生物制造技术精选(九篇)

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第1篇：生物制造技术范文

【关键词】 杨树速生丰产林 造林及病害防治技术

目前杨树速生丰产林发展很快，但要达到速生的目的，必须采用科学的栽培技术，满足杨树速生的条件。

1 造林技术

1.1 造林地的选择

营造杨树丰产林的关键在于适地适树。杨树对水肥条件要求较高，必须选择地势较平坦、土壤湿润肥沃、排水良好、经过充分熟化的地下水位高的向阳砂质土壤，这样才能达到速生丰产的目的。土壤干旱的造林地也能成活，但生长量差。非常瘠薄的山脊土壤和粘壤土杨树生长不良，易遭病害。

1.2 造林密度

确定杨树造林密度的争议较大。依经营目的、立地条件、品种、混交方式、抚育管理和林木生长发育阶段的不同而异。一般为4米*4米、4米*2米、3米*3米、3米*2米为宜。为了培育大径材，可以稀植，为了培育小径材或纤维材，密度可以加大。在肥沃的土壤上培育杨树丰产林，应该稀植。

1.3 整地栽植

熟化的造林地采用穴状现整现造方法，穴深40厘米，直径60厘米以上。有条件的地方，为了幼树成活和生长，穴内要灌透水。要选择苗高1.8米以上，地径1.2厘米以上的无病虫害的优质壮苗造林。栽植时一定要顶浆造林，栽植前先将苗木根部培成直径80厘米、高30厘米的土包。

1.4 幼林管理

（1）整枝摘芽：适度的整枝不仅可以提高木材品质，还可以提高林木的生长量。杨树整枝一般选择生长季节，因为它是萌芽力很强的树种，如果在休眠期整枝，第二年春季就会在切口附近长出大量的萌枝，不利于树木正常生长发育。杨树可在7月进行弱度修枝，方法是修去树高1/3以下的枝条和蘖条，保持冠高比2/3，修枝时要贴近树干平切。摘芽在5月上旬和7-8月份时反复进行，要按“摘小、摘了”的原则，细心摘掉芽基，不要损伤树干。

（2）抚育管理：一般抚育3年即可。当年7月上旬刀抚除草，第二、三年春季培土，夏季刀抚除草。杨树幼苗受牛羊等牲畜危害后易发生病害和大量死亡，所以要加强对杨树速生丰产林的管护，严防牲畜进入造林地。

2 杨树速生丰产林有害生物防治技术

杨树病虫害较多，叶部害虫主要有杨叶甲、杨扇舟蛾等。枝干害虫主要有白杨透翅蛾、青杨天牛、杨干象甲等。病害主要有杨烂皮病。对杨树病虫害应以防为主，防治结合。从杨树病害，杨树虫害，蛀干虫害，食叶害虫，地下害虫，树干注射等方面对杨树林地土壤病害进行综合防治。

2.1 杨叶锈病的防治

症状特点：杨叶锈病又名黄粉病，主要为害叶片，也为害叶柄、嫩梢和冬芽。初期害叶片上出现橙黄色粉状斑点，黄粉（夏孢子）日益增多，成为再侵染的病原中心。夏孢子借风传播，再侵染新叶。5、6月间最为严重，叶片病斑相连成片，常造成焦叶、落叶。冬芽受害后不能展叶或收缩加厚，向叶背卷缩。叶柄、嫩梢被害形成条状病斑。雨季发病较轻，8～9月又进入第二次发病盛期。这时苗圃地极易感染此病。（1）25%粉锈宁可湿性粉剂1000～15000倍喷雾；（2）65%代森锌500倍液；（3）敌诱钠200倍液喷洒，每隔15天喷1次；（4）发病时喷洒1：1：125～170波尔多液1次，以后用0.3～0.5波美度石硫合剂防治。

2.2 蛀干类害虫的防治

防治方法：幼林注意抚育除杂，保持林内通风透光，在幼虫期用毒签或用注射器将有机磷农药500倍液注入蛀孔再用湿泥封住；在成虫羽化期（7～8月）用40%乐果乳油1 000倍液喷施树干杀灭成虫；花绒坚甲和啄木鸟对天牛有抑制作用，应加以保护利用。

2.3 杨烂皮病的防治

杨烂皮病是弱寄生菌，树木生长不良和发生日灼或冻害时易感染，因此对杨树速生丰产林要加强养护，保持树木生长旺盛，改善林分的卫生状况，清除生长衰弱的植株及枝条，减少侵染来源。

2.4 杨树黑斑病的防治

症状特点：病斑先出现在叶背面，后正面叶产生。初生针刺状凹陷小点，两天后变黑达1mm。5～6天后，病斑中央产生灰白色突起小点，后多数病斑汇合为多角斑或大圆斑，病重时全叶变黑枯死。一般5～7月靠雨水传播发病，7～8月为发病盛期。高温多雨、重茬地、苗木生长不良、低洼地和苗木过密湿度大的情况下，病害发生重。（1）每10～15天喷洒1：1：125～170波尔多液1次进行预防；（2）喷65%可湿性代森锌、福美铁250倍液；（3）喷25%多菌灵200倍液，雨季喷药加0.3%的胶（或豆粉、豆汁等）增加粘着性，防冲刷；（4）喷托布津500～1000倍液防治。

2.5 杨树溃疡病的防治

5月中下旬感病植株的干部出现褐色圆形或椭圆形病斑，质地松软，手压有褐色臭水流出，有时出现水泡，内有略带腥臭的黏液，5、6月水泡自行破裂，随后病斑下陷呈深褐色。4月上中旬病斑上散生许多小黑点并突破表皮，当病斑包围树干时，树上部枯死。

防治方法：适地适树，避免长途运输及假植时间过长；加强抚育管理，培育壮苗，提高抗病力，用石硫合剂、波尔多液喷树干，用多菌灵防治亦可。

2.6 苗木要严格检疫，杜绝有病虫害苗木上山造林，在春秋两季组织专人对幼林地检查二、三次，发现虫瘿或病株剪下烧毁

2.7 发现病虫害发生后及时采用药剂防治，避免大面积蔓延

2.8 建立固定病虫害观测标准地，进行定期观测和调查研究

参考文献：

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[2]景施良.防护林造林技术手册[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，2006.

第2篇：生物制造技术范文

摘 要：随着国民经济的不断发展，各行业排放的工业废水的量也与日俱增。其中，对水环境污染尤为严重当属造纸工业了。统计显示，我国现有的10000多家大中小型的造纸企业，就能到达40多亿t的年废水量，是全国废水排放总量的十分之一。废水对生态环境造成了一定的影响。该文综合阐述了目前造纸废水生物治理中好氧技术、厌氧-好氧组合处理技术以及厌氧技术的应用和进展；对国内外生物处理造纸废水技术的研究进展进行了总结和分析，包括应用白腐真菌降解造纸废水、生物酶技术和生物固定化技术。

关键词：造纸废水 好氧 厌氧 白腐真菌 生物酶 生物固定化

中图分类号：X793 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

随着国民经济的不断发展，各行业工业废水的排放量也在逐渐增加。其中，造纸工业排放的废水对水环境造成了严重的污染。统计数据显示，我国10000多家的大中小型造纸企业，每年就会排出40多亿t的污水，占到了全国废水排放总量的十分之一[1]。2010年，造纸废水CODCr排放95.2万t约占轻工行业CODCr排放总量47%[2]，对生态环境造成难以想象的破坏后果。对此，对新型的有效治理造纸废水污染的方法以及途径进行探索和研究，是非常具有研究意义和现实意义的。

1 造纸废水的来源和特点

其生产的各个环节都会产生废水，但主要来自于中段水、纸机白水以及蒸煮液[3]。提取黑液后浆料在洗涤、筛选、漂白的过程中排出来的废水，就是中段水，这种废水成分复杂，且富含对环境危害较大的有机氯化物。纸机白水中主要有细小纤维、填料和胶料（松香等）。酸法制浆的红液或碱法制浆的黑液叫蒸煮液，在整个造纸工业污染中占90%。碱法制浆是我国造纸业普遍采用的，其主要成分是纤维素、木质素、半纤维素、单糖、有机酸和碳水化合物的降解产物等。

2.造纸废水生物处理技术

化学方法、物理方法、生物法、物化方法等，是目前国内外造纸污水处理的主要方法。近几年，得到人们重视的膜分离、超临界分离、磁分离、超声波分离等物化处理法因比较昂贵，处理效率不高，应用比较有限。而操作方便、运行费用相对较低、没有二次污染等优点的生物处理法，则越来越受重视。

2.1好氧处理技术

指借助于好氧或兼性厌氧微生物在有溶解氧的情况下来分解、吸收有机物，使之被氧化成简单的无机物，污水得到净化。当前，活性污泥法和生物膜法等好氧生物法是国内外用来处理造纸废水的方法。

处理效果较好且成本低的活性污泥法既能去除部分色度，还能分解大量有机物质，易于管理是我国最常用的好氧处理方法。崔延瑞等[4]采用序批式活性污泥法处理碱法草浆造纸废水，COD的去除率高达80%。张述林[5]等采用混凝与低氧―好氧两段活性污泥法来处理某造纸厂COD为6230mg/L的综合废水，可达93.8%的COD去除率。

生物膜法是指微生物附着在介质表面上形成生物膜，且在不断繁殖生长的同时，还能对污水中的有机污染物进行降解吸收，将其转化为稳定的无机物和原生质，从而达到净化污水的作用。此方法剩余污泥量少且不会产生污泥膨胀，占地少，运行管理方便。Chandler等[6]通过塑料填料，利用两级生物膜反应器中试处理造纸厂废水。结果显示，水力有3h的停留时间，可减少93%的BOD5，出水BOD5达到7.83mg/L的平均浓度。张苗等[7]采用混凝沉淀协同好氧生物膜技术深度处理造纸废水，结果显示，效果最为显著的就是以FeCl3为混凝剂的协同好氧生物膜技术，最高可达69.30%的色度去除率，比单独的混凝沉淀高了3.72 %的去除率。

2.2厌氧处理技术

在专性与兼性厌氧菌的条件下，通过发酵和分解对有机物进行降解的处理技术称为厌氧处理技术。与好氧处理技术相比，其污泥产量小、节省动力能耗、对营养物质需求不高，且能更好地降解某些难降解有机物。殷承启等[8]采用上流式厌氧污泥床（ UASB）处理二次纤维造纸废水。UASB 稳定运行时对COD的去除率可达90%以上，总硬度在50%以上以及硫酸根离子80% 以上。刘峰等[9]研究了预酸析―多孔高分子载体固定化微生物厌氧流化床（AFB）处理碱法草浆黑液的效能，结果证明，AFB对黑液进行直接处理时，发挥了其活性生物量浓度大、传质能力强的特点，可有效地去除COD，色度亦有所下降。采用酸析预处理利用AFB的厌氧消化功能，可去除黑液中大部分难生化降解的高分子物质。

2.3 厌氧-好氧处理技术

造纸废水因难降解有机物成分多、污染物浓度高、废水流量和负荷波动大、有较差的可生化性能等，用好氧处理效果不好且能耗大。因此，利用厌氧-好氧组合处理工艺进行处理。首先，能使厌氧处理技术的优势充分发挥，水解、酸化废水中生化性很差的高分子物质，成为易于进行好氧处理的较小分子或分子结构。同时，也可对回流到厌氧池的好氧阶段污泥进行较为彻底的厌氧消化，减少整个系统的污泥排放。该工艺结合了厌氧与好氧处理技术的优点，具有占地面积少、处理效果好、能耗低、节省药剂以及运转、管理方便等优点。

丁志芬[10]对某造纸厂应用厌氧-好氧组合技术处理废水的情况进行了介绍，且和好氧工艺作了比较。结果证明，厌氧-氧工艺运行电费可降低50%，且运行稳定，其COD有机物85%都转化为甲烷气体了，剩余污泥量也减少了60%以上。李巡案等[11]分析了万隆造纸厂废水处理工程改建为厌氧-好氧工艺以及实行清洁生产后，污染物质排放总量明显减少，水质可达到GB18918- 2002一级A标准，与原有的好氧生物处理工艺相比可节省动力约55%。

3 生物处理造纸废水技术的研究进展

3.1 应用白腐真菌对造纸废水进行降解

造纸工业排放黑液COD和色度形成主要是因为木质素，其异质多晶三维多聚体结构是由甲氧基取代的对-羟基肉桂酸聚合而成，分子间的醚键、C-C键很稳定，是当前公认的微生物难降解芳香化合物之一[12]。目前，国内大部分工厂处理造纸废水采用传统生物法应用的微生物主要以细菌为主，并不能有效去除造纸废水中的木素衍生物以及漂白过程中产生的氯酚类物质，这便成为造纸废水达标排放的主要障碍。

白腐真菌是目前所发现的对木质素及其衍生物降解最有效的微生物。多数白腐真菌属于担子菌纲，少数为子囊菌纲。其中，黄饱原毛平革菌（Phanerochaete Chrysosporium）是已被广泛研究的典型白腐真菌。

3.1.1 白腐真菌的降解机制及优势

白腐菌降解木质素通常分两步进行[13]：第一，菌体利用菌丝吸附木质素；第二，白腐菌分泌出的酶催化氧化木质素等污染物，主要分为细胞内和细胞外两过程，整个降解系统在主要营养物质（ 碳、氮、硫） 限制条件下才得以启动形成[14～16]。锰过氧化物酶（ Mnp）、漆酶（La）、木质素过氧化物酶（ Lip） 均合成于细胞内，通过分泌到细胞外对污染物进行降解。前两者均须以H2O2为底物，漆酶以氧气作电子受体催化形成醌及自由基。故降解污染物时，白腐菌需借助H2O2激活，由酶触发启动自由基链反应，产生具有超常的氧化能力的细胞外?OH，对芳香化合物有很好的降解作用。

故白腐菌在降解污染物上所有具有的优点是其他生物系统尤其是细菌没有的[14]：（1）特定污染物不需要预条件化：处理系统以细菌为主的，诱导合成所需的降解酶须预先置于一定有效浓度的污染物。白腐真菌降解酶的诱导与降解底物的有无多少无关。（2）动力学优势：细菌对化学物的降解多为酶促转化，遵循米氏动力学。初始氧化反应的酶经白腐真菌催化启动对底物没有真正意义上的Km值，对氧化产物的形成有利。（3）产生氧化能力极强的?OH （4）有毒污染物不必进入细胞内代谢而在其细胞外即可有效降解。可忍受高浓度有毒污染物的同时，避免有毒污染物对细胞的毒害。（5）非专一性降解的特性：能降解大量结构不同的化学物质。（6）对营养物的要求低。

3.1.2 白腐菌在造纸废水中的应用

从上述可知白腐真菌在治理造纸废水方面有极大的研究价值。吴涓等[17]比较了几株白腐真菌在造纸黑液废水中的挂膜生长状况及其对黑液废水的处理效果。黄孢原毛平革菌、侧耳菌和S22菌都可以在较强碱性的废水中生长挂膜，且对木质素有显著的降解作用，有很强的适应废水的能力。李雪芝等[18]用8株不同的白腐菌对造纸废水进行处理，选出的白腐菌L02处理效果是最好的。该菌株可直接应用于造纸废水的处理，大幅度降低废水CODCr含量（降低84%以上）、废水的色度（降低93%以上）以及废水的pH值。路忻[19]采用序列间歇式活性污泥法（SBR）法利用白腐菌共代谢理论分析及处理试验研究含木质素的造纸废水。结果表明，相同进水COD浓度和水力停留时间，与单纯好氧生物处理相比，共代谢作用下好氧处理的COD去除率要高得多，有约30%的提高率。

3.2 生物酶技术

白腐菌降解木质素，是通过其分泌的酶的作用来实现。相较于锰过氧化物酶、木质素过氧化酶，在白腐菌木质素降解酶系统中，漆酶的实际应用价值更大一些。首先，木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶产生的条件是限碳和氮的。而漆酶可在碳和/或氮存在条件下由菌体分泌[20]。其次，木质素过氧化物酶和锰过氧化物酶只在系统存在H2O2时，才可降解有机污染物，这在现实情况下很难实现的。最后，重要的还在于漆酶具有780 mV氧化还原电位，在不存在H2O2和其它次级代谢产物时，有机污染物的氧化也能够被催化。所以，在环境保护和生物技术方面，漆酶的应用潜力是非常巨大的。

据林鹿等人[21]研究通过漆酶进行去除桉木硫酸盐浆CEH漂白废水时发现，它可以把废水中有毒物质去除掉40%以上。造纸废液中有机氯化物用漆酶处理，具有高效能的催化作用，反应条件温和，对反应设备和反应条件要求也不高。谢益民等[22]采用杂色云芝发酵产生的漆酶液深度处理造纸厂二沉池出水，结果表明，经催化氧化作用，漆酶及其介体体系可氧化聚合废水中的大部分残余木素。在最佳实验处理条件下，木素、CODCr和色度的去除率分别达到82. 0%、76. 9% 和84. 9%。同时，纸浆生物漂白上的研究热点也包括漆酶。通过酶法漂白纸浆，脱氯效果更好[23]，相对于传统的氯气漂白法所产生的有毒的氯酚类化合物而言，其避免了对环境的污染。

3.3 生物固定化技术

微生物固定化技术是通过化学或物理的方法，把游离酶或细胞限定在一定的空间区域内，使其能反复利用且保持活性，利于除去高浓度有机物或某些难降解物质。Messner等[24]利用生物滴滤器原理而开发的MYCOPOR反应器，在多孔的载体填料上把白腐菌固定好，废水由从顶部到载体的这个过程就能够得到净化了。处理6～12h，87%、80%和40%的色度、AOX和COD可去除。李朝霞等[25]采用一种新型海藻酸钠/壳聚糖/活性炭生物微胶囊固定化白腐菌和悬浮态白腐菌，在不同接种量下降解造纸废水。结果显示，白腐菌在不同的两种状态下均能对造纸废水进行降解，不过在代谢稳定性和降解木质素能力等方面，固定化白腐菌比悬浮态白腐菌明显要强。刘帅等[26] 用固定漆酶和游离漆酶对造纸废水进行深度处理。通过对废水处理的效果对比，固定漆酶的优点在于达到最佳效果的反应时间短， 酶的稳定性高， 温度耐受性强，pH适应性显著增强。

4 结语

作为一种处理难、成分复杂的工业废水，通过传统的处理技术造纸废水已很难满足如今的排放要求。因此，要实现极大减少造纸废水的排放或者实现零排放，需大力发展微生物处理技术。使微生物与处理技术相结合，为造纸业的绿色发展铺平道路。

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第3篇：生物制造技术范文

【关键词】造林技术；有害生物；防治措施

1、杨树造林技术措施

（1）造林地的选择。造林地的好坏对杨树能不能高产至关重要，它是集约栽培成功的关键。如果造林地立地质量不够标准，即使增加投入也不易改造好，不能保证高产。因此在造林地的选择时，应对土壤的厚度、质地、肥力、结构及地下水位等进行详细的调查。

杨树丰产林地应具备土壤可溶盐含量不低于0.1%～0.2%，地下水位约1.5～3m的条件。像在冲积物上形成的黄潮土就是比较适宜的土壤类型。

杨树属喜湿树种，不适合在坡地和丘陵上种植。河滩上的砂潮土须经深翻整地肥积灌溉才能满足丰产栽培的需要。潮竭土、褐土和潮棕壤的地下水位深，需要有灌溉条件才适用。土壤的有效士层应在lm以上。最佳的土壤质地为砂壤一轻砂壤，砂土机质含量最好l%～1.5%以上。我国多数杨树造林地有机质含量低于此标准，肥力较低，应该采取农林间作、迫肥和掩埋落叶等措施来弥补。

杨树根系对氧的需要量较高，如果土壤通透性不好则会导致根系呼吸缺氧，对杨树的生长造成危害。杨树最适土壤容重不小于1.35南方是多雨地区（如长江中下游），因此在选造林地时应要注意地下水位，地下水位过高可能减少土壤有效土层厚度，长期淹没根系。如果地下水位高于lm则立地需经排水才可选用。排水可以大幅度提高木材产量。长江中下游、江汉平原和洞庭湖区是80年代新发展的杨树产区，这里划给杨树造林的土地，大多是沿江沿湖由于洪水淹没而不适于农业用的泛滥地。有些杨树能耐水淹，如美洲黑杨。这种杨树在水连续淹没20多天对生长几乎没有影响，洪水淹没40多天，则有较大影响。在这些地区，洪水淹没可能成为杨树生长的限制因子，因此，在选择造林地时要注意土地的高程和洪水淹没期的长短，不选洪水淹没期在40天以上的立地造杨树林。

（2）杨树造林方法。杨树的造林方法多种多样，但普遍采用的都是单一的常规造林方法，这种方法并不能满足不同条件下的造林，影响造林成活率，降低了杨树林高产的效果。杨树造林的成败，成活率的高低，主要取决于杨树苗木地上和地下部分的水分平衡，即干、枝、叶的水分消耗与苗根吸水保持平衡。因此在选择适宜的造林方法时应根据立地、当时的旱情和土壤湿度以及苗木的水分状况进行选择。①常规造林。种杨树―般提倡“三大―深”，即采用大株行距、大穴和大苗，并要深栽。植树穴的规格80～100cm×80～l00cm×70～80cm，深栽70～80cm是为了苗木有更长的干部能转化为根，增加根量，吸收深层湿润土壤中的水分，提高抗旱力和成活率。②插条造林。插条造林具有节省苗木，成活率高等优点。因此一般在缺少苗木，土壤湿度较高，气候又比较干旱的地方使用此法。插条截自1～2年生苗木，插条长50～80cm，粗3cm以上。栽植深度―般以50～80cm深为好，具体深度还决定于当地条件而定。插条上端与地面子，或高出地面3～5cm，以利于发芽。留根育苗与插条造林结合，可形成完整的育苗和造林系列技术。③平茬造林（截干茼深栽）。所谓平茬造林法就是在根系和茎下部分水不多前及时平茬或强度截干。这种方法要注意平茬时机，如果错过平茬时机的话，会导致苗木不能保活或长不良。此法在旱情严重、常规造林把握不大时，或常规造林后苗木地上部分忍耐不了干旱和风沙，开始由上而下干枯时可采用，且秋春两季均可造林，苗木全埋在土中能保持水分平衡，成活率高。其缺点是，苗木由零点开始生长，起点低。④插十深栽（截根苗深栽）。杨树截根深裁造林技术是利用杨树苗于发不定根能力强和苗木浸入地下水的基部直接吸收水分的特点，此法的成活率高、生长量大、苗木抗旱力强。比较适合沿河滩地和阶地。挖大穴时，可在穴底挖，或用铁钎打孔至地下水，插入截根苗。用钢钎打孔时，可先挖，倒入少量水，打孔时可湿润孔壁，使土变软，并防止砂土下塌，减少摩擦，可以提高工效。

（3）造林季节。在中原地区，秋季造林，效果较好。因为中原地区冬季不很寒冷和不干旱，所以秋栽的苗木能够在漫长的秋冬季缓慢地生根和形成愈伤组织，等到第二年春长叶子前已经形成了大量的根，对成活和生长十分有利。秋季造林宜早，初霜之后苗木叶开始发黄和脱落时即可带叶秋栽，宜用木质化好的壮苗深栽至80cm―100cm，栽后及早春应浇水。在杨树丰产林营造中留根育苗和截根苗深栽系列技术常因缺乏壮苗木用弱苗造林，导致杨树的成活率和生长量降低，成为一个长期没有解决的令人困扰的问题。

2、有害生物的防治

杨树林的有害生物管理，《根据林业有害生物综合治理（IPM）理论》贯彻“预防为主、综合治理”方针。

（1）干部的防治。在杨树干部林业有害生物中对其质量影响较大的主要是检疫害虫，严重时能够导致杨树风折、枯梢、甚至枯死。即使在危险性有害生物的治理工作中，采用全部种群（TPM）理论，但目前对杨树检疫害虫还做不到彻底消灭某种有害生物。

在干部林业有害生物的防治工作中，要抓住害虫为害流淌树液或排出木削期，在为害处用药泥堵洞、注射杀虫剂或者在成虫期悬挂性诱剂等方法进行防治。当然主要还应该在林业造林时防止带有检疫对象的苗木造林，而且必须在造林地早发现、早治疗，以避免扩散蔓延。

（2）叶部的防治。叶部林业有害生物往往是造成干部有害生物入侵的前期因子。因为叶部林业有害生物会造成树叶被吃光或提早落叶，影响了树木的光合作用，降低了树木的生长，如连续发生几年就能造成林木大量死亡。

叶部林业有害生物的防治应该做到早发现、早治疗，抓住害虫的薄弱环节，如在地面地被物下越冬的幼虫上树期前，在干部涂化学药剂等，这样既省工，又节约（避免春季劳力相争），成本低、效果亦好，而且减少了环境的污染。

第4篇：生物制造技术范文

在智能家居系统中，将无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。这不仅仅是因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去花在综合布线上的费用和精力，而且更因为它符合家庭网络的通讯特点。随着无线网络技术的进一步发展，必将大大促进家庭网络智能化的进程。

本文介绍的智能家居控制系统采用ARM嵌入式系统设计，利用ZigBee通讯模块构建智能家居无线网络系统，跟各个子控制模块进行通讯。系统通过蓝牙接口与手机或PC连接，使用手机作为用户操控终端。当前手机的功能相当强大，大多数手机已经内置Java虚拟机，利用Java开发工具设计功能非常强大管理软件，与传统的键盘加液晶屏的人机界面相比，操作更灵活、方便。系统通过蓝牙接口，搜索用户手机，判断用户是否在本地，而自动进行布防和设防以及切换到GPRS网络，进行远程监控，防止用户忘记布防而令监控系统失去作用。

智能家居控制系统设计

系统功能

本文介绍的家居系统具备以下功能：

家用设备的数据采集：采集家用设备包括室内温度、灯具家电、防盗门等设备的状态数据，经控制器处理后反馈给用户。

本地控制：用户通过人机界面，对家用设备进行监控。

远程控制：远程用户可以通过发送手机短信或通过互联网对家庭系统进行控制和查询。

自动报警：当控制器检测到非法闯入或温度超高等报警信号时，及时触发室内报警装置，并通过发送报警短信等方式及时通知用户。

门禁系统：手机内置蓝牙模块都具有全球唯一识别码，利用它识别用户身份。用户再不需记密码，或带其他的IC卡。

家电控制：接收用户命令，通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控的家电设备。

其它灯具等开关量控制：接收用户命令控制灯具等开关量设备。

系统总体结构

本控制系统分两部分：主控制器，各控制终端。系统框图如下图所示：

主控制器相当于家庭网关，由GPRS、蓝牙、ZigBee通讯模块构成。负责接收各控制终端的数据，经处理后传给用户手机，同时接收用户手机发出的指令，经解析后分发到各个控制终端。

主控制器的硬件设计

主控制器的CPU采用NXP微控制器LPC2378，它使用了一个高性能的32位ARM7内核，可以在高达72MHz的频率下操作。LPC2378含有高达512KB的片内Flash和58KB的片内SRAM存储器，而且有4个16C550UART(1个带有I rDA)、3个i2c总线接口、3个SPl／SSP接口和1个i2s接口。多个串行通信接口增强了设计的灵活性，提供了更大的缓冲区，并且具有更高的处理能力。

GPRS通信模块采用西门子公司的无线数据传输模块MC35i，支持数据、短信、语音和传真业务。MC35i是新一代GSM／GPRS双模模块，完全兼容上一代的MC35、TC35i；采用紧凑型设计，为用户提供了简单、内嵌式的无线GPRS连接。MC35i的GPRS永久在线功能提供了最快的数据传输速率。 br>

ZigBee无线网络通信模块采用赫利讯的IP_Linkl 270模块。ZigBee(1EEE802.15.4)技术是最近发展起来的一种近距离、低功耗、低数据率、低成本的双向短距离无线通信技术，被业界认为是最能应用在工控场合的无线方式。

蓝牙模块采用Ericsson公司的ROK 101 007门，该蓝牙模块集成度高、功耗小，完全兼容蓝牙协议V1.1，可嵌入任何需要蓝牙功能的设备中。该模块包括基带控制器、无线收发器、闪存等部件，可提供高AHCl(主机控制接口)层的功能。此外，该模块还提供有USB、UART和PCM接口，因而能方便地与主机(host)进行通信，另外，该模块还同时支持蓝牙语音和数据传输，且其输出功率能满足蓝牙2级操作的要求。

主控制器的嵌入式软件设计

家庭智能主控制器软件是对远程和本地通讯协议的解析执行及实时控制整个系统有序工作。主要部分包括对各个控制终端的数据采集，经处理分析后，提供给用户查询。并且实时监测各模块的报警信息，实施联动控制。软件通过蓝牙接口，定时搜索用户手机，判断用户是否在本地，而自动进行布防和设防已及切换到GPRS网络，以便及时通知用户系统信息。

基于手机的控制终端软件设计

目前基于Android和ios的智能手机具有很高的市场占有率，所以手机非常适合作为家居系统的控制终端。本软件采用SUN公司提供的通用的开发包J2ME WireIess TOOlKit2.2。主要部分包括要是显示系统的各种信息，包括温度数据、各电器、照明设备的使用状态、各种报警信息。设置系统各种参数，如定时开关电器、防盗报警的设防和撤防、消防报警联动。发指令控制各种电器、照明设备。

控制终端设计

第5篇：生物制造技术范文

关键词：制造企业；生产与定价策略；排污许可；随机需求；价格敏感度

中图分类号：F273文献标识码：A文章编号：10035192（2014）01006104doi：10.11847/fj.33.1.61

1引言

环境是一种稀缺公共资源的思想已经得到共识。对使用了环境资源的制造企业，需要对其排放污染物的行为加以约束和限制，如对其排放污染物的行为收取费用使其外部性的环境成本内部化，以达到治理污染的目的。在实践中，排污许可就是环保部门根据排污者的申请，依法审查其实际排污量后，准予其排放一定量污染物的权力，也称为排污权[1]。随着排污总量削减的必然趋势，排污指标成为制造企业新一轮的资源争夺重点。作为制造企业，考虑排污许可下的生产和定价策略具有重要的意义；作为制定排污权交易政策的政府部门，需要考虑制造企业的生产管理决策，以便在排污指标配给和排污权单位价格制定方面做出调整来引导排污制造企业的决策行为。排污权交易分为三种类型，即排污者之间的交易，政府与排污者之间的限额交易，以及排污者内部的交易[1]，本文研究的排污许可属于政府与排污者之间的限额交易。

排污权交易所涉及的污染物种类很多，为方便讨论，本文对污染物的种类未作区分。关于排污许可对企业决策影响的研究，Dobos[2]基于动态ArrowKarlin模型，对比实施排污权交易前后企业成本发生的变化，得到了排污权交易下企业的最优产量，表明排污权交易会对企业生产决策产生影响。Liao等[3]应用影子价格研究了排污许可与企业产品决策的关系，表明短期排污许可会对企业的产品组合和配置产生影响。Letmathe和Balakrishnan[4]应用最优化模型，同时考虑排放权限额、排放税、交易补贴等约束条件，得到了企业存在最优的生产量和产品结构。Du等[5]从供应链的角度探讨了存在排污权交易时供应商与零售商的决策行为。上述关于排污许可对企业决策影响的研究，主要集中在企业生产决策方面，并且大都考虑的是确定性需求。

生产/订货和定价联合决策是生产运营管理研究的一个热点。Petruzzi等[6]应用报童模型考虑了随机需求下企业应用订货和定价的联合决策来达到期望利润的最大化。Vipul等[7]考虑风险因素，在不确定需求下，应用报童模型得到最优的采购订货量和最优的价格决策，以达到企业最大期望效用。Teng等[8]考虑需求为价格和库存的函数，研究了制造者的生产和定价策略。慕银平[9]考虑随机需求和固定生产成本下的两产品企业产量与定价联合决策问题，得到在单周期下，随机变量的分布函数满足一定条件时，企业存在唯一的最优产量和价格。然而，上述研究没有考虑排污权约束的影响。本文研究解决随机需求下考虑排污许可约束的制造企业生产与定价策略。

2问题描述与假设

从命题1可以看出：对于制造企业而言，在排污许可约束下，其最大期望利润随排污权单位价格的增加而减少，且最优生产量和最优定价都与排污权单位价格有关；如果排污限额严格，当排污权价格使制造企业的最大期望利润小于或等于零时，制造企业只能选择放弃生产。对于政策制定者而言，政府可以通过调节排污权价格影响制造企业的产量和价格，以促进制造企业的减排行为；而排污许可是进行有效排污权价格调节的前提条件。

4需求价格敏感度的影响分析

排污许可约束下，关于产品的需求价格敏感度b对制造企业生产、定价及期望利润的影响，可以得到命题2。

从命题2可以看出：在不同的产品需求价格敏感度和排污限额取值范围段，需求价格敏感度对制造企业最优生产量、最优定价和最大期望利润的影响不同。对制造企业而言，在排污许可约束下进行生产和定价决策时，需要充分考虑企业允许的排污限额以及产品的需求价格敏感度；并根据排污限额和需求价格敏感度来调高或降低定价，增加或降低生产量以获得最大期望利润。对于政策制定者而言，制造企业允许的排污限额以及产品的需求价格敏感度是所处市场以及产品生产特性的具体体现。政府对生产高需求价格敏感度产品的制造企业（通常处于完全竞争市场），可以通过调高排污权价格的方式来使该类企业节能减排；对生产低需求价格敏感度产品的制造企业（通常处于垄断竞争市场），应该采取严格控制排污量来使该类企业节能减排。

5结论与展望

本文考虑市场需求随机的情况，研究了排污许可下排污制造企业的最优生产决策和定价决策；在此基础上研究了产品需求价格敏感度对排污制造企业最优生产量、最优价格和最大期望利润的影响。研究得到了以下有意义的结论：（1）排污许可下排污制造企业的最优生产量和最优定价存在并且唯一，最优生产量和最优定价与排污权单位价格相关，最大期望利润是排污权单位价格的减函数；（2）在不同的产品需求价格敏感度和排污限额取值范围段，需求价格敏感度对制造企业最优生产量、最优定价和最大期望利润的影响不同。

本文没有考虑排污权可以在企业间进行交易的情况，下一步研究可以考虑排污权在企业间自由交易时排污制造企业的管理决策。

参考文献：

[1]沈满洪，钱水苗，冯元群，等.排污权交易机制研究[M].北京：中国环境科学出版社，2009.

[2]Dobos I. The effects of emission trading on production and inventories in the ArrowKarlin model[J]. International Journal of Production Economics， 2005， 9394（8）： 301308.

[3]Liao C， Onal H， Chen M. Average shadow price and equilibrium price： a case study of tradable pollution permit markets[J]. European Journal of Operational Research， 2009， 196（3）： 12071213.

[4]Letmathe P， Balakrishnan N. Environmental consideration on the optimal product mix[J]. European Journal of Operational Research， 2005， 167（2）： 398412.

[5]Du S， Ma F， Fu Z， et al.. Gametheoretic analysis for an emissiondependent supply chain in a ‘capandtrade’ system[J]. Annals of Operations Research， 2011， DOI： 10.1007/s1047901109646.

[6]Petruzzi N， Dada M. Pricing and the newsvendor problem： a review with extensions[J]. Operations Research， 1999， 47（2）： 183194.

[7]Vipul A， Sridhar S. Impact of uncertainty and risk aversion on price and order quantity in the newsvendor problem[J]. Manufacturing & Service Operations Management， 2000， 2（4）： 410423.

第6篇：生物制造技术范文

计算机辅助生物制造，也称为快速原型法、分层制造或自由形态固体制造，是一门新技术，包括三维可累加的逐层制造技术，结合添加剂材料的选择，可制造出具有生物特性的结构，这种技术充分运用了计算机辅助设计系统。计算机辅助生物制造诞生于20世纪后期，由几个研究组独立研究发展而来，包括三维系统公司、Stratsys公司、MIT和德州大学Austin分校。在计算机辅助生物制造中，计算机辅助设计的表面被转化为一系列的多边形逼近（称为镶嵌技术）并且切分成一系列的横截面。计算机辅助生物制造分为直接型和间接型两种。直接型方法包括固态、液态和粉末状的辅助添加材料；间接型方法包括用计算机处理可用于计算机生物制造的模型或模具，例如计算机辅助生物制造方法可以用于创建用于熔模铸造、砂型铸造或注塑成型的结构。间接型方法与直接型方法相比，优势在于在结构最终成型之前可以节省具有某些化学的、腐蚀性的、生物的和机械的特性的材料，因为这些材料并不需要在计算机辅助生物制造中出现。本书旨在阐述最近由计算机辅助生物制造技术所制造的大量医疗设备所投入的技术，包括病人特制义肢，微型结构医疗设备，人造组织等。计算机辅助生物制造在未来10年将在医疗护理方面发挥更大的作用，它将主导着生物和医疗设备的结构设计制造。

本书内容共有14章：1.计算机辅助生物制造：导论；2.多尺度骨头诊断的计算机系统：二维微观尺度的有限元分析系统；3.基于淀粉的分层纤维支架结构在骨组织工程中的应用；4.快速原型法制作三维支架的细菌和应用白念珠菌粘附技术制造骨头更替材料；5.生物黏合剂的喷墨式打印技术；6.羟基磷灰石造骨细胞复合的激光细微加工；7.双光子聚会物与陶瓷混合材料在皮肤渗透型药物研制中的应用；8.生物陶瓷药物释放体在三维粉末印刷期间的生物活性的同时稳定性；9.选择性激光熔化工艺制造钛椎间融合器的拓扑结构优化和机械进化过程；10.CT摄像机监控电流刺激切除神经的退化肌肉的生长情况和由电流刺激诱导的组织结构改变及其立体平版的三维建模；11.烧蚀鼻子肿瘤手术后利用计算机辅助设计（CAD）-计算机辅助制造（CAM）技术构造临时假鼻体：一个试验案例的报道；12.个人预制的重构上颚骨假体；13.快速原型法教学模型在胎儿畸形研究中的应用；14.骨架材料通过CT扫描的非入侵性考古和三维结构重建。

本书适合计算机生物辅助设计、生物医疗设备设计、医疗护理等领域相关研究人员阅读。

陈涛，

博士生

（中国传媒大学理学院）

第7篇：生物制造技术范文

人类对最新的科学技术总是赋予了无限想象。当3D打印概念席卷整个市场时，人们开始将3D打印与生物医疗结合起来，于是3D生物打印（3D-Bioprinting）便应运而生。以信息化为前奏，以打印成型技术为基础的3D生物打印技术，正在被越来越广泛地应用于修复和替代再生损伤组织和器官的治疗过程中。同时作为目前实现再生医学最具应用前景的新技术之一，3D生物打印也在向着从非生命假体向简单生命体和复杂生命结构体的发展。

如今，3D生物打印的发展已经超越了医学或者生物学单一领域，向着由医学、工程、生物和临床以及伦理和法律有机融合在一起综合领域迈进。在未来，3D生物打印必将对人类的未来产生深远的影响，但也面临着很多发展的挑战。但无论如何，3D生物打印正在重塑整个医疗行业，且日益接近我们的现实世界。

3D打印技术在医学领域得到广泛应用

三年前，3D打印因为被英国《经济学人》杂志认为是“第三次工业革命的重要标志”而被广泛关注。这场技术革新带来的冲击是巨大的，特别是对于中国这样一个亟需面临制造业升级的国家。由于3D打印涵盖了产品生命周期前端的“快速原型”、全生产周期的“快速制造”、大规模的个性化生产能力等诸多特点，特别是可以与互联网和新材料、新能源相结合，所以3D打印被认为可能会带给中国制造业的重大变革。

也正是在最近的三年里，3D打印中的一系列技术已经在中国开花落地，并开始服务于生产实践。诸如光固化、金属熔敷、陶瓷成形、激光烧结、金属烧结等3D打印装备和材料也越来越多地见诸于媒体报道中，例如我国在打印玩具、手机部件、飞机机翼、武器零部件等，3D打印的应用已经越来越普及。

但是3D打印还有一块重要的领域可能被大家忽视，而这块领域已经在默默地发展了十几年，那就是3D生物打印，即将生物打印技术服务于医学或生物学的教学、科研和治疗事业中。

比如在骨科修复领域，我国科研工作者已经取得了不错的科研和临床应用效果。通过计算机图像和CAD/CAM技术，我国已经利用三维打印技术研制出新型人工髋、肩、膝、踝关节、骨盆和四肢长骨假体，并在很多医院已经成功用于临床，且已经形成了产业化。上海交通大学医学院附属第九人民医院、北医三院、西安的西京医院等很多医院都可以进行个性化医疗植入物的设计、生产和植入。目前在人工关节置换、个体化接骨钣、个体化骨盆修复、肩胛骨、锁骨修复、牙齿修复等临床手术中，3D打印技术得到广泛应用。不过在以上介绍的3D打印过程中，并不涉及到细胞的打印应用，主要是通过3D打印金属粉末冶金技术来制作以钛合金材料为基础的个性化骨科内植入物。

例如华南理工大学通过3D打印技术开发的个性化舌侧正畸托槽，主要是针对在矫正牙形过程中，传统的托槽粘在牙齿的外侧会影响美观等不足而研发。其特点是可置放在牙齿的内侧，且根据每个人的每一颗牙齿的实际情况进行定制。目前，个性化舌侧正畸托槽已获得广东省医疗器械产品注册证，并已在国内外开展了临床应用。

另外，3D打印技术还可以用来制作器官或组织的3D模型，可直接应用于医学教学、临床手术前的术前指导及科研。借助于这些3D模型，器官或组织内部构造的细节可以逼真地显示出来，且可以使复杂的人体组织更为直观明了。在术前指导中，通过3D打印可清晰直观地显示患者的疾病状况，在比如复杂骨折与畸形的分布，这样3D打印所模型可提供比医学影像资料更加详细的解剖学信息，实现了由二维到三维、由平面到立体、虚拟到现实的转变。医生可直接在此模型上进行手术设计及模拟，以确保手术的成功，为临床疾病的诊断及治疗提供了精确化、个性化的新型思路和方法。

不过，这些还不是真正意义上的生物打印。无论是打印骨科的植入物，还是打印人体的模型一，这些还只是通过传统的增材制造技术，通过塑料、树脂和钛合金金属等材料形成无生命的假体或模型。

科学意义上的3D生物打印则是以打印细胞为分水岭，也就是“以3D打印为手段，以加工细胞等活性材料为内容，以重建人体组织和器官为目标”。只有真正的3D生物打印，才是塑医疗行业的重要力量。

3D生物打印是真正的医学革命

目前全球3D生物打印技术尚处于起步阶段，如果以打印细胞为分水岭来看，对于颅骨、牙齿或制造器官或组织的3D模型还只能看做是3D生物打印的“前夜”，原因很简单，虽然这些打印技术也被视为生物医学材料领域的重要一环，但是打印出的产品还是非生命假体，而且大多数打印过程仅仅涉及到一种金属或者塑胶材质，所以其对生命医学发展的支撑十分有限。

真正意义上的3D生物打印是向简单生命体和复杂生命结构体方向发展的。采用的打印材料更是超出了传统3D打印的取材空间，比如活细胞、干细胞、水凝胶、可被人体组织吸收的高分子材料等。

不过，应用活细胞进行生物打印，完全不同于传统的三维打印，甚至可以说完全是另外一个领域。

因为打印的材料既然涉及到活的细胞，就需要精确控制细胞的成活率、细胞生长的支架材料、细胞的氧气、水分、营养等微环境，以及后期如何通过血管化来维持组织的生长和代谢。这样一来，需要同时打印的材料就达到几种乃至十几种，打印过程中的精密控制更加复杂，且更不用说分化程度更高，更加复杂的组织。

也正因为如此，3D生物打印才成为医学领域发力的一个焦点，而这个焦点，在我国集中的体现就是国家对3D生物打印的重视。比如在2014年末，“第四届国际增材制造与生物制造会议（ICAM-BM2014）”在北京召开，来自11个国家和地区的180余名与会代表参加了此次会议。内容涵盖细胞三维打印、组织工程支架三维打印、金属增材制造以及增材制造技术中数据处理、建模仿真和创新应用等。

此外，4月份在上海召开的“2015医用新材料与3D打印论坛”以“交叉前沿新时代”为主题。论坛上来自诸多高效、研究所和医院的3D生物打印研究人员就医用新材料和3D打印相关领域的新方法、新发现，以及进一步发展的重点，特别是成果转化等进行交流和研讨，场面十分火爆。第三届世界3D打印技术产业大会将于2015年6月3至6日在成都举行，大会议题之一将重点围绕生物3D打印的技术路线、商业模式、材料、应用，及如何构建3D生物打印生态链等议题展开深入讨论。

这场潜在的医学革命，可以说目前正在生物学和医学以及信息科学领域酝酿着一场风暴，因为3D生物打印的未来应用将满足人类医学发展过程中最大的一块短板，即器官移植和个性化治疗的需要。

如今，医疗领域的体内植入辅助假体的巨大市场是有目共睹的，但其特点和缺陷都非常明显，及属于非活性体，受到人体的排斥反应强烈。这些大多以机械结构（例如骨板骨钉、人工关节、血管支架等）或机电系统（例如人工眼、人工耳蜗、人工心脏等）或高分子材料系统（人工食管、人工胆管、人工肠、人工膀胱）所构建的人体器官，因其诸多不足也正成为生物材料、生物力学、组织工程学、电子学（包括计算机）特别是微电子学以及临床医学相结合的多学科攻坚的重点。人们多么希望在未来能够植入和应用以细胞及组织所构建的“器官”，来修复人体因伤害或发病所需要的天然器官组织的功能。据卫生部门统计，仅仅在我国，每年等待器官移植的患者就超过150万人，这其中只有1万人能够做上手术，而其余超过99%的患者需要继续等待器官源。而世卫组织统计称，全世界需器官移植手术的病人与所捐献的人体器官的数量比为20比1。显然，这是一个世界性难题。从国家层面来说，更需要去系统破解这些难题，从根本上给生命的拯救创造更多机会。

显然，在未来，在医学伦理的制约下，也只有3D生物打印才能破解以上难题。

3D生物打印有望重塑医疗行业

作为一项前沿制造技术，“3D生物打印” 的发展空间巨大。比如通过生物打印技术制造出与真正组织和器官的外形一致，满足外形结构和力学性能的需求，以及具有满足细胞与组织生长所需要的内部微结构且满足生命体生长的生物循环系统的需要的组织或器官产品，人类的诸多医学难题将被突破，已经提及一百多年的个性化治疗、人体器官的个性化定制难题以及使用模式动物的药物测试方式将被彻底改写，也正因为如此，我们才可以说为何3D生物打印有望重塑医疗行业。

全世界每天共有18个人因为找不到合适的器官移植而导致死亡。目前由于器官来源严重短缺，我国的器官移植事业也走到了一个关键的十字路口。面对每年150万的巨大缺口。通过3D生物打印的个性化制造能力与病体需求的差异性充分结合，配合传统的CT、ECT技术，可以在人工假体、人工组织器官的制造方面产生巨大的推动效应。

另外在药物测试中，目前测试药物其中一大部分工作是在模式动物，如猪、牛、小白鼠、兔子的身上完成的，如果未来以生物3D打印的模式器官来代替试验，不仅有利于缩短临床药物研发周期，节省上亿美元研发费用，还将避免潜在的人体试验损害。所以3D打印出的器官不仅能够帮助新药更快的实现试验，以替代临床试验，缩短新药上市周期。

而在科研领域，细胞打印的产品包括组织和器官两类，细胞准确定位和培养之后，形成的结构具备生物特性。可以作为很好的医学研究工具。通过3D技术将三维立体图象打印出实物，成为研究者手中直观的模型，从而帮助科研工作者不断地进行设计上的优化、结构上的优化，加速生物工程医疗领域中医疗设备、仪器、甚至是仪表的设计。

所以在未来， 3D生物打印技术将对生物医药行业带来重大的改变，如同互联网信息技术改变现如今人们的生活一样。

据美国食品与药品管理局预测，人体器官和功能组织替代物将在未来10年占据生物医学工程产业的50%。

也正因为如此，目前世界各国都在积极制定以3D生物打印技术为基础的，针对以人体组织与器官制造领域的中长期研究计划。如美国《2020年制造技术的挑战》将生物制造技术列为11个主要发展方向之一；日本机械学会技术路线图将微观生物力学对促进承载支持组织再生确定为10个研究方向之一，其预测“2020年及以后，适合许多大型组织和器官再生的刺激条件得到明确”，藉此体现机械工程对再生医学治疗的贡献；中国机械工程学科发展战略报告（2011―2020）也明确将生物与仿生制造列为未来主要发展方向之一。

“再生医疗是一个飞速发展的科技领域，肩负着改写人类医疗史的重任。”这是美国Organovo公司网站的一句话。我们更无法想象一百年后的医疗世界，最可能的是，3D生物打印也将成为一种普遍的医疗模式。通过3D打印技术制造器官，不但可解除移植器官资源紧缺的难题，也将对药物开发产生深远影响。

未来市场前景极为广阔

利用3D生物打印技术，目前研究人员已经成功打印出了包括人耳，骨骼以及心脏等器官，并且在局部领域取得了临床试验上的成功。虽然目前并未推广开来，但前景却极为广阔。

据3D生物打印领域的专家戴∪衷菏拷樯埽目前医疗行业3D打印技术的应用主要有以下几方面：一是无需留在体内的医疗器械，包括医疗模型、诊疗器械、康复辅具、假肢、助听器、齿科、手术导板等；二是个性化永久植入物，使用钛合金、钴铬钼合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通过3D打印骨骼、软骨、关节、牙齿等产品，通过手术植入人体；三是3D生物打印，即使用含细胞和生长因子的生物墨水，结合其他材料层层打印出产品，经体外和体内培育，形成有生理功能的组织结构。这项技术成功后，有望解决全球面临的移植组织或器官不足的难题。

在目前，生物3D打印在药物筛选、手术导板、假肢假体等多领域的盈利模式已经形成。3D打印顶尖咨询机构Wohlers的一项报告显示，2019年3D打印市场规模将达到60亿美元，其中在医疗方面的应用市场份额占15.1%，位居第三位。LuxResearch的分析师预测，3D打印技术在医疗行业将迅速采用，预测2025年该市场达到19亿美元，折合人民币超百亿。业界认为，3D打印在医疗行业甚至整个生命学领域都有广泛的应用前景。

面对巨大的市场，目前国外已有不少公司推出了高级生物打印设备，以适应目前日益强大的科研需求。如最为强大的瑞士RegenHU公司推出的BIOFACTORY系列打印机，最大可以扩展到8只打印头，支持五种打印方式，可让打印的组织赋予更多功能，可以构建更为复杂的组织，最小挤出量为20pl，精度更高。2015年Nature杂志专门刊发RegenHU BIOFACTORY的应用文章，介绍其在构建体外血液-空气组织屏障方面的应用

德国的ENVISIONTEC公司推出的3D-Bioplotter，采用熔融挤出沉积工艺，可以成形多种生物材料。但尚不能进行细胞的直接堆积成形。美国的MicroFab公司针对生物医学和组织工程应用，推出jetLab系统，可以作为生物材料成形的开发平台，进行组织工程支架的三维打印成形研究。

但是在中国，目前仅有两家公司在制造并提供3D生物打印机。其中一家是杭州捷诺飞生物技术有限公司，另外一家是青岛尤尼科技有限公司。目前青岛尤尼在国家863前沿生物技术重大专项的支持下，已经研制出用于临床人体组织缺损修复，可打印多种生物支架材料及细胞的高精度3D打印系统的生物打印机，目前正在进行产业化过程中。

此外，3D生物打印市场的动作频频，也显示出研究单位对该领域的重视。

2015年4月，国家食品药品监督管理总局授予注册证的广州迈普再生医学科技有限公司研发的第一代人工硬脑膜产品――“睿膜”成功上市，这是中国第一个在植入器械领域成功实现产业化的生物3D打印产品。

四川英诺生物拟投资建立 3D 生物打印产业化基地，目前英诺生物已与四川大学华西医院就项目研发合作事宜签署了《战略合作框架协议》。

湖南首家 3D 生物打印临床应用研究所在湘雅医学院成立，据悉该研究所致力于突破增材制造（即3D打印）在临床医疗应用中的核心与关键技术，推动3D打印技术在临床医疗、医学教育、医用生物材料开发等领域的应用。

发展面临多重挑战

3D生物打印是一个数字化、智能化、全自动化制造系统的综合工程，3D生物打印要想取得成功也绝非易事。

根据公开的资料显示，目前3D生物打印机能够非常成功的生产出简单的组织结构，但目前打印最厚的组织也仅仅达到20多层细胞。如以厚度为标准衡量，其仅为几百微米，相当于人类少许的头发。另外，一些团队使用高级的3D生物打印机生产出来的一些更大组织，但其自身力度很差，甚至连自身的磨损都不能承受。此外，怎样使这些被生产出的组织得到存活是科学界关注的话题，比如组织中构建血管和神经通路就属于3D生物打印的核心问题。

此外，3D生物打印需要自动控制及加工制造的软件控制系统，以及高精度、高速度、高效率的硬件。目前在产品价格方面，国外3D生物打印机设备和材料的价格也居高不下。据悉，用于制造器官模型的3D生物打印机售价在120万至400万人民币之间，与通过激光烧结的3D打印机设备价格相当，所以目前还主要是一些有条件的医院和机构在承担相关研究，这也成为3D生物打印发展的障碍之一。

即使是已经进入临床应用的骨科产品，也面临着一系列地审批难题。西安交通大学机械工程学院特聘教授李涤尘和北医三院的刘忠军是将3D打印骨科产品进行临床应用的先行者，但是他们均表示，如何迅速拿到产品审批是个问题。由于目前我国3D打印在医学中的应用相对较严谨，目前还没有一个法律法规来规范。导致了3D打印的器官需要国家医疗器械制度和法律的审批，而这个过程非常复杂，而且风险较高。所以即使李涤尘2004年就成立了公司，到现在也没拿到产品许可证。由于3D打印的产品非常个性化，已经超过现有的产品监管运作模式，所以不可能每个打印产品都去检验。这种风险如何化解以及面对满足这种新的消费需求和商业形态，都需要国家有关部门作出非常具体的研究和回应。

所以综合来看，目前即使政策上如鼓励使用并推广这项新技术，同时严控质量加强行业管理和规范，鼓励创新和临床转化。但涉及3D生物打印的规定仍旧需要重新制定，特别是生物医疗产品的生物相容性和知识产权在内的诸多问题也急需解决。

第8篇：生物制造技术范文

[关键词]生物产业 生物经济 三次产业 融合

一、生物经济与三次产业融合

1. 生物经济的涵义

生物经济是指建立在生命科学和生物技术研发与应用基础之上,对生物资源进行合理配置及利用,以生产生物技术产品或提供服务,从而满足人类对健康、农业生产、食品加工、可再生资源或环保等方面需求,并形成具有相应规模的生物产业的经济,它是一个与农业经济、工业经济、信息经济相对应的新的经济形态。这里需要特别强调,只有当生物产业达到相应规模,成为推动社会经济增长的主导或支柱产业时,世界将真正步入生物经济成熟阶段。

2. 三次产业的划分

在世界经济发展史上,人类经济活动的发展有三个阶段:第一阶段即初级阶段,人类的主要活动是农业和畜牧业;第二阶段开始于英国工业革命,以机器大工业的迅速发展为标志,纺织、钢铁及机器等制造业迅速崛起和发展;第三阶段开始于20世纪初,大量的资本和劳动力流入非物质生产部门。新西兰经济学家费歇尔将处于第一阶段的产业称为第一产业,处于第二阶段的产业称为第二产业,处于第三阶段的产业称为第三产业。

我国的三次产业划分是:第一产业:农业(包括种植业、林业、牧业、副业和渔业);第二产业:工业(包括采掘工业、制造业、自来水、电力、蒸汽、热水、煤气)和建筑业。第三产业:除第一、第二产业以外的其他各业。

3. 产业融合

产业融合是指不同产业或同一产业内的不同行业在技术创新与放松管制的基础上相互交叉、相互渗透,逐渐融合为一体,形成新产业形态的动态发展过程。主要包括高新技术产业对传统产业的渗透融合、产业间的延伸融合与产业内部的重组融合三种方式,通过这三种方式,各产业间的边界特征开始逐渐模糊或消失,新产品、新服务乃至新产业不断产生。

二、发达国家生物经济发展的三次产业融合模式考察

经过我们初步的研究考察,发现发达国家有强大生命力和竞争力的大型生物技术公司都有一个共同规律,即在发展初期就高度重视生物产业中的农业、工业与现代服务业的兼容性。

诺华公司(Novartis)是世界上最著名的生命科学公司之一,最初由瑞士巴塞尔负责化学和制药业务的两家公司于1996年合并而成,业务领域涉及工业与农业。1998年12月开始,总裁兼CEO丹尼尔•瓦塞拉领导诺华公司在制药和作物防病及种子业务上,采取以产易股、重组、合并和收购等方式,汇集竞争需要的混合资产,和世界上其它几家大的生命科学公司展开全面竞争,取得了领先地位。

诺华作为生物产业的领导者,1982年率先展示了首个“转基因”植物,引发了世界抗虫和耐受杀虫剂转基因植物及制种的研究热潮。1995年,孟山都公司(Monsanto)推出了第一个商品化的转基因产品,诺华紧随其后,1996年推出了自己的转基因植物和种子,证实了自己在生物产业的顶尖地位。诺华公司认为,生命科学创造的大部分价值来自不同产业领域的联合,例如制药、营养品和种子等。要获取更大收益,就要在不同的产业领域之间进行广泛融合交叉。诺华的生物学家提出,随着生命科学的进展和基因组计划的实现,会出现3种类型的转基因产品,第一种类型为提高相关抗性的转基因植物及种子,如抗寒、抗旱、抗盐碱及抗病等;第二种类型为增加特定商品性的转基因植物及种子,如高蛋白、高油脂含量;第三种类型为植物生物反应器,即将植物作为制造化合物的工厂,使用由阳光提供能源并且不会释放污染物的基因工程植物来取代消耗能源并产生污染的工厂。瓦塞拉认为,生命科学不仅具有改变种子生物学属性和植物保护产业的潜力,而且还具有改变制药和营养产业,模糊食物和药物之间界限的潜力,使人们能够制造出对健康有明显益处的‘功能性’食品。

“在众多的高新技术中,现代生物技术产业是典型的创新驱动型产业,现代生物科技发展日新月异,创新速度加快,产业化周期缩短;生物技术创新与产业发展互动,推动产业升级和新兴产业崛起”。生物产业具有典型的高技术产业特征,科研开发实力直接决定了企业的生存和发展,因此,生物产业的一、二产业纷纷成立自己的研发中心,加大技术研发的投入,使生物技术产业的一、二产业和三产业融为一体的发展趋势日益成为普遍的现实。

随着研发费用的巨额投入和研发成本的飞速增长,全球生物技术外包研发服务公司(CRO)蓬勃发展,世界很多大的生物企业纷纷将自己的研发业务转移,转向企业外部更加专业化的公司提供的资源生产和专门服务。企业由专业化的角度出发,将一些原来属于企业内部的部门转移出去变为独立经营单位,或者直接取消由原来企业内部提供的资源或生产服务。特别是这次世界金融危机的暴发,为了降低成本,发达国家加快了生物产业合同研发、合同生产等外包服务的步伐。当今世界,制造业和服务业的融合已从原来的只互为包含某些制造和服务环节的最初形态,发展成为制造和服务业浑然一体阶段,一批融合了二、三产业的生产业开始成为发达国家的支柱产业。

“目前,全球从事生物技术特别是生物制药的特殊专业外包生产机构(CMO)大约有70―80家,排名前20名的厂家约占市场份额的60%,其中大部分是从事微生物发酵、哺乳类动物细胞陪养、基因转化及制剂外包的特殊专业外包公司,像Lonza.DSM .Catalytics .Laportate等都是承接有关生物技术生产外包的大型跨国公司”。

跨国公司在竞争的压力下,纷纷将很多研发业务委托给专业的外包研发服务公司,达到缩短研发周期,增强产品竞争力的目的,全球生物技术外包研发服务公司(CRO)发展迅速,研发外包业务逐年增加,CRO的市场增速高于CMO。据Frost & Sullivan的研究资料,“全球制药产业技术外包服务市场规模,2001年达到98亿美元,2005年达到163亿美元,2001―2005年复合增长率约13.7%。据Frost & Sullivan的最新数据,2005年全球研发外包市场约为187亿美元。

三、我国发展生物经济三次产业融合模式的现状与启示

2007年4月,国务院办公厅转发了“生物产业发展‘十一五’规划”,首次将生物产业作为国民经济战略性产业进行重点部署,提出了重点发展生物医药、生物农业、生物能源、生物制造、生物环保、生物服务等新兴生物领域,把生物产业培育成为高技术领域的支柱产业和国民经济的主导产业。

目前,我们国家的生物技术公司大都是单一经营,很少有同时经营生物医药和生物农业业务的公司,企业规模相对较小。随着生物技术的发展,医药、保健品、食品特别是功能性食品的界限趋于模糊,在以人类健康为基础的产业中,生物农业和生物医药甚至以植物为原料的生物能源、生物质材料形成密不可分的大的产业链。诺华等国际航母级公司在生物医药和生物农业业务上交叉融合,共同发展,以获取更大效益的发展模式值得我国学习借鉴。如果我国的大学、科研机构,特别是目前大量存在的单一生物医药、生物种子、生物饲料、生物农药、生物肥料等公司认识到国际大的生命科学公司的产业综合交叉发展生物产业经验,一定会使我国的生物产业走上良性发展道路。

随着生物产业的快速发展,全球的生物制药研发外包有加快发展之势,跨国公司这方面的业务也加快向我国转移,特别是向我国有良好外部发展环境和有技术创新能力的国家生物产业基地转移,成为风险投资的热点地区和热点行业。如我国北京、上海的生物产业基地生物医药外包业务快速增长,据统计,2004年上海浦东新区生物医药外包服务业务实现产值2.2亿,到2007年,生物医药研发外包企业从29家增加到53家,前三个季度实现产值就达7.5亿。在北京国家生物产业基地,中国生物技术外包服务联盟(AIIiance of Biotech Outsourcing China, ABO)整合了包况北京诺赛基因组研究中心有限公司、北京华大基因研究中心以及国家药物安全评测中心在内的16家生物科技外包服务商,提供从新药研发、临床研究、临床试验到登记和签约生产的“一站式合作研究服务”,2007年生物医药研究外包服务的收入达到4000万美元,与2006年比几乎翻了一番。上海药明康德公司在纽约证交易所成功上市,并被评为“纽约交易所首次公开募股最佳表现五强”之一;上海国家生物产业基地的研发外包公司睿智化学和开拓者化学,受到美国资本运营公司得克萨斯太平洋集团(Texas Pacific Group, 简称TPG)青睐。这些发展成果,反映了我国的医药研发外包服务业在国际生物医药分工中的地位正在逐步提高。

另外,生物经济的第三产业还体现在遗传服务业上,它不是以追求高新技术为目的,而是把基因组学研究所提供的数据和技术转变为在社会的各个层面中的应用。生物产业中的遗传服务业,是一个新兴产业,“经典的‘遗传服务’是指人类疾病的遗传检测和遗传筛选,而生物经济的‘第三产业’,遗传服务已从医学领域走向社会的各个方面,如国家安全、社会安全、知识产权保护以至社会关爱,为社会发展与生活质量提高而提出的各种需要提供的各种各样的专业”。

遗传服务产业是以海量的基因组数据为主要支撑,所以这个产业具有牢固的发展基础。因此它将带动其它产业的发展,促进生物经济的第一、二、三产业的融合。可以通过带动与遗传服务相关的制造业发展,我国的遗传服务起步不晚,所以常用的国产化仪器及其它很多辅助用品、常用试剂等都可满足需要,对于自动化和科技创新有很好的基础。同时,市场的扩大和产业的发展又进一步促进了科学研究。

发展遗传服务产业应该注意的问题:(1)产业政策,遗传服务与其它产业比有很多独有的新特点,并涉及社会、经济众多部门。确定对该产业的支持政策特别重要。遗传服务一般是以民间的独立的企业为主,特别是它关系到国家和社会的安全,因此,需要国家层面的管理,如对实验室及从业人员和对所有服务项目与产品要进行严格的资格审查,严格审批制度。对于关键的试剂应该有标准和“批检”制度。同时,还要大力扶持国产设备、试剂的开发使用。对价格问题,要从市场角度,平衡公益事业和企业行为。对重要的保密问题要通过立法保护。(2)生命伦理问题,对中国签署的国际文件与规范必须遵守。建立参与人员的知情同意和知情选择制度,对遗传数据保密和保护。有关部门要建立伦理委员会(IBC),讨论审批有关项目,并向律师咨询,既要开展民众的讨论,又要在决策时果断。(3)加强生命科学的教育和知识普及工作,民众对科学家和专业人士的了解和信任是遗传服务产业发展的基础。通过民众通俗易懂的语言,普及生命科学知识,既要开拓服务空间,又不能诱导不必要的检测需求。要加大公益性消费引导力度,规范商业性消费引导行为。

参考文献:

[1] R.H.海伊斯等,生物制药业,中国人民大学出版社,2003年6月版:120

第9篇：生物制造技术范文

对医疗界而言，这更像是一个前所未有的造物新纪元，它预示着一场医学新革命或将来临。从仿真医疗模型、生物医疗器械，到更具个性化的移植组织或气管、更具潜力的生物高分子材料，都将聚拢于3D打印麾下。

更真实的教学

3D打印在医学界的最直接应用，便是各式各样的器官或组织3D模型构建。这使得原本枯燥且抽象的医学知识，变得具体而细微。更为立体的医学模型，将使医学生的学习变得轻松一些。6月4日，英国《每日邮报》刊登了一组酷似科幻大片的3D图片，令人着实大开眼界。

这些照片通过新颖且极具创意的方式，将人体内部构造通过真实丰富的细节展示出来。这些具有3D效果的图片，正是3D打印技术的前奏。来自美国康涅狄格州的XVIVO工作室（）的动画师将人体内耳、骨髓、肠道免疫系统放大许多倍，随后利用电子显微图像等技术，再现分子状态下的人体快照图。XVIVO工作室的迈克尔·阿斯特拉罕说，“美学上鼓舞人心的艺术，才能真正地打动人。这一意义深刻、令人振奋的旅程不仅有助于获取知识，也让枯燥且无新意的教科书重获新生。”

我想起在医学院学习时，必须完成局部解剖学的课程学习。说得直白一些，一个学习小组（通常5个人）需要一个学期的时间，将一具完整的人类尸体标本解剖完毕——从头到脚，从里到外，不能遗漏任何一个解剖结构，还必须熟知走行关系（器官间的相对位置关系）。可是，珍贵的解剖标本属于不可再生资源，有时只能对照图谱死记硬背。此时，如果能有一具3D打印的解剖标本，不但立马缓解资源紧张的局面，还能做到人手一具，学得又快又好。

3D打印的器官模型，已经出现在医院里。拿心脏为例吧，这台人体“发动机”是一个非常复杂的器官， 为帮助外科医生更好地了解疑难并发症患者的心脏解剖结构，美国国家儿童医学中心的儿科心脏病学家劳拉·奥利弗里近日打印出一个心脏模型。通过使用CT扫描患者心脏图像，利用一部价格约25万美元的3D打印机，她制造了一个真实复制患者疾病的心脏模型。

3D生物打印

3D生物打印机如何工作呢？它需要生物墨水，而最有可能成为墨水的便是人体细胞。首先，研究者将从人们的骨髓或脂肪中提取出干细胞，通过生物化学手段，使它们分化成不同类型的其他细胞。随后，这些细胞将被封存成“墨粉”，每一滴“墨粉”里可能包含1万到3万个细胞。当3D生物打印机开动时，“墨粉”将通过打印头聚拢在事先设计的部位上，打印器官的雏形便逐渐显现。

在开动3D生物打印机前，还必须完成器官的结构设计，这犹如一幢大楼的设计图纸。为了打印出与目标器官形状、大小及内部结构相近的3D器官，必须事先通过三维成像或超声的方法，对人体器官进行精确的测量。

当3D生物打印机工作时，每一滴“墨粉”出现在适当的部位后，必须通过特定的生物胶水固定。就像办公用的彩色打印机一样，3D生物打印机的“墨盒”里也会丰富多彩。尽管都是人体细胞，有的将特定用来打印肝脏或肾脏细胞，有的则是制造血管——用于连接打印好的肝脏或肾脏组织。

当3D打印器官初具模样时，“墨粉”和胶水的粘合还不够牢固，它不能被立刻使用，还需进一步的修饰过程。此时，这一被3D打印机创造的器官将被放入特定的培养箱里，在各类细胞生长因子的刺激下，实现组织结构和生理功能的完整，直至符合人体移植的要求。

器官移植新纪元

2011年TED大会上，美国维克森林大学的研究员安东尼·阿塔拉是一位重量级人物。他展示了3D打印肾脏的技术。

尽管这一研究非常初步，但他认为，“毫无疑问，有一天——也许通过一代人的努力，你可以拥有一个由你自身细胞组织制造的肾脏，这是不是很神奇？”

普林斯顿大学的研究者，最近则制造出一只耳朵。研究员迈克尔·麦卡尔首先利用3D打印技术打印出细胞与纳米粒子。然后，将它与一小卷天线和软骨组织结合起来，制造出了一只“仿生耳”。这只耳朵功能齐全，能听到超越人耳听觉范围一百万倍以上的电波频率。

3D打印，方兴未艾。大部分研究者只是在实验室里捣鼓这一技术，以能制造出特定器官或组织为荣。极少数研究者勇敢地向前一步。5月底，美国《新英格兰医学杂志》报道了全球首例3D打印器官人体移植手术，引发不少研究者与生物投资者关注。密歇根大学公共医疗中心通过3D打印技术，制造了一段人工气管，移植入一位只有六周的美国婴儿体内。

这位名叫Kaiba Gionfriddo的男婴患有先天性的气管发育缺陷。由于气管受到压迫，逐渐出现呼吸困难，等待他的很可能是呼吸停顿，最终缺氧死亡。为了挽救他的生命，该所大学的生物医学工程师大卫·措普夫，通过计算机设计了一条适合Kaiba的气管支架模型，随后将具有热塑性的生物可吸收材料作为墨水，最后打印出一百条细小管道。然后，通过电脑激光技术，堆砌出一层层不同形状和体积的塑料薄层，从而制造出一段人工气管。

改变人类医疗史

“再生医疗是一个飞速发展的科技领域，肩负着改写人类医疗史的重任。”这是美国 Organovo 公司网站的一句话。

我们更无法想象一百年后的医疗世界，最可能的是，3D生物打印也将成为一种普遍的医疗模式。通过3D打印技术制造器官，不但可解除移植器官资源紧缺的难题，也将对药物开发产生深远影响。