生物化學工程
關注創建者：寒寒boy 創建時間：2017-12-22
生物化學工程的實例教程
只要能夠確定一種能夠進行所需的新的自然轉化的酶，就應該有可能指導它的進化，將低產、雜亂無章的酶的活性細化為強大而高效的生物催化。
在Breslow和Gellman最初對酶促氮賓轉移的研究近三十年后，工程酶現在可以進行高立體選擇性的C-H胺化反應，TTN值為數百至數千（圖1c）。仿生鐵卟啉催化劑和血紅蛋白之間的機制類比導致了這些蛋白質支持的其他非天然反應性的發現，如碳烯轉移，甚至沒有天然酶功能的血紅蛋白（例如球蛋白和細胞色素c）也被設計成具有生物碳烯轉移活性（圖2a）。通過這種方式發現的反應包括一些用化學催化方法沒有觀察到的反應，如從炔烴中形成雙環丁烷。
富有想象力的化學家現在已經開始發現，當一個蛋白質被提供給非天然反應物、外部刺激或其他生物成分時，可以支持其他混雜的活性。除了上面討論的血蛋白催化的碳化物和亞硝酸鹽轉移外，還有兩個明顯的例子說明了這種創造性的工作（圖2）。
圖2：具有新于自然的反應模式的生物反應的輔助因子適應性的代表例子。（圖片來源：nature synthesis）
通過定向進化，進一步改善酶的參數和性能，以及底物范圍是可能的。酶固有的機制多樣性與蛋白質工程相結合，為發現新的生物催化劑提供了巨大的潛力。
一些關于新于自然的生物催化轉化的報告突出了自然界、合成化學和蛋白質工程之間的這種合作努力的潛力，以克服長期的合成挑戰（圖3）。
圖3：New-to-nature的酶催化作用的部分例子。（圖片來源：nature synthesis）
4. 蛋白質設計：促進生物催化發展的另一面
與上面討論的化學方面的進展一道，蛋白質設計能力方面的進展也促進了新的生物化學的發現。
展開 碳納米管和石墨烯氣凝膠都可以通過化學氣相沉積和分散體系凝膠化的方法來進行制備，但是前驅體昂貴以及合成需要涉及復雜設備限制了這些氣凝膠的實際應用。因此，開發更簡單和經濟的途徑（例如利用碳水化合物、纖維素以及蛋白質等可再生資源為原料）來制備納米碳氣凝膠成為必然的發展趨勢。
【成果簡介】
中國科學技術大學俞書宏教授（通訊作者）在Angew. Chem. Int. Ed. 上發表了題為“Emerging Carbon Nanofiber Aerogels: Chemosynthesis versus Biosynthesis”的綜述文章，集中闡述了新興碳納米纖維氣凝膠的化學合成與生物合成方法。首先展示了如何通過化學合成和生物合成的方法來制備碳納米纖維（CNF）氣凝膠，然后討論了兩種制備CNF氣凝膠方法的合成特點，集中在結構和功能的多樣性以及CNF氣凝膠的物理化學性質和潛在應用。此外，作者還展示了基于可再生前驅體的CNF氣凝膠與CNT和石墨烯氣凝膠相比在諸多應用中具有競爭優勢。
【圖文導讀】
圖1 制備CNF氣凝膠的兩種策略示意圖：化學合成與生物合成
圖2 CNF氣凝膠的化學合成
(a) 合成過程的示意圖；
(b) 大尺寸整體濕凝膠的照片；
(c) 具有3D納米纖維網絡的HTC-CNF氣凝膠的SEM圖像；
(d) 各種直徑的HTC-CNF的SEM圖像；
(e) 在不同溫度下HTC-CNFs直徑與HTC反應時間的關系。
展開 生物反應工程：生物反應過程的產品包括，生物質，酶，初級和次級代謝產物，蛋白，這些可以廣泛用于制藥、食品，化學，農業或能源生產。反應器，胞外環境因素，包括反應器設計，操作條件和培養基形式，對細胞代謝都有重要影響。目前，生物反應器工程的目標是，探索反應器中細胞生理代謝機制，放大生物過程，滿足低成本生產。
中國生物反應器工程前沿
生物反應過程是一個活細胞的復雜的代謝過程。因此，反應器工程的核心是調控反應器中活細胞的生理狀態。調控也是優化和放大的關鍵。因此，鑒定反應器中細胞的生理和代謝參數，設計合適的生物反應器系統，是優化生物反應器工程的先決條件。
1. 中國科學家的突破
生物反應歷程中，反應器的控制條件會影響細胞微尺度代謝，也會影響宏觀尺度代謝。因此，為了提高反應器的性能，進行了微觀和宏觀尺度的代謝流分析。為了放大生物過程，細胞的生理代謝狀態必需要在實驗室規模反應器進行重現和優化。為了達到這個目的，必需進行大反應器的流體場特性的研究，來理解不同反應器設計和控制條件導致的差異。宏觀生理特性變化分析+流體場和細胞生理代謝特性，可以增強反應器放大過程。
下圖是研究者提出的一個生物反應器增效的技術路線。
上面的這些圖片都是基于生物反應器工程的多尺度理論。
2. 開發可以監測所有宏觀生理和代謝特征的參數的生物反應器
2003年，華東理工大學張嗣良教授和儲炬教授，設計了一款全參數監測反應器，含有一臺反應器，一臺電腦數據收集系統，設計圖如下所示。體積可以從幾十升到300噸。通常，實驗室研究使用的30L或50L的體積可以直接應用到300噸的工業發酵。
3. 海量數據過程軟件包的開發
生物反應器配備自動電腦數據采集系統，實現在線數據監測和采集過程參數。數據采集和電腦控制形成了一個完整的控制系統。
展開 在學會第四屆理事會第一次會議上，邊惠潔理事長對新一屆理事會的工作進行了部署，向積極參加科普活動的各單位頒發了“陜西省細胞生物學學會科普活動優秀獎”獎金和榮譽證書，并主持討論通過了成立學會第一個專業委員會的議題。崔洪勇副秘書長進行了中國細胞生物學學會2018年“諾貝爾獎解讀”活動的動員。
會議期間，中國細胞生物學學會細胞工程與轉基因生物分會召開了第三屆委員會第三次會議。分會會長、空軍軍醫大學邊惠潔教授向委員們匯報了近年來分會的工作和取得的成績，傳達了中國細胞生物學學會對分會工作的要求，向積極參加分會活動的各單位頒發了“科普活動優秀獎”獎金和榮譽證書。分會秘書長孔令敏副教授傳達了中國細胞生物學學會的科普工作精神和要求。
資料來源：中國細胞生物學學會官網，11月5日
展開 在生物樣品中對不同類型的細胞進行合理分類。
此外，對于傳統的微流體，諸如傳感或加熱線之類的元件，或在采樣流體中引起振動的壓電裝置，必須在后續的處理階段添加。現在它們可以完全集成到新的基于光纖的系統中的信道中。
簡短的描述
與多年來在材料科學與工程學教授、美國先進功能織物（AFFOA）協會主席約Yoel Fink的實驗室中開發的其他復合纖維系統一樣，這些纖維是由一個超大的聚合物圓柱體制成的，稱為預成型體。這些預成型體包含最終纖維所需的精確形狀和材料，但形式要大得多——這使得它們更容易在非常精確的配置中制造。然后，將預成型體加熱并加載到滴塔中被緩慢地拉過噴嘴，該噴嘴將預制件收縮成直徑為預制件直徑的四分之一的窄纖維，同時保持所有的內部形狀和安排。
在此過程中，被拉長的材料是原來長的1600倍，例如100毫米長(4英寸長)的預成型體變成160米長(約525英尺)的纖維，從而明顯克服了現有微流體裝置固有的長度限制。這對于某些應用來說可能是至關重要的，例如檢測存在于流體中濃度非常小的微觀物體——數百萬正常細胞中的少量癌細胞。
Voldman他是電氣工程學教授，專門研究生物微技術。他說：“有時候你需要加工很多材料，因為你所尋找的是稀有的。這使得這種新的基于纖維的微流控技術特別適合于這種用途，因為“纖維可以被拉得很長，讓液體有更多的時間留在通道內并與之相互作用。”
“雖然傳統的微流體裝置可以通過在小芯片上前后循環來延長通道，但由此產生的扭曲和迂回改變通道的輪廓并影響液體的流動方式。而在纖維制造的微流體系統中可以不改變通道形狀延長通道，允許液體不間斷的流動，”Yuan說。
該系統還能使諸如導線的電氣部件并入光纖中。這些是可以操縱細胞的例子，使用一種稱為介電泳的方法，其中不同細胞受到通道兩側兩根導電線之間產生的電場的不同影響。
展開 
生物化學工程的相關專題、標簽、搜索
生物化學工程的最新內容
《化學工程與裝備》征集稿件
●投稿信箱：sjtg001@126.com
【雜志簡介】
《化學工程與裝備》雜志于1972年創刊，是由中國科學技術部、國家新聞出版總署批準出版，由福建化學工業科學技術研究所和化工學會主辦，全國公開發行的化學化工類學術期刊。
國際標準刊號：ISSN 1003-0735，國內統一刊號：CN 35-1285/TQ
來自高麗大學融合能源工程系的李承宇教授和化學與生物醫學工程系的方俊河教授領導的研究團隊，通過采用AR/VR顯示器中的傅里葉光學表面（Optical Fourier Surface, OFS）技術，實現了光的高衍射效率。
增強現實和虛擬現實（AR/VR）顯示具有廣泛的應用前景，不僅限于建筑、教育、游戲和國防領域，還深入滲透到我們的日常生活中。
2024年化學材料、清潔能源與生物技術國際學術會議(ICCMCEB2024)
會議簡介
2024國際化學材料、清潔能源和生物技術大會（ICCMCEB2024）將在長沙隆重舉行。本次會議旨在匯聚來自世界各地的化學材料、清潔能源和生物技術領域的專家學者，共同探討行業前沿技術和發展趨勢。會議將涵蓋多個熱點話題，包括新材料的研究和應用、清潔能源技術的創新和推廣，以及生物技術在醫學和環境保護等領域的應用進展
The 7th International Conference on Biological Information and Biomedical Engineering (BIBE2024)
生物信息與生物醫學工程國際學術會議（BIBE2024）
http://www.icbibe.org/DefaultCn.aspx
2024年8月13-15日 / 中國呼和浩特
第七屆生物信息與生物醫學工程國際學術會議
譜尼生物醫藥致力于成為全球藥物開發一站式服務平臺，打造集藥物設計、藥物合成、工藝開發、藥物生產、藥物活性篩選、制劑研究、藥效學評價、藥代動力學評價、毒理學評價以及新藥注冊為一體的綜合技術平臺，為醫藥研發、生產及檢測提供專業優質的一站式服務。
研發團隊核心人員擁有超過20余年國際大型藥企、CRO研發經驗，在多手性中心藥物合成、多步驟藥物合成、緩控釋制劑技術、脂質體技術、納米制劑技術
組織工程為癌癥研究提供了創新工具。基于分子設計的生物材料的3D癌癥模型旨在利用腫瘤組織的維度以及生物力學和生化特性。然而，迄今為止，盡管細胞外基質在癌癥中起著關鍵作用，但只有少數3D癌癥模型建立在基于生物材料的基質上。避免這一關鍵設計特征的主要原因是難以重現腫瘤微環境的固有復雜性以及實用分析和驗證技術的可用性有限。在超分子化學、材料科學和腫瘤生物學界面上出現的最新進展正在產生新的方法來克服這些界限
【大會簡介】
ICBEB自2012年至今，吸引了來自20多個國家和地區的專家學者參會交流，共享生物醫學與生物技術領域的科研成果。會議與多本SCI期刊合作，累計出版1,000多篇原創研究。在各高校、研究所、醫院參會代表的支持下，成為出版社信任并長期支持的會議。
組委會誠摯地邀請相關領域的專家學者參加第12屆生物醫學工程與生物技術國際學術會議（ICBEB 2023），共同探討健康與生物醫學相關領域的論題
埼玉大學大學院理工學研究科的生物力學實驗室正在充分利用SCFLOW&SCRYU/Tetra?來研究醫學和生物主題。通過將工程領域的觀點帶入醫學領域，我們旨在解決醫學領域過去無法解決的問題。它還正在努力研究將具有生物機體功能的生產品的應用。
埼玉大學科學與工程研究生院機械科學系的生物力學實驗室是工程學院的一項獨特研究，研究基于機械工程的生物學相關的各種趨勢
特拉華大學化學與生物分子工程系工程學教授William H. Hartt IV博士表示：“我們正在將Ansys仿真納入我們化學與生物分子工程系的核心課程，通過可視化方式提升學習效果，演示如何在不給出解析解的情況下進行計算求解，并借此為未來的職業生涯培養仿真技能，從而改善學生的體驗。隨著仿真技術在當今工程行業中不斷普及，我們需要讓學生了解使用此類仿真工具解決工程問題的新方法。
