生物制造技術精選(九篇)

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第1篇：生物制造技術范文

【關鍵詞】 楊樹速生豐產林 造林及病害防治技術

目前楊樹速生豐產林發展很快，但要達到速生的目的，必須采用科學的栽培技術，滿足楊樹速生的條件。

1 造林技術

1.1 造林地的選擇

營造楊樹豐產林的關鍵在于適地適樹。楊樹對水肥條件要求較高，必須選擇地勢較平坦、土壤濕潤肥沃、排水良好、經過充分熟化的地下水位高的向陽砂質土壤，這樣才能達到速生豐產的目的。土壤干旱的造林地也能成活，但生長量差。非常瘠薄的山脊土壤和粘壤土楊樹生長不良，易遭病害。

1.2 造林密度

確定楊樹造林密度的爭議較大。依經營目的、立地條件、品種、混交方式、撫育管理和林木生長發育階段的不同而異。一般為4米*4米、4米*2米、3米*3米、3米*2米為宜。為了培育大徑材，可以稀植，為了培育小徑材或纖維材，密度可以加大。在肥沃的土壤上培育楊樹豐產林，應該稀植。

1.3 整地栽植

熟化的造林地采用穴狀現整現造方法，穴深40厘米，直徑60厘米以上。有條件的地方，為了幼樹成活和生長，穴內要灌透水。要選擇苗高1.8米以上，地徑1.2厘米以上的無病蟲害的優質壯苗造林。栽植時一定要頂漿造林，栽植前先將苗木根部培成直徑80厘米、高30厘米的土包。

1.4 幼林管理

（1）整枝摘芽：適度的整枝不僅可以提高木材品質，還可以提高林木的生長量。楊樹整枝一般選擇生長季節，因為它是萌芽力很強的樹種，如果在休眠期整枝，第二年春季就會在切口附近長出大量的萌枝，不利于樹木正常生長發育。楊樹可在7月進行弱度修枝，方法是修去樹高1/3以下的枝條和蘗條，保持冠高比2/3，修枝時要貼近樹干平切。摘芽在5月上旬和7-8月份時反復進行，要按“摘小、摘了”的原則，細心摘掉芽基，不要損傷樹干。

（2）撫育管理：一般撫育3年即可。當年7月上旬刀撫除草，第二、三年春季培土，夏季刀撫除草。楊樹幼苗受牛羊等牲畜危害后易發生病害和大量死亡，所以要加強對楊樹速生豐產林的管護，嚴防牲畜進入造林地。

2 楊樹速生豐產林有害生物防治技術

楊樹病蟲害較多，葉部害蟲主要有楊葉甲、楊扇舟蛾等。枝干害蟲主要有白楊透翅蛾、青楊天牛、楊干象甲等。病害主要有楊爛皮病。對楊樹病蟲害應以防為主，防治結合。從楊樹病害，楊樹蟲害，蛀干蟲害，食葉害蟲，地下害蟲，樹干注射等方面對楊樹林地土壤病害進行綜合防治。

2.1 楊葉銹病的防治

癥狀特點：楊葉銹病又名黃粉病，主要為害葉片，也為害葉柄、嫩梢和冬芽。初期害葉片上出現橙黃色粉狀斑點，黃粉（夏孢子）日益增多，成為再侵染的病原中心。夏孢子借風傳播，再侵染新葉。5、6月間最為嚴重，葉片病斑相連成片，常造成焦葉、落葉。冬芽受害后不能展葉或收縮加厚，向葉背卷縮。葉柄、嫩梢被害形成條狀病斑。雨季發病較輕，8～9月又進入第二次發病盛期。這時苗圃地極易感染此病。（1）25%粉銹寧可濕性粉劑1000～15000倍噴霧；（2）65%代森鋅500倍液；（3）敵誘鈉200倍液噴灑，每隔15天噴1次；（4）發病時噴灑1：1：125～170波爾多液1次，以后用0.3～0.5波美度石硫合劑防治。

2.2 蛀干類害蟲的防治

防治方法：幼林注意撫育除雜，保持林內通風透光，在幼蟲期用毒簽或用注射器將有機磷農藥500倍液注入蛀孔再用濕泥封住；在成蟲羽化期（7～8月）用40%樂果乳油1 000倍液噴施樹干殺滅成蟲；花絨堅甲和啄木鳥對天牛有抑制作用，應加以保護利用。

2.3 楊爛皮病的防治

楊爛皮病是弱寄生菌，樹木生長不良和發生日灼或凍害時易感染，因此對楊樹速生豐產林要加強養護，保持樹木生長旺盛，改善林分的衛生狀況，清除生長衰弱的植株及枝條，減少侵染來源。

2.4 楊樹黑斑病的防治

癥狀特點：病斑先出現在葉背面，后正面葉產生。初生針刺狀凹陷小點，兩天后變黑達1mm。5～6天后，病斑中央產生灰白色突起小點，后多數病斑匯合為多角斑或大圓斑，病重時全葉變黑枯死。一般5～7月靠雨水傳播發病，7～8月為發病盛期。高溫多雨、重茬地、苗木生長不良、低洼地和苗木過密濕度大的情況下，病害發生重。（1）每10～15天噴灑1：1：125～170波爾多液1次進行預防；（2）噴65%可濕性代森鋅、福美鐵250倍液；（3）噴25%多菌靈200倍液，雨季噴藥加0.3%的膠（或豆粉、豆汁等）增加粘著性，防沖刷；（4）噴托布津500～1000倍液防治。

2.5 楊樹潰瘍病的防治

5月中下旬感病植株的干部出現褐色圓形或橢圓形病斑，質地松軟，手壓有褐色臭水流出，有時出現水泡，內有略帶腥臭的黏液，5、6月水泡自行破裂，隨后病斑下陷呈深褐色。4月上中旬病斑上散生許多小黑點并突破表皮，當病斑包圍樹干時，樹上部枯死。

防治方法：適地適樹，避免長途運輸及假植時間過長；加強撫育管理，培育壯苗，提高抗病力，用石硫合劑、波爾多液噴樹干，用多菌靈防治亦可。

2.6 苗木要嚴格檢疫，杜絕有病蟲害苗木上山造林，在春秋兩季組織專人對幼林地檢查二、三次，發現蟲癭或病株剪下燒毀

2.7 發現病蟲害發生后及時采用藥劑防治，避免大面積蔓延

2.8 建立固定病蟲害觀測標準地，進行定期觀測和調查研究

參考文獻：

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第2篇：生物制造技術范文

摘 要：隨著國民經濟的不斷發展，各行業排放的工業廢水的量也與日俱增。其中，對水環境污染尤為嚴重當屬造紙工業了。統計顯示，我國現有的10000多家大中小型的造紙企業，就能到達40多億t的年廢水量，是全國廢水排放總量的十分之一。廢水對生態環境造成了一定的影響。該文綜合闡述了目前造紙廢水生物治理中好氧技術、厭氧-好氧組合處理技術以及厭氧技術的應用和進展；對國內外生物處理造紙廢水技術的研究進展進行了總結和分析，包括應用白腐真菌降解造紙廢水、生物酶技術和生物固定化技術。

關鍵詞：造紙廢水 好氧 厭氧 白腐真菌 生物酶 生物固定化

中圖分類號：X793 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）04（a）-0000-00

隨著國民經濟的不斷發展，各行業工業廢水的排放量也在逐漸增加。其中，造紙工業排放的廢水對水環境造成了嚴重的污染。統計數據顯示，我國10000多家的大中小型造紙企業，每年就會排出40多億t的污水，占到了全國廢水排放總量的十分之一[1]。2010年，造紙廢水CODCr排放95.2萬t約占輕工行業CODCr排放總量47%[2]，對生態環境造成難以想象的破壞后果。對此，對新型的有效治理造紙廢水污染的方法以及途徑進行探索和研究，是非常具有研究意義和現實意義的。

1 造紙廢水的來源和特點

其生產的各個環節都會產生廢水，但主要來自于中段水、紙機白水以及蒸煮液[3]。提取黑液后漿料在洗滌、篩選、漂白的過程中排出來的廢水，就是中段水，這種廢水成分復雜，且富含對環境危害較大的有機氯化物。紙機白水中主要有細小纖維、填料和膠料（松香等）。酸法制漿的紅液或堿法制漿的黑液叫蒸煮液，在整個造紙工業污染中占90%。堿法制漿是我國造紙業普遍采用的，其主要成分是纖維素、木質素、半纖維素、單糖、有機酸和碳水化合物的降解產物等。

2.造紙廢水生物處理技術

化學方法、物理方法、生物法、物化方法等，是目前國內外造紙污水處理的主要方法。近幾年，得到人們重視的膜分離、超臨界分離、磁分離、超聲波分離等物化處理法因比較昂貴，處理效率不高，應用比較有限。而操作方便、運行費用相對較低、沒有二次污染等優點的生物處理法，則越來越受重視。

2.1好氧處理技術

指借助于好氧或兼性厭氧微生物在有溶解氧的情況下來分解、吸收有機物，使之被氧化成簡單的無機物，污水得到凈化。當前，活性污泥法和生物膜法等好氧生物法是國內外用來處理造紙廢水的方法。

處理效果較好且成本低的活性污泥法既能去除部分色度，還能分解大量有機物質，易于管理是我國最常用的好氧處理方法。崔延瑞等[4]采用序批式活性污泥法處理堿法草漿造紙廢水，COD的去除率高達80%。張述林[5]等采用混凝與低氧―好氧兩段活性污泥法來處理某造紙廠COD為6230mg/L的綜合廢水，可達93.8%的COD去除率。

生物膜法是指微生物附著在介質表面上形成生物膜，且在不斷繁殖生長的同時，還能對污水中的有機污染物進行降解吸收，將其轉化為穩定的無機物和原生質，從而達到凈化污水的作用。此方法剩余污泥量少且不會產生污泥膨脹，占地少，運行管理方便。Chandler等[6]通過塑料填料，利用兩級生物膜反應器中試處理造紙廠廢水。結果顯示，水力有3h的停留時間，可減少93%的BOD5，出水BOD5達到7.83mg/L的平均濃度。張苗等[7]采用混凝沉淀協同好氧生物膜技術深度處理造紙廢水，結果顯示，效果最為顯著的就是以FeCl3為混凝劑的協同好氧生物膜技術，最高可達69.30%的色度去除率，比單獨的混凝沉淀高了3.72 %的去除率。

2.2厭氧處理技術

在專性與兼性厭氧菌的條件下，通過發酵和分解對有機物進行降解的處理技術稱為厭氧處理技術。與好氧處理技術相比，其污泥產量小、節省動力能耗、對營養物質需求不高，且能更好地降解某些難降解有機物。殷承啟等[8]采用上流式厭氧污泥床（ UASB）處理二次纖維造紙廢水。UASB 穩定運行時對COD的去除率可達90%以上，總硬度在50%以上以及硫酸根離子80% 以上。劉峰等[9]研究了預酸析―多孔高分子載體固定化微生物厭氧流化床（AFB）處理堿法草漿黑液的效能，結果證明，AFB對黑液進行直接處理時，發揮了其活性生物量濃度大、傳質能力強的特點，可有效地去除COD，色度亦有所下降。采用酸析預處理利用AFB的厭氧消化功能，可去除黑液中大部分難生化降解的高分子物質。

2.3 厭氧-好氧處理技術

造紙廢水因難降解有機物成分多、污染物濃度高、廢水流量和負荷波動大、有較差的可生化性能等，用好氧處理效果不好且能耗大。因此，利用厭氧-好氧組合處理工藝進行處理。首先，能使厭氧處理技術的優勢充分發揮，水解、酸化廢水中生化性很差的高分子物質，成為易于進行好氧處理的較小分子或分子結構。同時，也可對回流到厭氧池的好氧階段污泥進行較為徹底的厭氧消化，減少整個系統的污泥排放。該工藝結合了厭氧與好氧處理技術的優點，具有占地面積少、處理效果好、能耗低、節省藥劑以及運轉、管理方便等優點。

丁志芬[10]對某造紙廠應用厭氧-好氧組合技術處理廢水的情況進行了介紹，且和好氧工藝作了比較。結果證明，厭氧-氧工藝運行電費可降低50%，且運行穩定，其COD有機物85%都轉化為甲烷氣體了，剩余污泥量也減少了60%以上。李巡案等[11]分析了萬隆造紙廠廢水處理工程改建為厭氧-好氧工藝以及實行清潔生產后，污染物質排放總量明顯減少，水質可達到GB18918- 2002一級A標準，與原有的好氧生物處理工藝相比可節省動力約55%。

3 生物處理造紙廢水技術的研究進展

3.1 應用白腐真菌對造紙廢水進行降解

造紙工業排放黑液COD和色度形成主要是因為木質素，其異質多晶三維多聚體結構是由甲氧基取代的對-羥基肉桂酸聚合而成，分子間的醚鍵、C-C鍵很穩定，是當前公認的微生物難降解芳香化合物之一[12]。目前，國內大部分工廠處理造紙廢水采用傳統生物法應用的微生物主要以細菌為主，并不能有效去除造紙廢水中的木素衍生物以及漂白過程中產生的氯酚類物質，這便成為造紙廢水達標排放的主要障礙。

白腐真菌是目前所發現的對木質素及其衍生物降解最有效的微生物。多數白腐真菌屬于擔子菌綱，少數為子囊菌綱。其中，黃飽原毛平革菌（Phanerochaete Chrysosporium）是已被廣泛研究的典型白腐真菌。

3.1.1 白腐真菌的降解機制及優勢

白腐菌降解木質素通常分兩步進行[13]：第一，菌體利用菌絲吸附木質素；第二，白腐菌分泌出的酶催化氧化木質素等污染物，主要分為細胞內和細胞外兩過程，整個降解系統在主要營養物質（ 碳、氮、硫） 限制條件下才得以啟動形成[14～16]。錳過氧化物酶（ Mnp）、漆酶（La）、木質素過氧化物酶（ Lip） 均合成于細胞內，通過分泌到細胞外對污染物進行降解。前兩者均須以H2O2為底物，漆酶以氧氣作電子受體催化形成醌及自由基。故降解污染物時，白腐菌需借助H2O2激活，由酶觸發啟動自由基鏈反應，產生具有超常的氧化能力的細胞外?OH，對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優點是其他生物系統尤其是細菌沒有的[14]：（1）特定污染物不需要預條件化：處理系統以細菌為主的，誘導合成所需的降解酶須預先置于一定有效濃度的污染物。白腐真菌降解酶的誘導與降解底物的有無多少無關。（2）動力學優勢：細菌對化學物的降解多為酶促轉化，遵循米氏動力學。初始氧化反應的酶經白腐真菌催化啟動對底物沒有真正意義上的Km值，對氧化產物的形成有利。（3）產生氧化能力極強的?OH （4）有毒污染物不必進入細胞內代謝而在其細胞外即可有效降解。可忍受高濃度有毒污染物的同時，避免有毒污染物對細胞的毒害。（5）非專一性降解的特性：能降解大量結構不同的化學物質。（6）對營養物的要求低。

3.1.2 白腐菌在造紙廢水中的應用

從上述可知白腐真菌在治理造紙廢水方面有極大的研究價值。吳涓等[17]比較了幾株白腐真菌在造紙黑液廢水中的掛膜生長狀況及其對黑液廢水的處理效果。黃孢原毛平革菌、側耳菌和S22菌都可以在較強堿性的廢水中生長掛膜，且對木質素有顯著的降解作用，有很強的適應廢水的能力。李雪芝等[18]用8株不同的白腐菌對造紙廢水進行處理，選出的白腐菌L02處理效果是最好的。該菌株可直接應用于造紙廢水的處理，大幅度降低廢水CODCr含量（降低84%以上）、廢水的色度（降低93%以上）以及廢水的pH值。路忻[19]采用序列間歇式活性污泥法（SBR）法利用白腐菌共代謝理論分析及處理試驗研究含木質素的造紙廢水。結果表明，相同進水COD濃度和水力停留時間，與單純好氧生物處理相比，共代謝作用下好氧處理的COD去除率要高得多，有約30%的提高率。

3.2 生物酶技術

白腐菌降解木質素，是通過其分泌的酶的作用來實現。相較于錳過氧化物酶、木質素過氧化酶，在白腐菌木質素降解酶系統中，漆酶的實際應用價值更大一些。首先，木質素過氧化物酶和錳過氧化物酶產生的條件是限碳和氮的。而漆酶可在碳和/或氮存在條件下由菌體分泌[20]。其次，木質素過氧化物酶和錳過氧化物酶只在系統存在H2O2時，才可降解有機污染物，這在現實情況下很難實現的。最后，重要的還在于漆酶具有780 mV氧化還原電位，在不存在H2O2和其它次級代謝產物時，有機污染物的氧化也能夠被催化。所以，在環境保護和生物技術方面，漆酶的應用潛力是非常巨大的。

據林鹿等人[21]研究通過漆酶進行去除桉木硫酸鹽漿CEH漂白廢水時發現，它可以把廢水中有毒物質去除掉40%以上。造紙廢液中有機氯化物用漆酶處理，具有高效能的催化作用，反應條件溫和，對反應設備和反應條件要求也不高。謝益民等[22]采用雜色云芝發酵產生的漆酶液深度處理造紙廠二沉池出水，結果表明，經催化氧化作用，漆酶及其介體體系可氧化聚合廢水中的大部分殘余木素。在最佳實驗處理條件下，木素、CODCr和色度的去除率分別達到82. 0%、76. 9% 和84. 9%。同時，紙漿生物漂白上的研究熱點也包括漆酶。通過酶法漂白紙漿，脫氯效果更好[23]，相對于傳統的氯氣漂白法所產生的有毒的氯酚類化合物而言，其避免了對環境的污染。

3.3 生物固定化技術

微生物固定化技術是通過化學或物理的方法，把游離酶或細胞限定在一定的空間區域內，使其能反復利用且保持活性，利于除去高濃度有機物或某些難降解物質。Messner等[24]利用生物滴濾器原理而開發的MYCOPOR反應器，在多孔的載體填料上把白腐菌固定好，廢水由從頂部到載體的這個過程就能夠得到凈化了。處理6～12h，87%、80%和40%的色度、AOX和COD可去除。李朝霞等[25]采用一種新型海藻酸鈉/殼聚糖/活性炭生物微膠囊固定化白腐菌和懸浮態白腐菌，在不同接種量下降解造紙廢水。結果顯示，白腐菌在不同的兩種狀態下均能對造紙廢水進行降解，不過在代謝穩定性和降解木質素能力等方面，固定化白腐菌比懸浮態白腐菌明顯要強。劉帥等[26] 用固定漆酶和游離漆酶對造紙廢水進行深度處理。通過對廢水處理的效果對比，固定漆酶的優點在于達到最佳效果的反應時間短， 酶的穩定性高， 溫度耐受性強，pH適應性顯著增強。

4 結語

作為一種處理難、成分復雜的工業廢水，通過傳統的處理技術造紙廢水已很難滿足如今的排放要求。因此，要實現極大減少造紙廢水的排放或者實現零排放，需大力發展微生物處理技術。使微生物與處理技術相結合，為造紙業的綠色發展鋪平道路。

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第3篇：生物制造技術范文

【關鍵詞】造林技術；有害生物；防治措施

1、楊樹造林技術措施

（1）造林地的選擇。造林地的好壞對楊樹能不能高產至關重要，它是集約栽培成功的關鍵。如果造林地立地質量不夠標準，即使增加投入也不易改造好，不能保證高產。因此在造林地的選擇時，應對土壤的厚度、質地、肥力、結構及地下水位等進行詳細的調查。

楊樹豐產林地應具備土壤可溶鹽含量不低于0.1%～0.2%，地下水位約1.5～3m的條件。像在沖積物上形成的黃潮土就是比較適宜的土壤類型。

楊樹屬喜濕樹種，不適合在坡地和丘陵上種植。河灘上的砂潮土須經深翻整地肥積灌溉才能滿足豐產栽培的需要。潮竭土、褐土和潮棕壤的地下水位深，需要有灌溉條件才適用。土壤的有效士層應在lm以上。最佳的土壤質地為砂壤一輕砂壤，砂土機質含量最好l%～1.5%以上。我國多數楊樹造林地有機質含量低于此標準，肥力較低，應該采取農林間作、迫肥和掩埋落葉等措施來彌補。

楊樹根系對氧的需要量較高，如果土壤通透性不好則會導致根系呼吸缺氧，對楊樹的生長造成危害。楊樹最適土壤容重不小于1.35南方是多雨地區（如長江中下游），因此在選造林地時應要注意地下水位，地下水位過高可能減少土壤有效土層厚度，長期淹沒根系。如果地下水位高于lm則立地需經排水才可選用。排水可以大幅度提高木材產量。長江中下游、江漢平原和洞庭湖區是80年代新發展的楊樹產區，這里劃給楊樹造林的土地，大多是沿江沿湖由于洪水淹沒而不適于農業用的泛濫地。有些楊樹能耐水淹，如美洲黑楊。這種楊樹在水連續淹沒20多天對生長幾乎沒有影響，洪水淹沒40多天，則有較大影響。在這些地區，洪水淹沒可能成為楊樹生長的限制因子，因此，在選擇造林地時要注意土地的高程和洪水淹沒期的長短，不選洪水淹沒期在40天以上的立地造楊樹林。

（2）楊樹造林方法。楊樹的造林方法多種多樣，但普遍采用的都是單一的常規造林方法，這種方法并不能滿足不同條件下的造林，影響造林成活率，降低了楊樹林高產的效果。楊樹造林的成敗，成活率的高低，主要取決于楊樹苗木地上和地下部分的水分平衡，即干、枝、葉的水分消耗與苗根吸水保持平衡。因此在選擇適宜的造林方法時應根據立地、當時的旱情和土壤濕度以及苗木的水分狀況進行選擇。①常規造林。種楊樹―般提倡“三大―深”，即采用大株行距、大穴和大苗，并要深栽。植樹穴的規格80～100cm×80～l00cm×70～80cm，深栽70～80cm是為了苗木有更長的干部能轉化為根，增加根量，吸收深層濕潤土壤中的水分，提高抗旱力和成活率。②插條造林。插條造林具有節省苗木，成活率高等優點。因此一般在缺少苗木，土壤濕度較高，氣候又比較干旱的地方使用此法。插條截自1～2年生苗木，插條長50～80cm，粗3cm以上。栽植深度―般以50～80cm深為好，具體深度還決定于當地條件而定。插條上端與地面子，或高出地面3～5cm，以利于發芽。留根育苗與插條造林結合，可形成完整的育苗和造林系列技術。③平茬造林（截干茼深栽）。所謂平茬造林法就是在根系和莖下部分水不多前及時平茬或強度截干。這種方法要注意平茬時機，如果錯過平茬時機的話，會導致苗木不能保活或長不良。此法在旱情嚴重、常規造林把握不大時，或常規造林后苗木地上部分忍耐不了干旱和風沙，開始由上而下干枯時可采用，且秋春兩季均可造林，苗木全埋在土中能保持水分平衡，成活率高。其缺點是，苗木由零點開始生長，起點低。④插十深栽（截根苗深栽）。楊樹截根深裁造林技術是利用楊樹苗于發不定根能力強和苗木浸入地下水的基部直接吸收水分的特點，此法的成活率高、生長量大、苗木抗旱力強。比較適合沿河灘地和階地。挖大穴時，可在穴底挖，或用鐵釬打孔至地下水，插入截根苗。用鋼釬打孔時，可先挖，倒入少量水，打孔時可濕潤孔壁，使土變軟，并防止砂土下塌，減少摩擦，可以提高工效。

（3）造林季節。在中原地區，秋季造林，效果較好。因為中原地區冬季不很寒冷和不干旱，所以秋栽的苗木能夠在漫長的秋冬季緩慢地生根和形成愈傷組織，等到第二年春長葉子前已經形成了大量的根，對成活和生長十分有利。秋季造林宜早，初霜之后苗木葉開始發黃和脫落時即可帶葉秋栽，宜用木質化好的壯苗深栽至80cm―100cm，栽后及早春應澆水。在楊樹豐產林營造中留根育苗和截根苗深栽系列技術常因缺乏壯苗木用弱苗造林，導致楊樹的成活率和生長量降低，成為一個長期沒有解決的令人困擾的問題。

2、有害生物的防治

楊樹林的有害生物管理，《根據林業有害生物綜合治理（IPM）理論》貫徹“預防為主、綜合治理”方針。

（1）干部的防治。在楊樹干部林業有害生物中對其質量影響較大的主要是檢疫害蟲，嚴重時能夠導致楊樹風折、枯梢、甚至枯死。即使在危險性有害生物的治理工作中，采用全部種群（TPM）理論，但目前對楊樹檢疫害蟲還做不到徹底消滅某種有害生物。

在干部林業有害生物的防治工作中，要抓住害蟲為害流淌樹液或排出木削期，在為害處用藥泥堵洞、注射殺蟲劑或者在成蟲期懸掛性誘劑等方法進行防治。當然主要還應該在林業造林時防止帶有檢疫對象的苗木造林，而且必須在造林地早發現、早治療，以避免擴散蔓延。

（2）葉部的防治。葉部林業有害生物往往是造成干部有害生物入侵的前期因子。因為葉部林業有害生物會造成樹葉被吃光或提早落葉，影響了樹木的光合作用，降低了樹木的生長，如連續發生幾年就能造成林木大量死亡。

葉部林業有害生物的防治應該做到早發現、早治療，抓住害蟲的薄弱環節，如在地面地被物下越冬的幼蟲上樹期前，在干部涂化學藥劑等，這樣既省工，又節約（避免春季勞力相爭），成本低、效果亦好，而且減少了環境的污染。

第4篇：生物制造技術范文

在智能家居系統中，將無線網絡技術應用于家庭網絡已成為勢不可擋的趨勢。這不僅僅是因為無線網絡可以提供更大的靈活性、流動性，省去花在綜合布線上的費用和精力，而且更因為它符合家庭網絡的通訊特點。隨著無線網絡技術的進一步發展，必將大大促進家庭網絡智能化的進程。

本文介紹的智能家居控制系統采用ARM嵌入式系統設計，利用ZigBee通訊模塊構建智能家居無線網絡系統，跟各個子控制模塊進行通訊。系統通過藍牙接口與手機或PC連接，使用手機作為用戶操控終端。當前手機的功能相當強大，大多數手機已經內置Java虛擬機，利用Java開發工具設計功能非常強大管理軟件，與傳統的鍵盤加液晶屏的人機界面相比，操作更靈活、方便。系統通過藍牙接口，搜索用戶手機，判斷用戶是否在本地，而自動進行布防和設防以及切換到GPRS網絡，進行遠程監控，防止用戶忘記布防而令監控系統失去作用。

智能家居控制系統設計

系統功能

本文介紹的家居系統具備以下功能：

家用設備的數據采集：采集家用設備包括室內溫度、燈具家電、防盜門等設備的狀態數據，經控制器處理后反饋給用戶。

本地控制：用戶通過人機界面，對家用設備進行監控。

遠程控制：遠程用戶可以通過發送手機短信或通過互聯網對家庭系統進行控制和查詢。

自動報警：當控制器檢測到非法闖入或溫度超高等報警信號時，及時觸發室內報警裝置，并通過發送報警短信等方式及時通知用戶。

門禁系統：手機內置藍牙模塊都具有全球唯一識別碼，利用它識別用戶身份。用戶再不需記密碼，或帶其他的IC卡。

家電控制：接收用戶命令，通過紅外發射電路控制電視、空調等紅外可控的家電設備。

其它燈具等開關量控制：接收用戶命令控制燈具等開關量設備。

系統總體結構

本控制系統分兩部分：主控制器，各控制終端。系統框圖如下圖所示：

主控制器相當于家庭網關，由GPRS、藍牙、ZigBee通訊模塊構成。負責接收各控制終端的數據，經處理后傳給用戶手機，同時接收用戶手機發出的指令，經解析后分發到各個控制終端。

主控制器的硬件設計

主控制器的CPU采用NXP微控制器LPC2378，它使用了一個高性能的32位ARM7內核，可以在高達72MHz的頻率下操作。LPC2378含有高達512KB的片內Flash和58KB的片內SRAM存儲器，而且有4個16C550UART(1個帶有I rDA)、3個i2c總線接口、3個SPl／SSP接口和1個i2s接口。多個串行通信接口增強了設計的靈活性，提供了更大的緩沖區，并且具有更高的處理能力。

GPRS通信模塊采用西門子公司的無線數據傳輸模塊MC35i，支持數據、短信、語音和傳真業務。MC35i是新一代GSM／GPRS雙模模塊，完全兼容上一代的MC35、TC35i；采用緊湊型設計，為用戶提供了簡單、內嵌式的無線GPRS連接。MC35i的GPRS永久在線功能提供了最快的數據傳輸速率。 br>

ZigBee無線網絡通信模塊采用赫利訊的IP_Linkl 270模塊。ZigBee(1EEE802.15.4)技術是最近發展起來的一種近距離、低功耗、低數據率、低成本的雙向短距離無線通信技術，被業界認為是最能應用在工控場合的無線方式。

藍牙模塊采用Ericsson公司的ROK 101 007門，該藍牙模塊集成度高、功耗小，完全兼容藍牙協議V1.1，可嵌入任何需要藍牙功能的設備中。該模塊包括基帶控制器、無線收發器、閃存等部件，可提供高AHCl(主機控制接口)層的功能。此外，該模塊還提供有USB、UART和PCM接口，因而能方便地與主機(host)進行通信，另外，該模塊還同時支持藍牙語音和數據傳輸，且其輸出功率能滿足藍牙2級操作的要求。

主控制器的嵌入式軟件設計

家庭智能主控制器軟件是對遠程和本地通訊協議的解析執行及實時控制整個系統有序工作。主要部分包括對各個控制終端的數據采集，經處理分析后，提供給用戶查詢。并且實時監測各模塊的報警信息，實施聯動控制。軟件通過藍牙接口，定時搜索用戶手機，判斷用戶是否在本地，而自動進行布防和設防已及切換到GPRS網絡，以便及時通知用戶系統信息。

基于手機的控制終端軟件設計

目前基于Android和ios的智能手機具有很高的市場占有率，所以手機非常適合作為家居系統的控制終端。本軟件采用SUN公司提供的通用的開發包J2ME WireIess TOOlKit2.2。主要部分包括要是顯示系統的各種信息，包括溫度數據、各電器、照明設備的使用狀態、各種報警信息。設置系統各種參數，如定時開關電器、防盜報警的設防和撤防、消防報警聯動。發指令控制各種電器、照明設備。

控制終端設計

第5篇：生物制造技術范文

關鍵詞：制造企業；生產與定價策略；排污許可；隨機需求；價格敏感度

中圖分類號：F273文獻標識碼：A文章編號：10035192（2014）01006104doi：10.11847/fj.33.1.61

1引言

環境是一種稀缺公共資源的思想已經得到共識。對使用了環境資源的制造企業，需要對其排放污染物的行為加以約束和限制，如對其排放污染物的行為收取費用使其外部性的環境成本內部化，以達到治理污染的目的。在實踐中，排污許可就是環保部門根據排污者的申請，依法審查其實際排污量后，準予其排放一定量污染物的權力，也稱為排污權[1]。隨著排污總量削減的必然趨勢，排污指標成為制造企業新一輪的資源爭奪重點。作為制造企業，考慮排污許可下的生產和定價策略具有重要的意義；作為制定排污權交易政策的政府部門，需要考慮制造企業的生產管理決策，以便在排污指標配給和排污權單位價格制定方面做出調整來引導排污制造企業的決策行為。排污權交易分為三種類型，即排污者之間的交易，政府與排污者之間的限額交易，以及排污者內部的交易[1]，本文研究的排污許可屬于政府與排污者之間的限額交易。

排污權交易所涉及的污染物種類很多，為方便討論，本文對污染物的種類未作區分。關于排污許可對企業決策影響的研究，Dobos[2]基于動態ArrowKarlin模型，對比實施排污權交易前后企業成本發生的變化，得到了排污權交易下企業的最優產量，表明排污權交易會對企業生產決策產生影響。Liao等[3]應用影子價格研究了排污許可與企業產品決策的關系，表明短期排污許可會對企業的產品組合和配置產生影響。Letmathe和Balakrishnan[4]應用最優化模型，同時考慮排放權限額、排放稅、交易補貼等約束條件，得到了企業存在最優的生產量和產品結構。Du等[5]從供應鏈的角度探討了存在排污權交易時供應商與零售商的決策行為。上述關于排污許可對企業決策影響的研究，主要集中在企業生產決策方面，并且大都考慮的是確定性需求。

生產/訂貨和定價聯合決策是生產運營管理研究的一個熱點。Petruzzi等[6]應用報童模型考慮了隨機需求下企業應用訂貨和定價的聯合決策來達到期望利潤的最大化。Vipul等[7]考慮風險因素，在不確定需求下，應用報童模型得到最優的采購訂貨量和最優的價格決策，以達到企業最大期望效用。Teng等[8]考慮需求為價格和庫存的函數，研究了制造者的生產和定價策略。慕銀平[9]考慮隨機需求和固定生產成本下的兩產品企業產量與定價聯合決策問題，得到在單周期下，隨機變量的分布函數滿足一定條件時，企業存在唯一的最優產量和價格。然而，上述研究沒有考慮排污權約束的影響。本文研究解決隨機需求下考慮排污許可約束的制造企業生產與定價策略。

2問題描述與假設

從命題1可以看出：對于制造企業而言，在排污許可約束下，其最大期望利潤隨排污權單位價格的增加而減少，且最優生產量和最優定價都與排污權單位價格有關；如果排污限額嚴格，當排污權價格使制造企業的最大期望利潤小于或等于零時，制造企業只能選擇放棄生產。對于政策制定者而言，政府可以通過調節排污權價格影響制造企業的產量和價格，以促進制造企業的減排行為；而排污許可是進行有效排污權價格調節的前提條件。

4需求價格敏感度的影響分析

排污許可約束下，關于產品的需求價格敏感度b對制造企業生產、定價及期望利潤的影響，可以得到命題2。

從命題2可以看出：在不同的產品需求價格敏感度和排污限額取值范圍段，需求價格敏感度對制造企業最優生產量、最優定價和最大期望利潤的影響不同。對制造企業而言，在排污許可約束下進行生產和定價決策時，需要充分考慮企業允許的排污限額以及產品的需求價格敏感度；并根據排污限額和需求價格敏感度來調高或降低定價，增加或降低生產量以獲得最大期望利潤。對于政策制定者而言，制造企業允許的排污限額以及產品的需求價格敏感度是所處市場以及產品生產特性的具體體現。政府對生產高需求價格敏感度產品的制造企業（通常處于完全競爭市場），可以通過調高排污權價格的方式來使該類企業節能減排；對生產低需求價格敏感度產品的制造企業（通常處于壟斷競爭市場），應該采取嚴格控制排污量來使該類企業節能減排。

5結論與展望

本文考慮市場需求隨機的情況，研究了排污許可下排污制造企業的最優生產決策和定價決策；在此基礎上研究了產品需求價格敏感度對排污制造企業最優生產量、最優價格和最大期望利潤的影響。研究得到了以下有意義的結論：（1）排污許可下排污制造企業的最優生產量和最優定價存在并且唯一，最優生產量和最優定價與排污權單位價格相關，最大期望利潤是排污權單位價格的減函數；（2）在不同的產品需求價格敏感度和排污限額取值范圍段，需求價格敏感度對制造企業最優生產量、最優定價和最大期望利潤的影響不同。

本文沒有考慮排污權可以在企業間進行交易的情況，下一步研究可以考慮排污權在企業間自由交易時排污制造企業的管理決策。

參考文獻：

[1]沈滿洪，錢水苗，馮元群，等.排污權交易機制研究[M].北京：中國環境科學出版社，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：生物制造技術范文

計算機輔助生物制造，也稱為快速原型法、分層制造或自由形態固體制造，是一門新技術，包括三維可累加的逐層制造技術，結合添加劑材料的選擇，可制造出具有生物特性的結構，這種技術充分運用了計算機輔助設計系統。計算機輔助生物制造誕生于20世紀后期，由幾個研究組獨立研究發展而來，包括三維系統公司、Stratsys公司、MIT和德州大學Austin分校。在計算機輔助生物制造中，計算機輔助設計的表面被轉化為一系列的多邊形逼近（稱為鑲嵌技術）并且切分成一系列的橫截面。計算機輔助生物制造分為直接型和間接型兩種。直接型方法包括固態、液態和粉末狀的輔助添加材料；間接型方法包括用計算機處理可用于計算機生物制造的模型或模具，例如計算機輔助生物制造方法可以用于創建用于熔模鑄造、砂型鑄造或注塑成型的結構。間接型方法與直接型方法相比，優勢在于在結構最終成型之前可以節省具有某些化學的、腐蝕性的、生物的和機械的特性的材料，因為這些材料并不需要在計算機輔助生物制造中出現。本書旨在闡述最近由計算機輔助生物制造技術所制造的大量醫療設備所投入的技術，包括病人特制義肢，微型結構醫療設備，人造組織等。計算機輔助生物制造在未來10年將在醫療護理方面發揮更大的作用，它將主導著生物和醫療設備的結構設計制造。

本書內容共有14章：1.計算機輔助生物制造：導論；2.多尺度骨頭診斷的計算機系統：二維微觀尺度的有限元分析系統；3.基于淀粉的分層纖維支架結構在骨組織工程中的應用；4.快速原型法制作三維支架的細菌和應用白念珠菌粘附技術制造骨頭更替材料；5.生物黏合劑的噴墨式打印技術；6.羥基磷灰石造骨細胞復合的激光細微加工；7.雙光子聚會物與陶瓷混合材料在皮膚滲透型藥物研制中的應用；8.生物陶瓷藥物釋放體在三維粉末印刷期間的生物活性的同時穩定性；9.選擇性激光熔化工藝制造鈦椎間融合器的拓撲結構優化和機械進化過程；10.CT攝像機監控電流刺激切除神經的退化肌肉的生長情況和由電流刺激誘導的組織結構改變及其立體平版的三維建模；11.燒蝕鼻子腫瘤手術后利用計算機輔助設計（CAD）-計算機輔助制造（CAM）技術構造臨時假鼻體：一個試驗案例的報道；12.個人預制的重構上顎骨假體；13.快速原型法教學模型在胎兒畸形研究中的應用；14.骨架材料通過CT掃描的非入侵性考古和三維結構重建。

本書適合計算機生物輔助設計、生物醫療設備設計、醫療護理等領域相關研究人員閱讀。

陳濤，

博士生

（中國傳媒大學理學院）

第7篇：生物制造技術范文

人類對最新的科學技術總是賦予了無限想象。當3D打印概念席卷整個市場時，人們開始將3D打印與生物醫療結合起來，于是3D生物打印（3D-Bioprinting）便應運而生。以信息化為前奏，以打印成型技術為基礎的3D生物打印技術，正在被越來越廣泛地應用于修復和替代再生損傷組織和器官的治療過程中。同時作為目前實現再生醫學最具應用前景的新技術之一，3D生物打印也在向著從非生命假體向簡單生命體和復雜生命結構體的發展。

如今，3D生物打印的發展已經超越了醫學或者生物學單一領域，向著由醫學、工程、生物和臨床以及倫理和法律有機融合在一起綜合領域邁進。在未來，3D生物打印必將對人類的未來產生深遠的影響，但也面臨著很多發展的挑戰。但無論如何，3D生物打印正在重塑整個醫療行業，且日益接近我們的現實世界。

3D打印技術在醫學領域得到廣泛應用

三年前，3D打印因為被英國《經濟學人》雜志認為是“第三次工業革命的重要標志”而被廣泛關注。這場技術革新帶來的沖擊是巨大的，特別是對于中國這樣一個亟需面臨制造業升級的國家。由于3D打印涵蓋了產品生命周期前端的“快速原型”、全生產周期的“快速制造”、大規模的個性化生產能力等諸多特點，特別是可以與互聯網和新材料、新能源相結合，所以3D打印被認為可能會帶給中國制造業的重大變革。

也正是在最近的三年里，3D打印中的一系列技術已經在中國開花落地，并開始服務于生產實踐。諸如光固化、金屬熔敷、陶瓷成形、激光燒結、金屬燒結等3D打印裝備和材料也越來越多地見諸于媒體報道中，例如我國在打印玩具、手機部件、飛機機翼、武器零部件等，3D打印的應用已經越來越普及。

但是3D打印還有一塊重要的領域可能被大家忽視，而這塊領域已經在默默地發展了十幾年，那就是3D生物打印，即將生物打印技術服務于醫學或生物學的教學、科研和治療事業中。

比如在骨科修復領域，我國科研工作者已經取得了不錯的科研和臨床應用效果。通過計算機圖像和CAD/CAM技術，我國已經利用三維打印技術研制出新型人工髖、肩、膝、踝關節、骨盆和四肢長骨假體，并在很多醫院已經成功用于臨床，且已經形成了產業化。上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院、北醫三院、西安的西京醫院等很多醫院都可以進行個性化醫療植入物的設計、生產和植入。目前在人工關節置換、個體化接骨鈑、個體化骨盆修復、肩胛骨、鎖骨修復、牙齒修復等臨床手術中，3D打印技術得到廣泛應用。不過在以上介紹的3D打印過程中，并不涉及到細胞的打印應用，主要是通過3D打印金屬粉末冶金技術來制作以鈦合金材料為基礎的個性化骨科內植入物。

例如華南理工大學通過3D打印技術開發的個性化舌側正畸托槽，主要是針對在矯正牙形過程中，傳統的托槽粘在牙齒的外側會影響美觀等不足而研發。其特點是可置放在牙齒的內側，且根據每個人的每一顆牙齒的實際情況進行定制。目前，個性化舌側正畸托槽已獲得廣東省醫療器械產品注冊證，并已在國內外開展了臨床應用。

另外，3D打印技術還可以用來制作器官或組織的3D模型，可直接應用于醫學教學、臨床手術前的術前指導及科研。借助于這些3D模型，器官或組織內部構造的細節可以逼真地顯示出來，且可以使復雜的人體組織更為直觀明了。在術前指導中，通過3D打印可清晰直觀地顯示患者的疾病狀況，在比如復雜骨折與畸形的分布，這樣3D打印所模型可提供比醫學影像資料更加詳細的解剖學信息，實現了由二維到三維、由平面到立體、虛擬到現實的轉變。醫生可直接在此模型上進行手術設計及模擬，以確保手術的成功，為臨床疾病的診斷及治療提供了精確化、個性化的新型思路和方法。

不過，這些還不是真正意義上的生物打印。無論是打印骨科的植入物，還是打印人體的模型一，這些還只是通過傳統的增材制造技術，通過塑料、樹脂和鈦合金金屬等材料形成無生命的假體或模型。

科學意義上的3D生物打印則是以打印細胞為分水嶺，也就是“以3D打印為手段，以加工細胞等活性材料為內容，以重建人體組織和器官為目標”。只有真正的3D生物打印，才是塑醫療行業的重要力量。

3D生物打印是真正的醫學革命

目前全球3D生物打印技術尚處于起步階段，如果以打印細胞為分水嶺來看，對于顱骨、牙齒或制造器官或組織的3D模型還只能看做是3D生物打印的“前夜”，原因很簡單，雖然這些打印技術也被視為生物醫學材料領域的重要一環，但是打印出的產品還是非生命假體，而且大多數打印過程僅僅涉及到一種金屬或者塑膠材質，所以其對生命醫學發展的支撐十分有限。

真正意義上的3D生物打印是向簡單生命體和復雜生命結構體方向發展的。采用的打印材料更是超出了傳統3D打印的取材空間，比如活細胞、干細胞、水凝膠、可被人體組織吸收的高分子材料等。

不過，應用活細胞進行生物打印，完全不同于傳統的三維打印，甚至可以說完全是另外一個領域。

因為打印的材料既然涉及到活的細胞，就需要精確控制細胞的成活率、細胞生長的支架材料、細胞的氧氣、水分、營養等微環境，以及后期如何通過血管化來維持組織的生長和代謝。這樣一來，需要同時打印的材料就達到幾種乃至十幾種，打印過程中的精密控制更加復雜，且更不用說分化程度更高，更加復雜的組織。

也正因為如此，3D生物打印才成為醫學領域發力的一個焦點，而這個焦點，在我國集中的體現就是國家對3D生物打印的重視。比如在2014年末，“第四屆國際增材制造與生物制造會議（ICAM-BM2014）”在北京召開，來自11個國家和地區的180余名與會代表參加了此次會議。內容涵蓋細胞三維打印、組織工程支架三維打印、金屬增材制造以及增材制造技術中數據處理、建模仿真和創新應用等。

此外，4月份在上海召開的“2015醫用新材料與3D打印論壇”以“交叉前沿新時代”為主題。論壇上來自諸多高效、研究所和醫院的3D生物打印研究人員就醫用新材料和3D打印相關領域的新方法、新發現，以及進一步發展的重點，特別是成果轉化等進行交流和研討，場面十分火爆。第三屆世界3D打印技術產業大會將于2015年6月3至6日在成都舉行，大會議題之一將重點圍繞生物3D打印的技術路線、商業模式、材料、應用，及如何構建3D生物打印生態鏈等議題展開深入討論。

這場潛在的醫學革命，可以說目前正在生物學和醫學以及信息科學領域醞釀著一場風暴，因為3D生物打印的未來應用將滿足人類醫學發展過程中最大的一塊短板，即器官移植和個性化治療的需要。

如今，醫療領域的體內植入輔助假體的巨大市場是有目共睹的，但其特點和缺陷都非常明顯，及屬于非活性體，受到人體的排斥反應強烈。這些大多以機械結構（例如骨板骨釘、人工關節、血管支架等）或機電系統（例如人工眼、人工耳蝸、人工心臟等）或高分子材料系統（人工食管、人工膽管、人工腸、人工膀胱）所構建的人體器官，因其諸多不足也正成為生物材料、生物力學、組織工程學、電子學（包括計算機）特別是微電子學以及臨床醫學相結合的多學科攻堅的重點。人們多么希望在未來能夠植入和應用以細胞及組織所構建的“器官”，來修復人體因傷害或發病所需要的天然器官組織的功能。據衛生部門統計，僅僅在我國，每年等待器官移植的患者就超過150萬人，這其中只有1萬人能夠做上手術，而其余超過99%的患者需要繼續等待器官源。而世衛組織統計稱，全世界需器官移植手術的病人與所捐獻的人體器官的數量比為20比1。顯然，這是一個世界性難題。從國家層面來說，更需要去系統破解這些難題，從根本上給生命的拯救創造更多機會。

顯然，在未來，在醫學倫理的制約下，也只有3D生物打印才能破解以上難題。

3D生物打印有望重塑醫療行業

作為一項前沿制造技術，“3D生物打印” 的發展空間巨大。比如通過生物打印技術制造出與真正組織和器官的外形一致，滿足外形結構和力學性能的需求，以及具有滿足細胞與組織生長所需要的內部微結構且滿足生命體生長的生物循環系統的需要的組織或器官產品，人類的諸多醫學難題將被突破，已經提及一百多年的個性化治療、人體器官的個性化定制難題以及使用模式動物的藥物測試方式將被徹底改寫，也正因為如此，我們才可以說為何3D生物打印有望重塑醫療行業。

全世界每天共有18個人因為找不到合適的器官移植而導致死亡。目前由于器官來源嚴重短缺，我國的器官移植事業也走到了一個關鍵的十字路口。面對每年150萬的巨大缺口。通過3D生物打印的個性化制造能力與病體需求的差異性充分結合，配合傳統的CT、ECT技術，可以在人工假體、人工組織器官的制造方面產生巨大的推動效應。

另外在藥物測試中，目前測試藥物其中一大部分工作是在模式動物，如豬、牛、小白鼠、兔子的身上完成的，如果未來以生物3D打印的模式器官來代替試驗，不僅有利于縮短臨床藥物研發周期，節省上億美元研發費用，還將避免潛在的人體試驗損害。所以3D打印出的器官不僅能夠幫助新藥更快的實現試驗，以替代臨床試驗，縮短新藥上市周期。

而在科研領域，細胞打印的產品包括組織和器官兩類，細胞準確定位和培養之后，形成的結構具備生物特性。可以作為很好的醫學研究工具。通過3D技術將三維立體圖象打印出實物，成為研究者手中直觀的模型，從而幫助科研工作者不斷地進行設計上的優化、結構上的優化，加速生物工程醫療領域中醫療設備、儀器、甚至是儀表的設計。

所以在未來， 3D生物打印技術將對生物醫藥行業帶來重大的改變，如同互聯網信息技術改變現如今人們的生活一樣。

據美國食品與藥品管理局預測，人體器官和功能組織替代物將在未來10年占據生物醫學工程產業的50%。

也正因為如此，目前世界各國都在積極制定以3D生物打印技術為基礎的，針對以人體組織與器官制造領域的中長期研究計劃。如美國《2020年制造技術的挑戰》將生物制造技術列為11個主要發展方向之一；日本機械學會技術路線圖將微觀生物力學對促進承載支持組織再生確定為10個研究方向之一，其預測“2020年及以后，適合許多大型組織和器官再生的刺激條件得到明確”，藉此體現機械工程對再生醫學治療的貢獻；中國機械工程學科發展戰略報告（2011―2020）也明確將生物與仿生制造列為未來主要發展方向之一。

“再生醫療是一個飛速發展的科技領域，肩負著改寫人類醫療史的重任。”這是美國Organovo公司網站的一句話。我們更無法想象一百年后的醫療世界，最可能的是，3D生物打印也將成為一種普遍的醫療模式。通過3D打印技術制造器官，不但可解除移植器官資源緊缺的難題，也將對藥物開發產生深遠影響。

未來市場前景極為廣闊

利用3D生物打印技術，目前研究人員已經成功打印出了包括人耳，骨骼以及心臟等器官，并且在局部領域取得了臨床試驗上的成功。雖然目前并未推廣開來，但前景卻極為廣闊。

據3D生物打印領域的專家戴∪衷菏拷檣埽目前醫療行業3D打印技術的應用主要有以下幾方面：一是無需留在體內的醫療器械，包括醫療模型、診療器械、康復輔具、假肢、助聽器、齒科、手術導板等；二是個性化永久植入物，使用鈦合金、鈷鉻鉬合金、生物陶瓷和高分子聚合物等材料通過3D打印骨骼、軟骨、關節、牙齒等產品，通過手術植入人體；三是3D生物打印，即使用含細胞和生長因子的生物墨水，結合其他材料層層打印出產品，經體外和體內培育，形成有生理功能的組織結構。這項技術成功后，有望解決全球面臨的移植組織或器官不足的難題。

在目前，生物3D打印在藥物篩選、手術導板、假肢假體等多領域的盈利模式已經形成。3D打印頂尖咨詢機構Wohlers的一項報告顯示，2019年3D打印市場規模將達到60億美元，其中在醫療方面的應用市場份額占15.1%，位居第三位。LuxResearch的分析師預測，3D打印技術在醫療行業將迅速采用，預測2025年該市場達到19億美元，折合人民幣超百億。業界認為，3D打印在醫療行業甚至整個生命學領域都有廣泛的應用前景。

面對巨大的市場，目前國外已有不少公司推出了高級生物打印設備，以適應目前日益強大的科研需求。如最為強大的瑞士RegenHU公司推出的BIOFACTORY系列打印機，最大可以擴展到8只打印頭，支持五種打印方式，可讓打印的組織賦予更多功能，可以構建更為復雜的組織，最小擠出量為20pl，精度更高。2015年Nature雜志專門刊發RegenHU BIOFACTORY的應用文章，介紹其在構建體外血液-空氣組織屏障方面的應用

德國的ENVISIONTEC公司推出的3D-Bioplotter，采用熔融擠出沉積工藝，可以成形多種生物材料。但尚不能進行細胞的直接堆積成形。美國的MicroFab公司針對生物醫學和組織工程應用，推出jetLab系統，可以作為生物材料成形的開發平臺，進行組織工程支架的三維打印成形研究。

但是在中國，目前僅有兩家公司在制造并提供3D生物打印機。其中一家是杭州捷諾飛生物技術有限公司，另外一家是青島尤尼科技有限公司。目前青島尤尼在國家863前沿生物技術重大專項的支持下，已經研制出用于臨床人體組織缺損修復，可打印多種生物支架材料及細胞的高精度3D打印系統的生物打印機，目前正在進行產業化過程中。

此外，3D生物打印市場的動作頻頻，也顯示出研究單位對該領域的重視。

2015年4月，國家食品藥品監督管理總局授予注冊證的廣州邁普再生醫學科技有限公司研發的第一代人工硬腦膜產品――“睿膜”成功上市，這是中國第一個在植入器械領域成功實現產業化的生物3D打印產品。

四川英諾生物擬投資建立 3D 生物打印產業化基地，目前英諾生物已與四川大學華西醫院就項目研發合作事宜簽署了《戰略合作框架協議》。

湖南首家 3D 生物打印臨床應用研究所在湘雅醫學院成立，據悉該研究所致力于突破增材制造（即3D打印）在臨床醫療應用中的核心與關鍵技術，推動3D打印技術在臨床醫療、醫學教育、醫用生物材料開發等領域的應用。

發展面臨多重挑戰

3D生物打印是一個數字化、智能化、全自動化制造系統的綜合工程，3D生物打印要想取得成功也絕非易事。

根據公開的資料顯示，目前3D生物打印機能夠非常成功的生產出簡單的組織結構，但目前打印最厚的組織也僅僅達到20多層細胞。如以厚度為標準衡量，其僅為幾百微米，相當于人類少許的頭發。另外，一些團隊使用高級的3D生物打印機生產出來的一些更大組織，但其自身力度很差，甚至連自身的磨損都不能承受。此外，怎樣使這些被生產出的組織得到存活是科學界關注的話題，比如組織中構建血管和神經通路就屬于3D生物打印的核心問題。

此外，3D生物打印需要自動控制及加工制造的軟件控制系統，以及高精度、高速度、高效率的硬件。目前在產品價格方面，國外3D生物打印機設備和材料的價格也居高不下。據悉，用于制造器官模型的3D生物打印機售價在120萬至400萬人民幣之間，與通過激光燒結的3D打印機設備價格相當，所以目前還主要是一些有條件的醫院和機構在承擔相關研究，這也成為3D生物打印發展的障礙之一。

即使是已經進入臨床應用的骨科產品，也面臨著一系列地審批難題。西安交通大學機械工程學院特聘教授李滌塵和北醫三院的劉忠軍是將3D打印骨科產品進行臨床應用的先行者，但是他們均表示，如何迅速拿到產品審批是個問題。由于目前我國3D打印在醫學中的應用相對較嚴謹，目前還沒有一個法律法規來規范。導致了3D打印的器官需要國家醫療器械制度和法律的審批，而這個過程非常復雜，而且風險較高。所以即使李滌塵2004年就成立了公司，到現在也沒拿到產品許可證。由于3D打印的產品非常個性化，已經超過現有的產品監管運作模式，所以不可能每個打印產品都去檢驗。這種風險如何化解以及面對滿足這種新的消費需求和商業形態，都需要國家有關部門作出非常具體的研究和回應。

所以綜合來看，目前即使政策上如鼓勵使用并推廣這項新技術，同時嚴控質量加強行業管理和規范，鼓勵創新和臨床轉化。但涉及3D生物打印的規定仍舊需要重新制定，特別是生物醫療產品的生物相容性和知識產權在內的諸多問題也急需解決。

第8篇：生物制造技術范文

[關鍵詞]生物產業 生物經濟 三次產業 融合

一、生物經濟與三次產業融合

1. 生物經濟的涵義

生物經濟是指建立在生命科學和生物技術研發與應用基礎之上,對生物資源進行合理配置及利用,以生產生物技術產品或提供服務,從而滿足人類對健康、農業生產、食品加工、可再生資源或環保等方面需求,并形成具有相應規模的生物產業的經濟,它是一個與農業經濟、工業經濟、信息經濟相對應的新的經濟形態。這里需要特別強調,只有當生物產業達到相應規模,成為推動社會經濟增長的主導或支柱產業時,世界將真正步入生物經濟成熟階段。

2. 三次產業的劃分

在世界經濟發展史上,人類經濟活動的發展有三個階段:第一階段即初級階段,人類的主要活動是農業和畜牧業;第二階段開始于英國工業革命,以機器大工業的迅速發展為標志,紡織、鋼鐵及機器等制造業迅速崛起和發展;第三階段開始于20世紀初,大量的資本和勞動力流入非物質生產部門。新西蘭經濟學家費歇爾將處于第一階段的產業稱為第一產業,處于第二階段的產業稱為第二產業,處于第三階段的產業稱為第三產業。

我國的三次產業劃分是:第一產業:農業(包括種植業、林業、牧業、副業和漁業);第二產業:工業(包括采掘工業、制造業、自來水、電力、蒸汽、熱水、煤氣)和建筑業。第三產業:除第一、第二產業以外的其他各業。

3. 產業融合

產業融合是指不同產業或同一產業內的不同行業在技術創新與放松管制的基礎上相互交叉、相互滲透,逐漸融合為一體,形成新產業形態的動態發展過程。主要包括高新技術產業對傳統產業的滲透融合、產業間的延伸融合與產業內部的重組融合三種方式,通過這三種方式,各產業間的邊界特征開始逐漸模糊或消失,新產品、新服務乃至新產業不斷產生。

二、發達國家生物經濟發展的三次產業融合模式考察

經過我們初步的研究考察,發現發達國家有強大生命力和競爭力的大型生物技術公司都有一個共同規律,即在發展初期就高度重視生物產業中的農業、工業與現代服務業的兼容性。

諾華公司(Novartis)是世界上最著名的生命科學公司之一,最初由瑞士巴塞爾負責化學和制藥業務的兩家公司于1996年合并而成,業務領域涉及工業與農業。1998年12月開始,總裁兼CEO丹尼爾•瓦塞拉領導諾華公司在制藥和作物防病及種子業務上,采取以產易股、重組、合并和收購等方式,匯集競爭需要的混合資產,和世界上其它幾家大的生命科學公司展開全面競爭,取得了領先地位。

諾華作為生物產業的領導者,1982年率先展示了首個“轉基因”植物,引發了世界抗蟲和耐受殺蟲劑轉基因植物及制種的研究熱潮。1995年,孟山都公司(Monsanto)推出了第一個商品化的轉基因產品,諾華緊隨其后,1996年推出了自己的轉基因植物和種子,證實了自己在生物產業的頂尖地位。諾華公司認為,生命科學創造的大部分價值來自不同產業領域的聯合,例如制藥、營養品和種子等。要獲取更大收益,就要在不同的產業領域之間進行廣泛融合交叉。諾華的生物學家提出,隨著生命科學的進展和基因組計劃的實現,會出現3種類型的轉基因產品,第一種類型為提高相關抗性的轉基因植物及種子,如抗寒、抗旱、抗鹽堿及抗病等;第二種類型為增加特定商品性的轉基因植物及種子,如高蛋白、高油脂含量;第三種類型為植物生物反應器,即將植物作為制造化合物的工廠,使用由陽光提供能源并且不會釋放污染物的基因工程植物來取代消耗能源并產生污染的工廠。瓦塞拉認為,生命科學不僅具有改變種子生物學屬性和植物保護產業的潛力,而且還具有改變制藥和營養產業,模糊食物和藥物之間界限的潛力,使人們能夠制造出對健康有明顯益處的‘功能性’食品。

“在眾多的高新技術中,現代生物技術產業是典型的創新驅動型產業,現代生物科技發展日新月異,創新速度加快,產業化周期縮短;生物技術創新與產業發展互動,推動產業升級和新興產業崛起”。生物產業具有典型的高技術產業特征,科研開發實力直接決定了企業的生存和發展,因此,生物產業的一、二產業紛紛成立自己的研發中心,加大技術研發的投入,使生物技術產業的一、二產業和三產業融為一體的發展趨勢日益成為普遍的現實。

隨著研發費用的巨額投入和研發成本的飛速增長,全球生物技術外包研發服務公司(CRO)蓬勃發展,世界很多大的生物企業紛紛將自己的研發業務轉移,轉向企業外部更加專業化的公司提供的資源生產和專門服務。企業由專業化的角度出發,將一些原來屬于企業內部的部門轉移出去變為獨立經營單位,或者直接取消由原來企業內部提供的資源或生產服務。特別是這次世界金融危機的暴發,為了降低成本,發達國家加快了生物產業合同研發、合同生產等外包服務的步伐。當今世界,制造業和服務業的融合已從原來的只互為包含某些制造和服務環節的最初形態,發展成為制造和服務業渾然一體階段,一批融合了二、三產業的生產業開始成為發達國家的支柱產業。

“目前,全球從事生物技術特別是生物制藥的特殊專業外包生產機構(CMO)大約有70―80家,排名前20名的廠家約占市場份額的60%,其中大部分是從事微生物發酵、哺乳類動物細胞陪養、基因轉化及制劑外包的特殊專業外包公司,像Lonza.DSM .Catalytics .Laportate等都是承接有關生物技術生產外包的大型跨國公司”。

跨國公司在競爭的壓力下,紛紛將很多研發業務委托給專業的外包研發服務公司,達到縮短研發周期,增強產品競爭力的目的,全球生物技術外包研發服務公司(CRO)發展迅速,研發外包業務逐年增加,CRO的市場增速高于CMO。據Frost & Sullivan的研究資料,“全球制藥產業技術外包服務市場規模,2001年達到98億美元,2005年達到163億美元,2001―2005年復合增長率約13.7%。據Frost & Sullivan的最新數據,2005年全球研發外包市場約為187億美元。

三、我國發展生物經濟三次產業融合模式的現狀與啟示

2007年4月,國務院辦公廳轉發了“生物產業發展‘十一五’規劃”,首次將生物產業作為國民經濟戰略性產業進行重點部署,提出了重點發展生物醫藥、生物農業、生物能源、生物制造、生物環保、生物服務等新興生物領域,把生物產業培育成為高技術領域的支柱產業和國民經濟的主導產業。

目前,我們國家的生物技術公司大都是單一經營,很少有同時經營生物醫藥和生物農業業務的公司,企業規模相對較小。隨著生物技術的發展,醫藥、保健品、食品特別是功能性食品的界限趨于模糊,在以人類健康為基礎的產業中,生物農業和生物醫藥甚至以植物為原料的生物能源、生物質材料形成密不可分的大的產業鏈。諾華等國際航母級公司在生物醫藥和生物農業業務上交叉融合,共同發展,以獲取更大效益的發展模式值得我國學習借鑒。如果我國的大學、科研機構,特別是目前大量存在的單一生物醫藥、生物種子、生物飼料、生物農藥、生物肥料等公司認識到國際大的生命科學公司的產業綜合交叉發展生物產業經驗,一定會使我國的生物產業走上良性發展道路。

隨著生物產業的快速發展,全球的生物制藥研發外包有加快發展之勢,跨國公司這方面的業務也加快向我國轉移,特別是向我國有良好外部發展環境和有技術創新能力的國家生物產業基地轉移,成為風險投資的熱點地區和熱點行業。如我國北京、上海的生物產業基地生物醫藥外包業務快速增長,據統計,2004年上海浦東新區生物醫藥外包服務業務實現產值2.2億,到2007年,生物醫藥研發外包企業從29家增加到53家,前三個季度實現產值就達7.5億。在北京國家生物產業基地,中國生物技術外包服務聯盟(AIIiance of Biotech Outsourcing China, ABO)整合了包況北京諾賽基因組研究中心有限公司、北京華大基因研究中心以及國家藥物安全評測中心在內的16家生物科技外包服務商,提供從新藥研發、臨床研究、臨床試驗到登記和簽約生產的“一站式合作研究服務”,2007年生物醫藥研究外包服務的收入達到4000萬美元,與2006年比幾乎翻了一番。上海藥明康德公司在紐約證交易所成功上市,并被評為“紐約交易所首次公開募股最佳表現五強”之一;上海國家生物產業基地的研發外包公司睿智化學和開拓者化學,受到美國資本運營公司得克薩斯太平洋集團(Texas Pacific Group, 簡稱TPG)青睞。這些發展成果,反映了我國的醫藥研發外包服務業在國際生物醫藥分工中的地位正在逐步提高。

另外,生物經濟的第三產業還體現在遺傳服務業上,它不是以追求高新技術為目的,而是把基因組學研究所提供的數據和技術轉變為在社會的各個層面中的應用。生物產業中的遺傳服務業,是一個新興產業,“經典的‘遺傳服務’是指人類疾病的遺傳檢測和遺傳篩選,而生物經濟的‘第三產業’,遺傳服務已從醫學領域走向社會的各個方面,如國家安全、社會安全、知識產權保護以至社會關愛,為社會發展與生活質量提高而提出的各種需要提供的各種各樣的專業”。

遺傳服務產業是以海量的基因組數據為主要支撐,所以這個產業具有牢固的發展基礎。因此它將帶動其它產業的發展,促進生物經濟的第一、二、三產業的融合。可以通過帶動與遺傳服務相關的制造業發展,我國的遺傳服務起步不晚,所以常用的國產化儀器及其它很多輔助用品、常用試劑等都可滿足需要,對于自動化和科技創新有很好的基礎。同時,市場的擴大和產業的發展又進一步促進了科學研究。

發展遺傳服務產業應該注意的問題:(1)產業政策,遺傳服務與其它產業比有很多獨有的新特點,并涉及社會、經濟眾多部門。確定對該產業的支持政策特別重要。遺傳服務一般是以民間的獨立的企業為主,特別是它關系到國家和社會的安全,因此,需要國家層面的管理,如對實驗室及從業人員和對所有服務項目與產品要進行嚴格的資格審查,嚴格審批制度。對于關鍵的試劑應該有標準和“批檢”制度。同時,還要大力扶持國產設備、試劑的開發使用。對價格問題,要從市場角度,平衡公益事業和企業行為。對重要的保密問題要通過立法保護。(2)生命倫理問題,對中國簽署的國際文件與規范必須遵守。建立參與人員的知情同意和知情選擇制度,對遺傳數據保密和保護。有關部門要建立倫理委員會(IBC),討論審批有關項目,并向律師咨詢,既要開展民眾的討論,又要在決策時果斷。(3)加強生命科學的教育和知識普及工作,民眾對科學家和專業人士的了解和信任是遺傳服務產業發展的基礎。通過民眾通俗易懂的語言,普及生命科學知識,既要開拓服務空間,又不能誘導不必要的檢測需求。要加大公益性消費引導力度,規范商業性消費引導行為。

參考文獻:

[1] R.H.海伊斯等,生物制藥業,中國人民大學出版社,2003年6月版:120

第9篇：生物制造技術范文

對醫療界而言，這更像是一個前所未有的造物新紀元，它預示著一場醫學新革命或將來臨。從仿真醫療模型、生物醫療器械，到更具個性化的移植組織或氣管、更具潛力的生物高分子材料，都將聚攏于3D打印麾下。

更真實的教學

3D打印在醫學界的最直接應用，便是各式各樣的器官或組織3D模型構建。這使得原本枯燥且抽象的醫學知識，變得具體而細微。更為立體的醫學模型，將使醫學生的學習變得輕松一些。6月4日，英國《每日郵報》刊登了一組酷似科幻大片的3D圖片，令人著實大開眼界。

這些照片通過新穎且極具創意的方式，將人體內部構造通過真實豐富的細節展示出來。這些具有3D效果的圖片，正是3D打印技術的前奏。來自美國康涅狄格州的XVIVO工作室（）的動畫師將人體內耳、骨髓、腸道免疫系統放大許多倍，隨后利用電子顯微圖像等技術，再現分子狀態下的人體快照圖。XVIVO工作室的邁克爾·阿斯特拉罕說，“美學上鼓舞人心的藝術，才能真正地打動人。這一意義深刻、令人振奮的旅程不僅有助于獲取知識，也讓枯燥且無新意的教科書重獲新生。”

我想起在醫學院學習時，必須完成局部解剖學的課程學習。說得直白一些，一個學習小組（通常5個人）需要一個學期的時間，將一具完整的人類尸體標本解剖完畢——從頭到腳，從里到外，不能遺漏任何一個解剖結構，還必須熟知走行關系（器官間的相對位置關系）。可是，珍貴的解剖標本屬于不可再生資源，有時只能對照圖譜死記硬背。此時，如果能有一具3D打印的解剖標本，不但立馬緩解資源緊張的局面，還能做到人手一具，學得又快又好。

3D打印的器官模型，已經出現在醫院里。拿心臟為例吧，這臺人體“發動機”是一個非常復雜的器官， 為幫助外科醫生更好地了解疑難并發癥患者的心臟解剖結構，美國國家兒童醫學中心的兒科心臟病學家勞拉·奧利弗里近日打印出一個心臟模型。通過使用CT掃描患者心臟圖像，利用一部價格約25萬美元的3D打印機，她制造了一個真實復制患者疾病的心臟模型。

3D生物打印

3D生物打印機如何工作呢？它需要生物墨水，而最有可能成為墨水的便是人體細胞。首先，研究者將從人們的骨髓或脂肪中提取出干細胞，通過生物化學手段，使它們分化成不同類型的其他細胞。隨后，這些細胞將被封存成“墨粉”，每一滴“墨粉”里可能包含1萬到3萬個細胞。當3D生物打印機開動時，“墨粉”將通過打印頭聚攏在事先設計的部位上，打印器官的雛形便逐漸顯現。

在開動3D生物打印機前，還必須完成器官的結構設計，這猶如一幢大樓的設計圖紙。為了打印出與目標器官形狀、大小及內部結構相近的3D器官，必須事先通過三維成像或超聲的方法，對人體器官進行精確的測量。

當3D生物打印機工作時，每一滴“墨粉”出現在適當的部位后，必須通過特定的生物膠水固定。就像辦公用的彩色打印機一樣，3D生物打印機的“墨盒”里也會豐富多彩。盡管都是人體細胞，有的將特定用來打印肝臟或腎臟細胞，有的則是制造血管——用于連接打印好的肝臟或腎臟組織。

當3D打印器官初具模樣時，“墨粉”和膠水的粘合還不夠牢固，它不能被立刻使用，還需進一步的修飾過程。此時，這一被3D打印機創造的器官將被放入特定的培養箱里，在各類細胞生長因子的刺激下，實現組織結構和生理功能的完整，直至符合人體移植的要求。

器官移植新紀元

2011年TED大會上，美國維克森林大學的研究員安東尼·阿塔拉是一位重量級人物。他展示了3D打印腎臟的技術。

盡管這一研究非常初步，但他認為，“毫無疑問，有一天——也許通過一代人的努力，你可以擁有一個由你自身細胞組織制造的腎臟，這是不是很神奇？”

普林斯頓大學的研究者，最近則制造出一只耳朵。研究員邁克爾·麥卡爾首先利用3D打印技術打印出細胞與納米粒子。然后，將它與一小卷天線和軟骨組織結合起來，制造出了一只“仿生耳”。這只耳朵功能齊全，能聽到超越人耳聽覺范圍一百萬倍以上的電波頻率。

3D打印，方興未艾。大部分研究者只是在實驗室里搗鼓這一技術，以能制造出特定器官或組織為榮。極少數研究者勇敢地向前一步。5月底，美國《新英格蘭醫學雜志》報道了全球首例3D打印器官人體移植手術，引發不少研究者與生物投資者關注。密歇根大學公共醫療中心通過3D打印技術，制造了一段人工氣管，移植入一位只有六周的美國嬰兒體內。

這位名叫Kaiba Gionfriddo的男嬰患有先天性的氣管發育缺陷。由于氣管受到壓迫，逐漸出現呼吸困難，等待他的很可能是呼吸停頓，最終缺氧死亡。為了挽救他的生命，該所大學的生物醫學工程師大衛·措普夫，通過計算機設計了一條適合Kaiba的氣管支架模型，隨后將具有熱塑性的生物可吸收材料作為墨水，最后打印出一百條細小管道。然后，通過電腦激光技術，堆砌出一層層不同形狀和體積的塑料薄層，從而制造出一段人工氣管。

改變人類醫療史

“再生醫療是一個飛速發展的科技領域，肩負著改寫人類醫療史的重任。”這是美國 Organovo 公司網站的一句話。

我們更無法想象一百年后的醫療世界，最可能的是，3D生物打印也將成為一種普遍的醫療模式。通過3D打印技術制造器官，不但可解除移植器官資源緊缺的難題，也將對藥物開發產生深遠影響。