जैव प्रसंस्करण अग्रिमों के लिए रासायनिक इंजीनियर्स सोसाइटी के योगदान

परिचय

सोसाइटी ऑफ केमिकल इंजीनियर्स (SCE) लंबे समय से एक मजबूत औद्योगिक स्तंभ में एक नासेन्ट प्रयोगशाला विज्ञान से जैव प्रसंस्करण के परिवर्तन के पीछे एक प्रेरक शक्ति रहा है। कठोर अनुसंधान, क्रॉस-सेक्टर सहयोग और लक्षित शिक्षा के माध्यम से, SCE सदस्यों ने ब्रेकथ्रू्स दिया है जो फार्मास्यूटिकल्स, खाद्य और पेय उत्पादन, जैव ईंधन और पर्यावरण उपचार को छूता है। उनका काम लागत को कम करता है, पैदावार बढ़ाता है और आधुनिक विनिर्माण के मूल पर स्थिरता को बढ़ाता है। यह लेख समाज की ऐतिहासिक जड़ों, इसकी कंक्रीट तकनीकी योगदान और डिजिटल नवाचार और हरी रसायन विज्ञान द्वारा भविष्य के लिए इसकी दृष्टि की खोज करता है।

सोसायटी ऑफ केमिकल इंजीनियर्स की ऐतिहासिक पृष्ठभूमि

20 वीं सदी के आरंभ में स्थापित, SCE को औद्योगिक प्रक्रियाओं को आगे बढ़ाने के लिए समर्पित रासायनिक इंजीनियरों को एकजुट करने के लिए स्थापित किया गया था। द्वितीय विश्व युद्ध के दशकों में, जैसा कि जैविक प्रणालियों ने एंटीबायोटिक उत्पादन जैसे उद्योगों में विशुद्ध रूप से रासायनिक उत्प्रेरक को प्रतिस्थापित करना शुरू किया, समाज ने एक महत्वपूर्ण डोमेन के रूप में जैव प्रसंस्करण को मान्यता दी। 1970 के दशक तक, जैव रासायनिक इंजीनियरिंग पर SCE कमेटी का गठन किया गया था, जिससे विशेष सम्मेलनों और समर्पित पत्रिकाओं का निर्माण हुआ। इस धुरी ने समाज को जैव प्रौद्योगिकी के विकास को आकार देने की अनुमति दी - आज के निरंतर जैव-निर्माण के लिए पुनः संयोजक डीएनए के माध्यम से इंसुलिन के शुरुआती उत्पादन से।

प्रमुख मील के पत्थरों में 1985 SCE बायोप्रोसेसिंग टास्क फोर्स रिपोर्ट शामिल है, जिसने स्केल-अप में बोतलबंदी की पहचान की और सेंसर प्रौद्योगिकी और नियंत्रण प्रणालियों में निवेश की सिफारिश की। 1990 के दशक में, समाज ने अपनी Bioprocessing फैलो कार्यक्रम शुरू किया, उन नेताओं को खेती की जो बाद में एक मोनोक्लोनल एंटीबॉडी विनिर्माण का नेतृत्व करेंगे। 2000 के दशक के शुरू में अपशिष्ट-टू-मूल्य जैव-रिफाइनरी में SCE-led पहल देखी गई, जो सतत रासायनिक इंजीनियरिंग के एक स्ट्वर्ड के रूप में समाज की भूमिका को सीमेंट करती थी।

जैव प्रसंस्करण के लिए प्रमुख योगदान

SCE की तकनीकी उपलब्धियों में पूरे जैव प्रसंस्करण पाइपलाइन को फैलता है, अपस्ट्रीम सेल संस्कृति से लेकर डाउनस्ट्रीम शुद्धि और अपशिष्ट उपचार तक। नीचे सबसे प्रभावशाली क्षेत्र हैं।

उन्नत जैव-रक्षा प्रौद्योगिकी का विकास

SCE सदस्यों ने ऑक्सीजन हस्तांतरण को अधिकतम करने के लिए बायोरेक्टरों को फिर से डिजाइन किया है, कतरनी तनाव को कम करने और पीएच और तापमान के सटीक नियंत्रण को सक्षम बनाया है। नवाचारों में लचीले, संदूषण मुक्त उत्पादन और perfusion प्रणालियों के लिए एकल उपयोग वाले बायोरेक्टर शामिल हैं जो कोशिकाओं को सप्ताह के लिए इष्टतम घनत्व पर रखते हैं। एक उल्लेखनीय उदाहरण है SCE-BioPilot Consortium], जिसने एक मॉड्यूलर बायोरेक्टर प्लेटफॉर्म विकसित किया जिसने अनुबंध विनिर्माण संगठनों में 40% तक बदलाव के समय को कम किया। ये अग्रिम जीन थेरेपी जैसे उच्च मूल्य वाले जीवविज्ञान के उत्पादन के लिए महत्वपूर्ण रहे हैं।

मॉडलिंग और स्वचालन के माध्यम से प्रक्रिया अनुकूलन

SCE शोधकर्ताओं ने कोशिका विकास और उत्पाद के गठन को अनुकूलित करने के लिए कम्प्यूटेशनल तरल गतिशीलता (CFD) और चयापचय प्रवाह विश्लेषण के उपयोग का चैंपियन बनाया है। उनका काम प्रोसेस एनालिटिकल टेक्नोलॉजी (PAT) फ्रेमवर्क वास्तविक समय की निगरानी और जैव प्रसंस्करण के नियंत्रण को सक्षम बनाता है, बैच विफलता दर को कम करता है। उदाहरण के लिए, मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में SCE सदस्यों द्वारा नेतृत्व वाली एक टीम ने एक सॉफ्ट सेंसर प्रणाली को लागू किया जिसने ग्लूकोज खपत की भविष्यवाणी की थी E. Coli] किण्वन, कच्चे सामग्री अपशिष्ट काटने के दौरान 20% तक उपज को बढ़ाती है।

डाउनस्ट्रीम प्रोसेसिंग में नवाचार

जैव प्रसंस्करण लागत के 60% तक शुद्धि खाते हैं। SCE योगदान ने झिल्ली क्रोमैटोग्राफी, जलीय दो-चरण निष्कर्षण और निरंतर क्रोमैटोग्राफी पर ध्यान केंद्रित किया है। का विकास सिम्युलेटेड मूविंग बेड (SMB) क्रोमैटोग्राफी प्रोटीन अलगाव के लिए, SCE औद्योगिक सहयोगियों द्वारा परिष्कृत, अब उच्च रिज़ॉल्यूशन के साथ सतत संचालन की अनुमति देता है। इसके अतिरिक्त, SCE-sponsored अनुसंधान के संबंध में आत्मीयता टैग और क्लीवेबल लिंकर्स ने पुनः संयोजक प्रोटीन की शुद्धि को सरल बनाया है, जो नई दवाओं के लिए समय-समय-दर-बाज़ार को तेज करता है।

सतत अभ्यास और अपशिष्ट लघुकरण

SCE's ]ग्रीन बायोप्रोसेसिंग इनिशिएटिव बंद लूप सिस्टम को बढ़ावा देता है जहां पानी और सॉल्वैंट्स को पुनर्नवीनीकरण किया जाता है, और अपशिष्ट बायोमास को ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। जीवन चक्र मूल्यांकन (LCA) को प्रक्रिया डिजाइन में एकीकृत करके, SCE इंजीनियर ने 30% तक औद्योगिक एंजाइम उत्पादन के कार्बन पदचिह्न को कम कर दिया है। SCE के ]Journal of Cleaner Bioprocessing का प्रदर्शन कैसे सेल्युलोसिक इथेनॉल संयंत्र एकीकृत बायोगैस वसूली के माध्यम से शुद्ध-zero उत्सर्जन को प्राप्त कर सकते हैं।

फार्मास्युटिकल बायोप्रोसेसिंग पर प्रभाव

फार्मास्युटिकल विनिर्माण का आकार SCE-led विकास द्वारा किया गया है। समाज के Bioprocessing for Biologics] काम करने वाले समूह ने मोनोक्लोनल एंटीबॉडी के निरंतर निर्माण के लिए मानकों की स्थापना की, अब प्रमुख उत्पादकों द्वारा अपनाया गया। उदाहरण के लिए, ]Integrated Continuous Bioprocessing (ICB) [FLT: 3]] प्लेटफॉर्म, SCE द्वारा सह-विकसित और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय, पारंपरिक बैच प्रक्रियाओं के लिए छह सप्ताह से 14 दिनों के नीचे भरने के लिए थॉ से अंत तक उत्पादन सक्षम बनाता है।

COVID-19 महामारी के दौरान, SCE के सदस्यों ने तेजी से MRNA वैक्सीन उत्पादन के लिए सबसे अच्छा प्रथाओं को साझा किया, जिसमें अनुकूलित लिपिड नैनोपार्टिकल फॉर्मूलेशन और अल्ट्राफिल्टरेशन चरण शामिल थे। समाज के आपातकालीन दिशानिर्देशों ने खुले-आगमन प्रकाशित किया, विश्वव्यापी रूप से जैवनिर्माता को वैश्विक मांग को पूरा करने के लिए उत्पादन में वृद्धि करने में मदद की। FDA Biologics लाइसेंस अनुप्रयोगों डेटाबेस से बाह्य डेटा यह दर्शाता है कि SCE-वैलेटेड प्रक्रियाओं का उपयोग करने वाली सुविधाओं को तुलनीय साइटों की तुलना में 30% तेज़ी से अनुमोदन प्राप्त हुआ।

जैव ईंधन और अक्षय ऊर्जा में भूमिका

SCE इंजीनियर्स को आगे बढ़ाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है सेकेंड- और तीसरे पीढ़ी के जैव ईंधन । उनके काम पर pretreatment प्रौद्योगिकियों जैसे कि भाप विस्फोट और आयनिक तरल विघटन- ने लिग्नोसेल्युलोसिक बायोमास को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाया है। SCE Bioenergy Roadmap] (2018) ने प्रमुख प्रक्रिया एकीकरण के अवसरों को उजागर किया, जिसके कारण ब्राजील और संयुक्त राज्य अमेरिका में प्रदर्शन संयंत्रों की ओर अग्रसर है जहां इथेनॉल उपज मकई के प्रति सूखी टन प्रति 70 गैलन से अधिक है।

शैवाल से बायोडीजल क्षेत्र में, SCE के सदस्यों ने उच्च दर वाले फोटोबायोरिक्टर विकसित किए जो खुले तालाबों की तुलना में संदूषण जोखिम और डबल लिपिड उत्पादकता को कम करते हैं। SCE और राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला के बीच एक साझेदारी ने एक स्केलेबल कटाई प्रणाली का उत्पादन किया, जो flocculation और भंग वायु प्लवनशीलता का उपयोग करके 40% तक ऊर्जा को कम कर देता है। इन नवाचारों को ]Biotechnology Advances]]]]]] में दस्तावेज दिया जाता है, एक पत्रिका अक्सर SCE योगदानकर्ताओं द्वारा उद्धृत किया जाता है।

शैक्षिक और सहयोगात्मक पहल

SCE वैश्विक सम्मेलनों, ऑनलाइन पाठ्यक्रमों और साइट पर कार्यशालाओं के माध्यम से निरंतर सीखने की संस्कृति को बढ़ावा देता है। वार्षिक SCE Bioprocessing Symposium], 2,000 से अधिक उपस्थित लोगों को आकर्षित करती है और सेल संस्कृति, शुद्धि और नियामक अनुपालन पर ट्रैक की सुविधा देती है। उद्योग-अकाडेमिया भागीदारी, जैसे SCE जैव-इनोवेशन हब], कंपनी के साथ स्नातक छात्रों को वास्तविक दुनिया की चुनौतियों को हल करने के लिए, जिसके परिणामस्वरूप प्रत्येक वर्ष दर्जनों पेटेंट मिले हैं।

फ्लैगशिप प्रकाशन और अनुसंधान प्रसार

समाज कई सहकर्मी-समीक्षा पत्रिकाओं को प्रकाशित करता है, जिनमें ] SCE जर्नल ऑफ बायोप्रोसेस इंजीनियरिंग ]] और ]Geoprocessing]]]]]]]] में ग्रीन कैमिस्ट्री इन जर्नलों में प्रभाव कारक हैं 5.0 से ऊपर और विकासशील देशों के लिए खुले-सफल विकल्प प्रदान करते हैं। ]Continuous Bioprocess Intensification] पर हाल के विशेष मुद्दा को 300 से अधिक श्वेत इंजीनियरिंग प्रथाओं के लिए मार्गदर्शन किया गया है।

व्यावसायिक विकास और प्रमाणन

SCE एक Certified Bioprocess Engineer (CBE) credential कि प्रक्रिया डिजाइन में विशेषज्ञता को मान्य, डिजाइन द्वारा गुणवत्ता (QbD), और नियामक मामलों. प्रमाणीकरण बनाए रखने के लिए, इंजीनियरों को एआई-चालित प्रक्रिया नियंत्रण जैसे उभरते क्षेत्रों में सतत शिक्षा इकाइयों (CEUs) को पूरा करना होगा। 2015 के बाद से, 1,200 से अधिक पेशेवरों ने CBE अर्जित किया है, जिसमें सर्वेक्षण किया गया पूर्व छात्रों ने दो वर्षों के प्रमाणीकरण के भीतर औसत 15% वेतन वृद्धि की रिपोर्टिंग की है।

भविष्य निर्देशन और प्रभाव

आगे देख रहे हैं, SCE डिजिटल प्रौद्योगिकियों के साथ गहरी एकीकरण की ओर जैव प्रसंस्करण स्टीयरिंग है। समाज की Bioprocessing 4.0 टास्क फोर्स मशीन लर्निंग का उपयोग करने के लिए दिशा निर्देश पैदा कर रहा है कि कि किण्वन परिणाम और उच्च-थ्रूपुट प्रयोग के लिए रोबोट स्वचालन की भविष्यवाणी की जाए। सिंथेटिक जीवविज्ञान एक अन्य फ्रंटियर-SCE कार्यशाला है कोशिका मुक्त प्रणालियों पर और आनुवंशिक रूप से स्थिर उत्पादन तनाव का लक्ष्य वर्षों से महीनों तक विकास चक्र को कम करना है।

पर्यावरण स्थिरता एक केंद्रीय विषय बनी हुई है। SCE की नेट-ज़ीरो बायोप्रोसेसिंग प्लेड 47 सदस्य कंपनियों द्वारा हस्ताक्षर किए गए हैं, जो 2030 तक पानी और ऊर्जा उपयोग में 50% कमी के लिए प्रतिबद्ध हैं। अक्षय ऊर्जा द्वारा संचालित विद्युतीकृत बायोरेक्टरों पर पायलट अध्ययन पहले से ही चल रहे हैं, जिसके परिणामस्वरूप समाज के खुले-आवश्यक डेटा में प्रकाशित होने की उम्मीद थी।

अंत में, SCE ]] जैसे संगठनों के साथ साझेदारी करके अपनी वैश्विक पहुंच का विस्तार कर रहा है।

नवाचार की एक सदी के माध्यम से, सोसाइटी ऑफ केमिकल इंजीनियर्स ने एक कला से एक भविष्यवाणी विज्ञान में जैव प्रसंस्करण को बदल दिया है। इसके सदस्य तकनीकी बाधाओं, चैंपियन स्थिरता को तोड़ते हैं और इंजीनियरों की अगली पीढ़ी को शिक्षित करते हैं। जैव आधारित उत्पादों की मांग बढ़ने के रूप में, SCE का योगदान एक स्वस्थ, क्लीनर और अधिक कुशल दुनिया के लिए अनिवार्य रहेगा।