合成生物学要从量产中来,到市场中去

近年来,除了底层赋能技术和应用科学平台加速发展,生物合成产业还获得政策、资金等各方面的支持从而到达发展奇点,迅速从实验室走向产业化,广泛应用在材料生产、医疗健康、绿色能源、日化美妆、食品消费等领域。
当下,合成生物学正处于从技术积累阶段迈向了产业化的初期阶段,业界公认的两大行业难点:第一个难题是如何站在商业视角选品;第二个难题是将实验室能够生产的少量物质转移到工厂进行规模化量产。合成生物的商业化和产业化落地是一个系统性的问题,要将技术、设备、工艺、规划和市场等要素统筹考虑,是造成合成生物学产业化过程中出现很多被卡脖子节点的主要原因,全球合成生物学企业能够实现量产的寥寥无几。

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1. 产业化难题

生产规模放大是合成生物学产品是否能够实现产业化的关键环节,是合成生物学企业必须跨越的死亡谷。
● 发酵工程问题
发酵工程是产业化要解决的主要问题。任何一个产品从实验室走向工业规模化量产都是极大的挑战,因为菌株在大规模生产过程中,“放大效应”会非常明显,从 “升” 到 “吨” 的到“万吨”放大,并不是简单的线性增长过程,甚至每一个步骤都需要重新摸索和优化。通常来说,菌种的生产性能越高,其生产条件就越难满足,因为高产菌种对工艺条件波动比低产菌种更敏感。
实验室内筛选出来的菌种在摇瓶水平下表现很好,但到小试发酵罐可能就不如预期,发酵罐与摇瓶的环境差异较大;中试的发酵罐要达到50L甚至更大,面临的pH、溶氧、补料控制、搅拌方式等都不尽相同。比如在5L罐上,搅拌可以达到几百转且补料实现的方式多样,但真正上大罐生产时,很难达到这么高的转速,同时因为发酵装置较大,补料方式会受到各种限制。
纯化也是一难题,发酵液组分繁多,一些做得不是很成功的企业,问题大多出现在聚合物的杂质问题上,因此选择一个合适的纯化流程完成目标产品的提取,对纯化工艺要求高。
此外,量产爬坡时间很长,极少有企业能够穿越死亡谷,因此需要在创业之初就把技术、市场、经济性这三点都充分考虑进去。

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