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生物制造產(chǎn)業(yè)：技術(shù)依賴與自主創(chuàng)新的博弈何去何從？

中投網(wǎng)2025-04-22 14:35 來源：中投顧問產(chǎn)業(yè)研究大腦

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在當(dāng)今全球科技日新月異的時代背景下，生物制造作為新興科技與產(chǎn)業(yè)變革的重要交匯點，正以前所未有的速度重塑著人類社會的生產(chǎn)生活方式。生物制造，這一融合了生物學(xué)、工程學(xué)、信息學(xué)等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的先進制造技術(shù)，不僅為醫(yī)療健康、食品農(nóng)業(yè)、材料科學(xué)、環(huán)境保護等多個領(lǐng)域帶來了革命性的突破，還為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、推動經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級提供了強大的動力源泉。

中投產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《生物制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書2025》旨在全面剖析生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展背景、現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與機遇，以及未來的發(fā)展趨勢與政策導(dǎo)向，為政府決策、企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃和社會各界提供參考與借鑒。通過深入解讀生物制造的核心價值與未來潛力，將為您呈現(xiàn)一個全面、客觀、深入的生物制造產(chǎn)業(yè)畫卷。

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在全球產(chǎn)業(yè)變革的大趨勢下，生物制造產(chǎn)業(yè)作為新興的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，正憑借其可持續(xù)、高效且綠色的特性，展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿�。不過，這一產(chǎn)業(yè)在發(fā)展進程中，也遭遇了諸多技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

一、復(fù)雜的生物體系理解難題

生物制造所依托的生物體系異常復(fù)雜，這給技術(shù)研發(fā)帶來了基礎(chǔ)性的難題。以微生物發(fā)酵生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品為例，微生物的生長、代謝過程受到溫度、pH 值、溶氧等多種環(huán)境因素的綜合影響，且不同微生物菌種之間的代謝調(diào)控機制差異極大。即便是研究較為深入的大腸桿菌，其內(nèi)部代謝網(wǎng)絡(luò)也宛如錯綜復(fù)雜的迷宮，包含了數(shù)千種代謝反應(yīng)和調(diào)控機制。要實現(xiàn)對微生物發(fā)酵過程的精準(zhǔn)控制，就需要深入了解這些復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)以及它們對外界環(huán)境變化的響應(yīng)機制。然而，目前我們對生物體系的認(rèn)知還存在諸多空白，這使得在實際生產(chǎn)中，往往難以精確預(yù)測和調(diào)控生物過程，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低下等問題。

二、技術(shù)轉(zhuǎn)化與放大困難

從實驗室研發(fā)到大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)轉(zhuǎn)化與放大，是生物制造產(chǎn)業(yè)面臨的又一嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在實驗室環(huán)境中，研究人員能夠精確控制各種條件，實現(xiàn)特定生物產(chǎn)品的小批量制備。但當(dāng)將這些技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)時，情況變得復(fù)雜得多。以生物反應(yīng)器為例，實驗室規(guī)模的生物反應(yīng)器體積通常較小，能夠較為容易地實現(xiàn)溫度、pH 值、溶氧等參數(shù)的精確控制。而工業(yè)規(guī)模的生物反應(yīng)器體積可達到數(shù)千立方米，在如此龐大的體系中，要確保各處的反應(yīng)條件均勻一致，難度呈指數(shù)級上升。例如，在大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)過程中，由于反應(yīng)器內(nèi)不同位置的物質(zhì)傳遞、熱量傳遞存在差異，容易導(dǎo)致局部環(huán)境偏離最佳反應(yīng)條件，進而影響微生物的生長和代謝，最終影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。此外，工業(yè)生產(chǎn)中的成本控制、設(shè)備維護等因素也會對技術(shù)轉(zhuǎn)化與放大產(chǎn)生重要影響，進一步增加了技術(shù)實現(xiàn)的難度。

三、生物制造過程的精準(zhǔn)控制技術(shù)缺乏

生物制造過程的精準(zhǔn)控制對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率至關(guān)重要，但目前相關(guān)精準(zhǔn)控制技術(shù)的缺乏成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。在生物制藥領(lǐng)域，蛋白質(zhì)藥物的生產(chǎn)過程需要嚴(yán)格控制蛋白質(zhì)的折疊、修飾等過程，以確保藥物的活性和安全性。然而，現(xiàn)有的監(jiān)測和控制手段難以實時、精準(zhǔn)地對這些微觀過程進行監(jiān)測和調(diào)控。例如，在蛋白質(zhì)折疊過程中，錯誤折疊的蛋白質(zhì)可能會形成聚集體，影響藥物的質(zhì)量和療效，但目前缺乏有效的在線監(jiān)測技術(shù)來及時發(fā)現(xiàn)和糾正這種情況。此外，生物制造過程中的參數(shù)眾多，如何建立有效的多參數(shù)協(xié)同控制模型，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的精準(zhǔn)調(diào)控，也是亟待解決的問題。

四、原材料與供應(yīng)鏈的技術(shù)依賴?yán)Ь?/strong>

生物制造產(chǎn)業(yè)對原材料的質(zhì)量和穩(wěn)定性要求極高，而目前在原材料供應(yīng)方面存在著嚴(yán)重的技術(shù)依賴問題。在生物制藥行業(yè)，許多關(guān)鍵的原材料，如細胞培養(yǎng)基中的某些特殊營養(yǎng)成分、單克隆抗體生產(chǎn)中的宿主細胞等，國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)和生產(chǎn)能力上相對薄弱，大多依賴進口。一旦國際供應(yīng)鏈出現(xiàn)波動，如貿(mào)易摩擦、疫情等不可抗力因素，就可能導(dǎo)致原材料供應(yīng)中斷，嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。同時，國外供應(yīng)商在技術(shù)上的壟斷也使得國內(nèi)企業(yè)在原材料采購上缺乏議價能力，增加了生產(chǎn)成本。此外，在原材料的質(zhì)量控制方面，由于缺乏自主研發(fā)的先進檢測技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)企業(yè)難以對進口原材料進行全面、精準(zhǔn)的質(zhì)量評估，進一步制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

五、數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)滯后

隨著生物制造過程中自動化設(shè)備和傳感器的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)，涵蓋了生物過程的各個環(huán)節(jié)。然而，目前生物制造產(chǎn)業(yè)的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)相對滯后，無法充分挖掘這些數(shù)據(jù)背后的價值。一方面，生物制造數(shù)據(jù)具有多源、異構(gòu)、高維等特點，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲和管理系統(tǒng)難以對其進行有效的整合和管理。例如，生產(chǎn)過程中的傳感器數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)等格式多樣，數(shù)據(jù)量巨大，如何將這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和高效檢索成為難題。另一方面，在數(shù)據(jù)分析方面，雖然機器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)在其他領(lǐng)域取得了顯著成效，但在生物制造領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段。由于生物制造過程的復(fù)雜性和特殊性，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析算法難以準(zhǔn)確建立數(shù)據(jù)與生物過程之間的關(guān)聯(lián)模型，無法實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的智能優(yōu)化和故障預(yù)測。

盡管生物制造產(chǎn)業(yè)前景廣闊，但要實現(xiàn)其快速、穩(wěn)健發(fā)展，就必須直面并全力攻克這些技術(shù)挑戰(zhàn)。只有通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)學(xué)研深度合作以及政策的大力支持，才有可能突破技術(shù)瓶頸，推動生物制造產(chǎn)業(yè)邁向新的高度，為經(jīng)濟發(fā)展和社會進步貢獻更大的力量。

 

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