目前，工業(yè)規模的生物技術(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)工藝是否穩定、工廠(chǎng)的建設成本是否經(jīng)濟以及生產(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)相結合，提高生產(chǎn)效率。

  通過(guò)生物轉化可以生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品，因此基于生物轉化的工藝技術(shù)越來(lái)越受到關(guān)注。人們可以用這種生物轉化技術(shù)生產(chǎn)公斤級的非常前沿的藥物，也可以生產(chǎn)數以千噸的精細化工產(chǎn)品、維生素以及作為動(dòng)物飼料的蛋白質(zhì)等。有人這樣預測，在未來(lái)五年內，有一半的精細化學(xué)品的生產(chǎn)將會(huì )涉及到生物催化轉化的工藝。生物工藝正在從醫藥這一專(zhuān)有性非常強的領(lǐng)域迅速擴展到流程工業(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(lái)越大，但生物技術(shù)的工程放大是非常有挑戰性的，主要是由于以下兩個(gè)原因：其一，現在生物技術(shù)的一個(gè)趨勢是利用動(dòng)物細胞來(lái)生產(chǎn)目標產(chǎn)品，與細菌相比，動(dòng)物細胞更加容易破碎，不易培養；其二是生物技術(shù)產(chǎn)品開(kāi)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雜，但幾乎所有的客戶(hù)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，可能現在就應當考慮開(kāi)始興建新的制藥廠(chǎng)，但是三四年后，工廠(chǎng)建好準備生產(chǎn)的時(shí)候，他們也并不清楚哪種藥會(huì )被批準生產(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了問(wèn)題，因此而不得不被迫停止生產(chǎn)。

  對于公司而言，可以在某一“平臺”上開(kāi)發(fā)一系列不同的產(chǎn)品，這一平臺可以是一種特定的酵母菌，從而降低了前面所說(shuō)的這種風(fēng)險。反過(guò)來(lái)，這樣也可以更好的利用這種模塊化的工廠(chǎng)，從而生產(chǎn)多種產(chǎn)品。與傳統的生物技術(shù)工廠(chǎng)相比，這種工廠(chǎng)更像是巨大的積木玩具。工廠(chǎng)的這種多功能的生產(chǎn)模式，在傳統的精細化工行業(yè)中已經(jīng)成功應用了很多年。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(cháng)時(shí)間以來(lái)，人們一直認為生物工藝是非常特殊的，必須根據每一種產(chǎn)品的特性設計相應的工廠(chǎng)來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，所幸，^近人們已經(jīng)逐漸認識到情況并非都是如此，能生產(chǎn)多種產(chǎn)品的工廠(chǎng)也已經(jīng)很常見(jiàn)了。
借鑒其他行業(yè)經(jīng)驗

  傳統的制藥工藝通常是生產(chǎn)小分子的化合物，生產(chǎn)工藝多數是處理以粉末形式出現的化合物，與此相比，生物技術(shù)工廠(chǎng)的工藝物料多數是溶液形式的。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），因此對藥品的純度和消毒要求非常嚴格，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(chǎng)那樣，生物技術(shù)生產(chǎn)廠(chǎng)也越來(lái)越多地利用重力來(lái)輸送物料。生產(chǎn)從工廠(chǎng)的位置較高的地方開(kāi)始，隨著(zhù)工藝流程產(chǎn)品逐漸輸送到相對較低的位置。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。

  從傳統的化工廠(chǎng)的生產(chǎn)中，人們已經(jīng)認識到擴大規?？梢蕴岣呱a(chǎn)的經(jīng)濟性。用于大規模生產(chǎn)酶制劑和農業(yè)產(chǎn)品的發(fā)酵罐，其尺寸可以達到幾百立方米，但是用于生產(chǎn)生物醫藥的反應器通常只有2~3m3，而許多工廠(chǎng)甚至更小。反應器的放大是大勢所趨。例如生產(chǎn)單克隆抗體的反應器體積已達到了20~30m3。由于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)、無(wú)菌技術(shù)的應用以及嚴格的質(zhì)量保證體系的費用非常高，而且與工廠(chǎng)規模的大小基本無(wú)關(guān)，因此工廠(chǎng)規模的擴大有助于降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。如果生物藥劑的應用范圍越來(lái)越廣，降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本是勢在必行的事情。

  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(wèn)題。在這方面人們已經(jīng)取得了許多進(jìn)展，例如提高細胞生產(chǎn)目標蛋白的能力，還有一種方法就是通過(guò)一定的手段增加透過(guò)細胞壁進(jìn)入培養基的蛋白的量。同時(shí)，培養基也有了很大的改進(jìn)，細胞也經(jīng)過(guò)改良變得更加結實(shí)，已經(jīng)能夠經(jīng)受住因擁擠的生長(cháng)環(huán)境、攪拌和通氣等引起的壓力。
生物反應器的改進(jìn)

  由于人們對細胞培養有了更深刻的認識，以及反應器設計的改進(jìn)，使得現在用于生產(chǎn)生物醫藥的反應器體積達到了30m3，這種反應器可以實(shí)現半連續化生產(chǎn)。如果是在過(guò)去，在這種尺寸的反應器中，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 )引起嚴重的問(wèn)題。然而現在，由于攪拌和通氣更加優(yōu)良，同時(shí)細胞又能經(jīng)受更大的剪切力，因此反應器可以得到放大。事實(shí)上，現在低剪切力的葉輪式攪拌器在細胞培養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，這種攪拌器多在細菌和酵母菌培養時(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(shuō)明細胞也更加能經(jīng)受住外力的作用。同時(shí)，生物反應器的高徑比從原來(lái)的的1:1增加到2:1，甚至達到發(fā)酵罐的高徑比3:1。有的反應器中會(huì )有灌注系統，其中裝有一個(gè)膜過(guò)濾裝置，用于提取富集產(chǎn)品或副產(chǎn)物，有了這套系統就可以使生產(chǎn)流程實(shí)現半連續化操作甚至連續化操作。
在生物工程技術(shù)工廠(chǎng)中，對不銹鋼設備的清洗和消毒的成本是非常巨大的。由于這一原因，現在一次性設備的使用正逐漸增加。其實(shí)，現在這種一次性的設備在生物反應器上也正得到應用。這樣就節省了在線(xiàn)清洗和在線(xiàn)消毒的費用，同時(shí)節省了時(shí)間以及進(jìn)行相關(guān)記錄所需花費的精力，產(chǎn)品的穩定性也有可能提高。目前這種一次性設備的體積受到一定限制，一般只有幾百升；但在將來(lái)其體積將可以達到5000L。
下游工藝的優(yōu)化

  正如生物反應器本身一樣，一個(gè)完整的生物加工生產(chǎn)廠(chǎng)也需要設備和控制系統來(lái)為反應器提供培養基和混合氣體，并進(jìn)一步從培養介質(zhì)或從細胞中分離目標產(chǎn)品。在一些老式工廠(chǎng)中，物料在下游的分離階段，就像是在模仿實(shí)驗室的操作一樣。而新的生產(chǎn)廠(chǎng)，有這樣的趨勢，即各個(gè)工序經(jīng)過(guò)優(yōu)化整合在一起，其連續化程度更高，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。模塊化的結構和項目的良好管理有助于節約建立完整的生物技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)工廠(chǎng)所需的時(shí)間。

  就像建設其他工廠(chǎng)一樣，削減整個(gè)項目所需時(shí)間的關(guān)鍵就是使各種生產(chǎn)活動(dòng)平行展開(kāi)。這是一個(gè)年輕的行業(yè)，可以這樣講，多數項目管理方面的經(jīng)驗都可以從化工和石化工業(yè)中得到借鑒，并得到成功的應用。醫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(chǎng)都必須經(jīng)過(guò)驗證?，F如今，制藥廠(chǎng)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(lái)越多的向工程公司尋求幫助，來(lái)進(jìn)行工藝驗證。這也反映了在這一領(lǐng)域專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員的短缺。

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