天津工生所揭榜攻坚 铸就生物制造“中国心”

“就像给千里马配专属草料，我们的高通量微型平行反应器，能精准找到让高产菌种发挥最大潜能的‘口粮’和生长环境。”在中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工生所）的实验室里，科研人员指着桌面上一台小巧的设备介绍。

　　前不久，由该所牵头申报的“微生物平行生物反应器”项目成功入围工业和信息化部高性能生物反应器创新任务揭榜单位名单，成为微生物领域全国仅有的三项入围项目之一。

　　去年年底召开的中央经济工作会议强调“坚持创新驱动，加紧培育壮大新动能”。肩负着这份使命与担当，眼下，该项目科研团队正铆足干劲，全力推进研发攻关。

　　微型反应器破局打破垄断的“中国智造”

　　生物反应器是生物制造产业的“心脏”，其性能直接决定了菌种培养效率和生产水平。然而长期以来，我国高性能生物反应器领域面临诸多难题，传感部件、平行反应器、动物细胞反应器等关键技术多被国外垄断，严重制约了国内合成生物学创新成果的产业化进程。

　　“随着合成生物学技术的飞速发展，实验室一年就能培育出上百株高产菌种，但传统反应器效率低下，根本跟不上菌种研发的节奏，很多优秀菌种只能‘待在深闺无人识’。”天津工生所智能生物制造中心主任、研究员夏建业坦言，这一行业痛点成为科研团队攻关的核心动力。

　　此次天津工生所牵头的项目，聚焦微生物平行反应器这一关键方向，就是精准聚焦行业瓶颈。据介绍，传统实验室采用单罐试错方式优化培养基和培养工艺，一名科研人员最多一次只能处理4个培养条件，且成本高昂，一罐培养基耗费就达数千元。合成生物学技术催生的海量高产菌种，急需高效的装备支撑其从实验室走向产业化。

　　“这就像过去用算盘算账，现在需要计算机批量处理数据。”夏建业形象地比喻道。基于多年深耕生物制造中试领域的经验，天津工生所自4年前便启动了高通量微型平行反应器的研发，历经三代迭代，终于攻克了反应器小型化、平行性控制等关键技术。如今的第三代设备，不仅将体积缩小至传统桌面反应器的五分之一，更实现了12通道并行培养，一名科研人员即可操作，一次能完成12个条件的同步优化，未来还将升级至24通道，效率较传统设备提升数倍。

　　看似小巧的反应器，实则“麻雀虽小，五脏俱全”。其研发过程中最大的难点，在于保证多通道之间的参数平行性。“只有每个反应器的基础条件完全一致，才能精准对比不同培养基和培养条件对菌种生长的影响，真正找到最优方案。”夏建业解释。为攻克这一技术难关，团队经过无数次实验调试，最终实现了各通道参数的精准控制，该技术已成功与天津国家合成生物技术创新中心有限公司达成合作，双方计划联合成立项目公司推动产业化落地。

　　五星中试平台护航筑牢“转化桥梁”

　　此次揭榜挂帅，团队将在现有基础上向自动化、智能化发起冲刺。

　　“目前我们的设备解决了平行性问题，但还需要依赖专家经验进行优化。未来3年，我们要打造具备自主学习能力的智能系统，摆脱对专家的依赖。”夏建业表示，该智能系统将结合数据科学大模型，通过多轮实验数据积累，自动挖掘最优培养条件，实现实验设计、数据采集、参数优化的全流程自动化，大幅提升工艺开发效率。

　　硬核技术的背后，是天津工生所五星级中试平台的强力支撑。

　　去年11月，工业和信息化部对拟发布的生物制造中试能力建设平台名单（第一批）进行公示，全国43个平台入选，我市天津工生所等3家单位的平台入选。其中，天津工生所的中试平台服务能力获评五星。在全部43个入选平台中，标注五星的只有5家。

　　走进这座面积达6000平方米、固定资产投入超1亿元、拥有200多台套设备的中试平台，夏建业告诉记者，平台配备8条生产线，最大反应器规模达1吨，还有数十台套分离纯化装备，通过先进的分布式控制系统，可同时适配25种不同产品的分离纯化需求，实现从菌种优化到样品试制、成本核算的全链条服务。

　　“中试平台和反应器研发是相辅相成的‘战友’。”夏建业介绍，平台不仅为企业和科研单位提供设备服务，更能从实际需求出发催生技术创新。高通量微型平行反应器的研发灵感，就来源于平台日常运营中发现的行业痛点。反应器的研发成功，又进一步赋能平台，使其区别于普通中试平台，形成“研发—验证—产业化”的闭环能力。目前，该平台每周平均有4家企业入驻使用，为初创企业提供了低成本的技术验证渠道，帮助它们顺利度过早期“死亡谷”。

　　构建“科研、产业、验证”完整链条

　　让创新成果走出“实验室”

　　为确保项目顺利推进，天津工生所组建了多元化的合作团队，除了天津国家合成生物技术创新中心有限公司，还联合了无锡济辰生物科技有限公司、华熙生物科技（天津）有限公司共同攻关。其中，无锡济辰生物在生物反应器工程化和市场应用方面经验丰富，能助力成果快速落地；华熙生物作为行业龙头企业和五星级中试平台用户，将负责产品的实际应用验证，确保设备满足产业需求。“我们形成了从科研到产业化再到用户验证的完整链条，就是要打造真正能推动行业进步的产品。”夏建业表示。

　　与国际同类产品相比，天津工生所研发的高通量微型平行反应器更具成本优势。据了解，国际知名品牌的24联一次性反应器售价高达1300多万元，且单套反应器耗材成本就达三五千元，24联单次使用成本超过10万元。天津工生所的设备不仅在核心性能上对标国际先进水平，更通过技术创新降低了制造成本和使用成本，未来产业化后，将大幅提升国内生物制造企业的装备可及性。

　　该项目的落地，将惠及食品、生物医药、保健品等多个领域。无论是食品添加剂的微生物合成、头孢菌素等抗生素的生产，还是保健品成分的培育，只要涉及微生物培养及工艺优化，都能借助这一设备提升效率。“对于初创企业而言，它能降低研发成本；对于大型企业来说，它能缩短产业化周期。”夏建业表示，设备的普及将加速我国合成生物学创新成果的转化，推动生物制造产业提质增效。

　　天津工生所始终以服务国家战略、推动区域产业升级为己任。此次入围工业和信息化部揭榜挂帅项目，既是对其科研实力的认可，更是对其产业化能力的肯定。项目团队表示，将在未来3年内完成自动化、智能化技术突破，向国家交出满意答卷。届时，我国将拥有自主可控的高性能平行反应器技术，打破国外垄断。

　　“‘十四五’时期，我们在科技引领原始创新方面已经有比较好的基础，除了在二氧化碳合成淀粉方面实现重大突破，在维生素生物合成、微生物合成蛋白等更多创新性、颠覆性的工艺技术路线方面也取得了重要进展。‘十五五’时期是相关成果产业化落地的关键期，我们将锚定科技强国建设目标，牢牢抓住科技革命和产业变革的历史机遇，加强原始创新和关键核心技术攻关，加速推进科技创新和产业创新深度融合，全面增强自主创新能力，抢占科技竞争制高点。”天津工生所副所长张大伟说。

　　揭榜而行，实干为要。天津工生所正以核心技术夯实产业根基，用全链条布局激活创新动能，让生物制造“中国心”更强劲，为产业升级书写自主创新新篇章。（记者 胡萌伟）