导言

化学工程师学会(SCE)长期以来一直是生物加工从新生的实验室科学转变为强工业支柱的动力。 通过严格的研究、跨部门合作和有针对性的教育,SCE成员实现了突破,触及了制药、食品和饮料生产、生物燃料和环境补救。 他们的工作降低了成本、提高了产量,并将可持续性植入现代制造业的核心。 文章探讨了社会的历史根源、具体技术贡献以及数字创新和绿色化学塑造的未来愿景。

化学工程师协会的历史背景

20世纪初,SCE成立,目的是联合致力于推进工业进程的化学工程师。 二战后的几十年中,随着生物系统开始取代抗生素生产等行业的纯化学催化剂,社会承认生物加工是一个关键领域。 到20世纪70年代,SCE成立了生物化学工程委员会,导致了专门会议和专门期刊的创建。 这一支柱使得社会能够塑造生物技术的增长 — — 从胰岛素重组DNA的早期生产到今天的生物制造。

重要的里程碑包括1985年的SCE生物加工工作队报告,该报告确定了扩大规模的瓶颈,并建议对传感器技术和控制系统进行投资。 1990年代,社会启动了“”生物加工研究员方案[ , 培养了日后率先制造单克隆抗体的领导人。 2000年代初,在废物对价值生物精炼方面,由SCE牵头,巩固了社会作为可持续化学工程管理者的作用。

对生物加工的关键贡献

常设专家委员会的技术成就涵盖整个生物加工管道,从上游细胞培养到下游净化和废物处理。 下面是影响最大的领域。

开发先进的生物加速器技术

SCE成员重新设计了生物反应器,以最大限度地增加氧气转移,尽量减少剪切压力,并能够精确控制pH值和温度。 创新包括将细胞保持最佳密度的灵活、无污染生产和输液系统的单用途生物反应器。 一个显著的例子是SCE-BioPilot Consortium[,该联盟开发了一个模块生物反应器平台,将合同制造组织的改变时间减少了40%。 这些进步对于生产基因疗法等高价值生物学至关重要。

通过建模和自动化优化进程

SCE研究者主张使用计算流体动力学(CFD)和代谢通量分析来优化细胞生长和产物形成. 他们关于加工分析技术(PAT)[框架的工作能够实时监测和控制生物过程,降低批量故障率. 例如,由SCE成员领导的曼彻斯特大学的一个团队实施了软感应系统,预测E. coli发酵,在切割原料废物的同时,将产量提高20%.

下游加工的创新

净化占生物加工成本的60%。 SCE的贡献集中在膜色谱学、水分两相提取和连续色谱学。 由SCE工业子公司精炼的模拟移动床色谱学[用于蛋白分离,现在允许以更高的分辨率持续运行。 此外,SCE赞助的亲和标记和可分解连接器研究简化了重组蛋白的净化,加快了新药物的上市时间。

可持续做法和废物的最小化

常设专家委员会的绿色生物加工计划提倡循环水和溶剂的封闭式循环系统,将废物生物量转化为能源。 常设专家委员会的工程师将生命周期评估(LCA)纳入工艺设计,将工业酶生产的碳足迹减少了30%。 来自常设专家委员会的清洁生物加工杂志的案例研究表明,纤维素乙醇工厂可以通过综合沼气回收实现净零排放。

对制药生物加工的影响

制药制造已经由常设专家委员会牵头的发展重新塑造。 学会的生物加工促进生物制品工作组制定了单克隆抗体持续制造标准,现在主要生产商采纳了这些标准。 例如,由常设专家委员会和剑桥大学共同开发的综合连续生物加工平台,使得从冻土到端的生产能够在14天以内完成,从6周开始用于传统批量加工。

在COVID-19大流行期间,SCE成员迅速分享了mRNA疫苗生产的最佳做法,包括优化脂质纳米颗粒配方和超过滤步骤。 社会应急指南公布开放访问,帮助生物制造者在全世界范围扩大生产以满足全球需求。 来自FDA生物学许可应用数据库的外部数据显示,使用SCE验证工艺的设施比可比网站获得批准的速度快30%。

在生物燃料和可再生能源方面的作用

常设专家委员会工程师在推进[第二代和第三代生物燃料[ 方面起了重要作用,他们在蒸汽爆炸和离子液溶解等预处理技术方面的工作使液化生物物质在经济上是可行的,[常设专家委员会生物能源路线图[(2018年)强调了关键的工艺集成机会,导致在巴西和美国的示范工厂,每干吨玉米炉中乙醇产量超过70加仑。

在藻类对生物柴油部门,常设专家委员会成员开发了高率的光生素反应器,与开阔的池塘相比,减少了污染风险和双重脂质生产力,常设专家委员会与国家可再生能源实验室合作,利用浮流和溶解空气浮流,使脱水能量减少40%,形成了可扩展的收获系统,这些创新在常设专家委员会贡献者经常引用的刊物[]生物技术进步中都有记载。

教育和合作倡议

常设专家委员会通过全球会议、在线课程和现场讲习班培养一种不断学习的文化。年度常设专家委员会生物加工专题讨论会[吸引了2,000多名与会者,并有关于细胞培养、净化和遵守监管的特色。工业-学术界伙伴关系,如常设专家委员会生物创新枢纽[,将研究生与公司导师对接,以解决现实世界的挑战,每年获得数十项专利。

出版物和研究传播

学会出版若干经同行评审的期刊,包括《 SCE生物工艺工程杂志》[和 生物加工中的绿色化学[],这些期刊的影响系数高于5.0,为发展中国家提供了开放的获取选择,最近发表的一期关于]的《持续生物工艺强化》的专刊被引述为300多份工业白皮书,指导了工程最佳做法。

专业发展和认证

SCE提供一份认证生物工艺工程师[CBE]认证证书,验证工艺设计、设计质量(QbD)和监管事务方面的专门知识。 为了保持认证,工程师必须在AI驱动的流程控制等新兴领域完成继续教育单位(CEU ) 。 自2015年以来,已有1200多名专业人员获得了CBE,接受调查的校友报告在认证两年内平均工资增长15%。

未来方向和影响

展望未来,常设专家委员会正在引导生物加工与数字技术更深入地融合。 社会Biocess 4.0 Special Force[正在制定准则,利用机器学习来预测发酵结果和高通量实验的机器人自动化。 合成生物学是另一个前沿——常设专家委员会关于无细胞系统和基因稳定生产菌株的讲习班,旨在将发展周期从几年减少到几个月。

环境可持续能力仍然是一个中心主题。 常设专家委员会的“网络零生物加工承诺书”已经47个成员公司签署,承诺到2030年将水和能源使用量减少50%。 关于可再生能源发电的电气化生物反应器的试点研究已经开始,预计结果将在社会开放存取数据中公布。

最后,常设专家委员会正在扩大全球范围,与诸如国际生物加工学会和世界生物能源协会等组织结成伙伴关系。 这些联盟将促进知识向低资源环境的转让,帮助在最需要的地区生产负担得起的生物学和生物燃料。

化学工程师学会通过一个世纪的创新,将生物加工从艺术转化为预测科学。 其成员继续打破技术障碍,捍卫可持续性,教育下一代工程师。 随着对生物产品的需求增加,SCE的贡献对于一个更健康、更清洁、更高效的世界来说将不可或缺。