生物成形制造2016年01月04日生物成形制造2016年01月04日目錄背景

生物制造概念及內容生物成形制造方式及應用總結與展望2022年11月23日2目錄背景 2022年11月22日2背景32022年11月23日90年代初，日本三重大學和岡山大學率先開展了生物技術用于工程材料加工的研究，并初步證實了微生物加工金屬材料的可行性；1995年，清華大學教授顏永年將生長成形、去除成形、受迫成形、離散-堆積成形并列為四大成形工藝，從學科高度概括了當今和未來的成形方法；在2003年3月和2004年7月，我國先后兩次召開了全國生物制造工程學術研討會，專家們探討的主要問題有：①生物制造工程的定義、內涵及意義；②生物醫(yī)學工程與生物制造的聯系；③生物制造的研究特點、方向及方法；④生物制造的應用領域。我國于1982年將生物技術列為八大重點技術之一，生物學科與制造學科開始逐漸形成一個新的學科——生物制造系統；背景32022年11月22日90年代初，日本三重大學和岡山大生物制造定義與內容42022年11月23日包括仿生制造、生物質和生物體制造，涉及生物學和醫(yī)學的制造科學和技術均可視為生物制造，用BM—Bio-Manufacturing表示；寬泛定義主要指生物體制造，是運用現代制造科學和生命科學的原理和方法，通過單個細胞或細胞團簇的直接和間接受控組裝，完成具有新陳代謝特征的生命體成形和制造，經培養(yǎng)和訓練，完成用以修復或替代人體病損組織和器官；狹義定義生物制造仿生制造生物成形制造其他生物組織和結構的仿生生物遺傳制造生物控制的仿生生物去除成形生物約束成形生物生長成形生物連接成形生物復制成形生物自組織成形生物制造定義與內容42022年11月22日包括仿生制造、生物生物去除成形52022年11月23日核心——找到合適的菌種：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌種，利用它們對材料的腐蝕關系，加工時，可掩膜控制去除區(qū)域實現生物去除成形(Bioremovingforming)。氧化硫硫桿菌（T.t）；氧化亞鐵硫桿菌(T.f)；氧化亞鐵小螺旋菌；耐熱硫化硫桿菌；加榮氏菌；氧化硫硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌(T.f)工作原理；生物去除成形52022年11月22日核心——找到合適的菌種：生物去除成形62022年11月23日優(yōu)點：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌種，利用它們對材料的腐蝕關系，加工時，可掩膜控制去除區(qū)域實現生物去除成形(Bioremovingforming)。a）b）圖生物去除成形實驗過程a）光刻工藝過程b）生物加工過程加工材料種類廣泛，可金屬或非金屬；所需設備簡單、低廉；屬于綠色加工，污染?。挥糜谖⒓庸?，精度高，工件質量好；與化學腐蝕相比，更穩(wěn)定；缺點：側蝕問題不可控；生物去除加工出的微小零件生物去除成形62022年11月22日優(yōu)點：生物去除成形：找生物約束成形72022年11月23日運用背景：生物約束成形：利用化學鍍、溶膠凝膠、電鍍等約束成形工藝，將所需微生物金屬化，從而達到所需的功能。構造微管道、微電極、微導線等;菌體排序與固定，構造復合材料、多孔材料、磁性功能材料等；對蜂窩結構表面去除，構造微孔過濾膜、光學衍射孔等；作為新型雷達波隱身材料吸收劑；鈍頂螺旋藻臘狀芽孢桿菌固囊酵母菌作為導彈涂層生物約束成形72022年11月22日運用背景：生物約束成形：生物約束成形82022年11月23日微生物細胞金屬化工藝：生物約束成形：利用化學鍍、溶膠凝膠、電鍍等約束成形工藝，將所需微生物金屬化，從而達到所需的功能。臘狀芽孢桿菌化學鍍Co-Ni-P切片鈍頂螺旋藻化學鍍Co-Ni-P后SEM圖生物約束成形82022年11月22日微生物細胞金屬化工藝：生生物生長成形92022年11月23日1、鐵細菌定向生長成形：生物生長成形：利用生物體和生物分子繁殖、代謝、生長、遺傳、重組等特點，實現人工控制細胞團的生長外形和生理功能的生物生長成形技術。生物生長成形92022年11月22日1、鐵細菌定向生長成形：生物生長成形102022年11月23日2、個性化人造器官：生物生長成形：利用生物體和生物分子繁殖、代謝、生長、遺傳、重組等特點，實現人工控制細胞團的生長外形和生理功能的生物生長成形技術。我國目前有大約150萬尿毒癥患者，每年卻僅能做3000例腎臟移植手術；有400萬白血病患者在等待骨髓移植，而全國骨髓庫的資料才3萬份，大量的患者都因等不到器官而死亡，而且器官移植存在排斥作用，成活率很低的問題。曹誼林：第一個個性化人造耳：人造耳的模型支架（聚羥基乙酸）細胞生長繁殖（最后支架降解）移植到裸鼠背部該技術已經開始用于臨床實驗。生物生長成形102022年11月22日2、個性化人造器官：生生物生長成形112022年11月23日2、個性化人造器官：生物生長成形：利用生物體和生物分子繁殖、代謝、生長、遺傳、重組等特點，實現人工控制細胞團的生長外形和生理功能的生物生長成形技術。

一種更簡單的人造器官方法:把作為支架的高分子材料、細胞和生長因子混合在一起，注射到患者體內需要修復的部位，讓這些原料“長”出一個完整的器官來。到時，去醫(yī)院修補器官就像現在打針一樣方便。這種新的方法叫做“可注射工程”。注射能促進牙齦組織再生的生物材料

可注射組織工程示意圖生物生長成形112022年11月22日2、個性化人造器官：生生物連接成形122022年11月23日硅藻連接成形：生物連接成形：利用生物分子連接活體與非活體構造生物器件。生物連接成形122022年11月22日硅藻連接成形：生物連接生物復制成形132022年11月23日以仿鯊魚皮表面為例：生物復制成形：直接以生物為模板復制逼真的形貌特征，如減阻生物復制成形，就是以減阻生物為模板復制其減阻外形、減阻形貌、減阻界面?；寮訜帷鷺颖警B放與施等靜壓→彈性脫?！鷱托头９に嚵鞒蹋夯澹壕奂谆┧峒字?PMMA)，加熱到105℃；靜壓：壓力視面積而定，30min；脫模：保壓降溫至70℃；復型：雙組份模具硅橡膠RTV-II5230；生物復制成形132022年11月22日以仿鯊魚皮表面為例：生生物復制成形142022年11月23日以仿鯊魚皮表面為例：生物復制成形：直接以生物為模板復制逼真的形貌特征，如減阻生物復制成形，就是以減阻生物為模板復制其減阻外形、減阻形貌、減阻界面。減阻效果：仿鯊魚皮表面的最大減阻率達到8.25％，最小減阻率為5.28％，平均減阻率為6.91％在輸油、輸氣、輸水管道減阻內襯制造方面具有重要的應用價值；在飛機、船舶、車輛等交通工具減阻蒙皮制造方面同樣具有重要的應用價值；仿生減阻表面生物復制成形技術應用前景鯊魚皮微復制模板仿生鯊魚皮生物復制成形142022年11月22日以仿鯊魚皮表面為例：生生物自組織成形152022年11月23日生物自組織成形：直接利用單細胞生物自組織成形的群體、單體及亞結構來構造微納米功能器件。生物計算機：細胞色素CDNA分子結構

大規(guī)模集成電路（計算機核心元件）材料為硅。提高了集成度，引起難于解決的散熱問題。生物芯片可以解決類似問題，有以下生物材料：細胞色素C它具有氧化和還原的兩種狀態(tài)，其導電率相差1000倍。這兩種狀態(tài)的轉換可通過適當方式加上或撤去1.5伏電壓來實現，它可作為記憶元件；細菌視紫紅質它是一種光驅動開關的原型。由光輻射啟動的質子泵在膜兩邊形成的電位，經離子靈敏場效應放大后，可給出較好的開關信號。DNA分子它以核苷酸堿基編碼方式存儲遺傳信息，是一種存儲器的分子模型。生物自組織成形152022年11月22日生物自組織成形：直接總結與展望162022年11月23日21世紀被稱為生命科學和生物技術的時代，生物技術在改善人類健康狀況及生存環(huán)境、提高農牧業(yè)以及工業(yè)的產量與質量都正在發(fā)揮著越來越重要的作用。生物成形制造為微納尺度制造引入了一種全新的方式，產生了許多新的研究方向，今后將在以下幾個方面有更多的研究：生物活性組織和器官的工程化制造；仿生制造；生物芯片的制造；總結與展望162022年11月22日21世紀被稱為生命科學和2022年11月23日17謝謝~2022年11月22日17謝謝~/10/2918./10/2918.生物成形制造2016年01月04日生物成形制造2016年01月04日目錄背景

生物制造概念及內容生物成形制造方式及應用總結與展望2022年11月23日20目錄背景 2022年11月22日2背景212022年11月23日90年代初，日本三重大學和岡山大學率先開展了生物技術用于工程材料加工的研究，并初步證實了微生物加工金屬材料的可行性；1995年，清華大學教授顏永年將生長成形、去除成形、受迫成形、離散-堆積成形并列為四大成形工藝，從學科高度概括了當今和未來的成形方法；在2003年3月和2004年7月，我國先后兩次召開了全國生物制造工程學術研討會，專家們探討的主要問題有：①生物制造工程的定義、內涵及意義；②生物醫(yī)學工程與生物制造的聯系；③生物制造的研究特點、方向及方法；④生物制造的應用領域。我國于1982年將生物技術列為八大重點技術之一，生物學科與制造學科開始逐漸形成一個新的學科——生物制造系統；背景32022年11月22日90年代初，日本三重大學和岡山大生物制造定義與內容222022年11月23日包括仿生制造、生物質和生物體制造，涉及生物學和醫(yī)學的制造科學和技術均可視為生物制造，用BM—Bio-Manufacturing表示；寬泛定義主要指生物體制造，是運用現代制造科學和生命科學的原理和方法，通過單個細胞或細胞團簇的直接和間接受控組裝，完成具有新陳代謝特征的生命體成形和制造，經培養(yǎng)和訓練，完成用以修復或替代人體病損組織和器官；狹義定義生物制造仿生制造生物成形制造其他生物組織和結構的仿生生物遺傳制造生物控制的仿生生物去除成形生物約束成形生物生長成形生物連接成形生物復制成形生物自組織成形生物制造定義與內容42022年11月22日包括仿生制造、生物生物去除成形232022年11月23日核心——找到合適的菌種：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌種，利用它們對材料的腐蝕關系，加工時，可掩膜控制去除區(qū)域實現生物去除成形(Bioremovingforming)。氧化硫硫桿菌（T.t）；氧化亞鐵硫桿菌(T.f)；氧化亞鐵小螺旋菌；耐熱硫化硫桿菌；加榮氏菌；氧化硫硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌氧化亞鐵硫桿菌(T.f)工作原理；生物去除成形52022年11月22日核心——找到合適的菌種：生物去除成形242022年11月23日優(yōu)點：生物去除成形：找到“吃”某些工程材料的菌種，利用它們對材料的腐蝕關系，加工時，可掩膜控制去除區(qū)域實現生物去除成形(Bioremovingforming)。a）b）圖生物去除成形實驗過程a）光刻工藝過程b）生物加工過程加工材料種類廣泛，可金屬或非金屬；所需設備簡單、低廉；屬于綠色加工，污染小；用于微加工，精度高，工件質量好；與化學腐蝕相比，更穩(wěn)定；缺點：側蝕問題不可控；生物去除加工出的微小零件生物去除成形62022年11月22日優(yōu)點：生物去除成形：找生物約束成形252022年11月23日運用背景：生物約束成形：利用化學鍍、溶膠凝膠、電鍍等約束成形工藝，將所需微生物金屬化，從而達到所需的功能。構造微管道、微電極、微導線等;菌體排序與固定，構造復合材料、多孔材料、磁性功能材料等；對蜂窩結構表面去除，構造微孔過濾膜、光學衍射孔等；作為新型雷達波隱身材料吸收劑；鈍頂螺旋藻臘狀芽孢桿菌固囊酵母菌作為導彈涂層生物約束成形72022年11月22日運用背景：生物約束成形：生物約束成形262022年11月23日微生物細胞金屬化工藝：生物約束成形：利用化學鍍、溶膠凝膠、電鍍等約束成形工藝，將所需微生物金屬化，從而達到所需的功能。臘狀芽孢桿菌化學鍍Co-Ni-P切片鈍頂螺旋藻化學鍍Co-Ni-P后SEM圖生物約束成形82022年11月22日微生物細胞金屬化工藝：生生物生長成形272022年11月23日1、鐵細菌定向生長成形：生物生長成形：利用生物體和生物分子繁殖、代謝、生長、遺傳、重組等特點，實現人工控制細胞團的生長外形和生理功能的生物生長成形技術。生物生長成形92022年11月22日1、鐵細菌定向生長成形：生物生長成形282022年11月23日2、個性化人造器官：生物生長成形：利用生物體和生物分子繁殖、代謝、生長、遺傳、重組等特點，實現人工控制細胞團的生長外形和生理功能的生物生長成形技術。我國目前有大約150萬尿毒癥患者，每年卻僅能做3000例腎臟移植手術；有400萬白血病患者在等待骨髓移植，而全國骨髓庫的資料才3萬份，大量的患者都因等不到器官而死亡，而且器官移植存在排斥作用，成活率很低的問題。曹誼林：第一個個性化人造耳：人造耳的模型支架（聚羥基乙酸）細胞生長繁殖（最后支架降解）移植到裸鼠背部該技術已經開始用于臨床實驗。生物生長成形102022年11月22日2、個性化人造器官：生生物生長成形292022年11月23日2、個性化人造器官：生物生長成形：利用生物體和生物分子繁殖、代謝、生長、遺傳、重組等特點，實現人工控制細胞團的生長外形和生理功能的生物生長成形技術。

一種更簡單的人造器官方法:把作為支架的高分子材料、細胞和生長因子混合在一起，注射到患者體內需要修復的部位，讓這些原料“長”出一個完整的器官來。到時，去醫(yī)院修補器官就像現在打針一樣方便。這種新的方法叫做“可注射工程”。注射能促進牙齦組織再生的生物材料

可注射組織工程示意圖生物生長成形112022年11月22日2、個性化人造器官：生生物連接成形302022年11月23日硅藻連接成形：生物連接成形：利用生物分子連接活體與非活體構造生物器件。生物連接成形122022年11月22日硅藻連接成形：生物連接生物復制成形312022年11月23日以仿鯊魚皮表面為例：生物復制成形：直接以生物為模板復制逼真的形貌特征，如減阻生物復制成形，就是以減阻生物為模板復制其減阻外形、減阻形貌、減阻界面。基板加熱→樣本疊放與施等靜壓→彈性脫?！鷱托头９に嚵鞒蹋夯澹壕奂谆┧峒字?PMMA)，加熱到105℃；靜壓：壓力視面積而定，30min；脫模：保壓降溫至70℃；復型：雙組份模具硅橡膠RTV-II5230；生物復制成形132022年11月22日以仿鯊魚皮表面為例：生生物復制成形322022年11月23日以仿鯊魚皮表面為例：生物復制成形：直接以生物為模板復制逼真的形貌特征，如減阻生物復制成形，就是以減阻生物為模板復制其減阻外形、減阻形貌、減阻界面。減阻效果：仿鯊魚皮表面的最大減阻率達到8.25％，最小減阻率為5.28％，平均減阻率為6.91％在輸油、輸氣、輸水管道減阻內襯制造方面具有重要的應用價值；在飛