，可以這樣講，多數(shù)項(xiàng)目管理方面的經(jīng)驗(yàn)都可以從化工和石化工業(yè)中得到借鑒，并得到成功的應(yīng)用。醫(yī)藥和生物制藥是一個(gè)非常特殊的領(lǐng)域，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，其生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)工廠都必須經(jīng)過驗(yàn)證?，F(xiàn)如今，制藥廠都受到資源的限制，為了降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，他們正越來越多的向工程公司尋求幫助，來進(jìn)行工藝驗(yàn)證。這也反映了在這一領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的短缺。

  三年一屆的AchemAsia 2007即將在北京拉開帷幕，無疑，生物技術(shù)將是展示的重點(diǎn)主題，期待展會(huì)能帶來^新的理念和市場(chǎng)信息。