|
研究内容 |
预期目标 |
第
一
年 |
【1】选择常见的工业模式微生物，进行细胞群体效应的产生机制研究。对具有细胞间信号转导功能的化学分子进行结构与功能确认和定量分析。
【2】采用现代先进测试仪器，研究生物反应器内非均相体系的微观瞬态流动、传热、传质特性。
【3】针对特定的生化反应过程，研究放大过程中细胞群体生理特性和细胞代谢及外界环境的相互关系。重点研究不同规模的发酵罐搅拌器形式、转速等对生理特性的影响。
【4】以生物高分子材料合成为研究对象，对生物－化学方法两步级联策略进行集成设计与实践。重要生物基化学品如丙烯酸的生物合成新路线探索。
【5】研究生物代谢过程与膜分离、吸附等高效分离过程的耦合途径。
【6】研究典型生物过程（如1,3-丙二醇、乳酸、丁醇的发酵等）的优化控制方法。 |
- 完成几种常见的工业模式微生物产生细胞群体效应的检测技术和研究体系建立。
- 针对不同反应器型式内多相复杂体系，建立基于微观瞬态流动、传热、传质特性的测定与分析方法。
- 建立用于工业过程放大的流场特性与细胞生理特性研究方法及其相关分析。
- 构建1－2种生物/化学集成新工艺或重要化学品的生物合成路线。
- 构建1-２种反应/分离耦合新方法。
- 提出1－2种典型工业过程的发酵过程优化控制策略。
- 培养博士生10名，硕士生50名。
- 发表SCI论文10－20篇，专利3-5项。
- 举办国际学术会议1次。
|
第
二
年 |
【1】研究细胞与细胞之间相互作用的基本规律，研究细胞群体效应产生、抑制或消除的关键要素。
【2】研究多相复杂生物体系质量及能量传递特性的动态变化规律。通过计算机分子模拟，进行新型分离介质的分子设计。
【3】依据细胞代谢流分析与控制、反应器和流体力学参数，进行不同规模的发酵罐搅拌器形式、转速等生物反应过程分析、设计与放大。
【4】考察级联反应的底物专一性特征，研究级联反应相对于单一化学催化过程的整体活化能降低效应，以及反应激发与促进功能；研究级联方法对总转化率及聚合产物分子量特性的作用规律。
【5】分析反应/分离耦合过程中的相互关系，研究耦合过程对物质和能量传递和转化效率的促进作用机制及其对代谢功能的调节作用和产品质量的影响规律。【6】从原料－转化－分离－废物资源化等生物过程复杂系统的整体性角度出发，研究生物过程各要素相互之间的影响、生物系统与环境之间的相互影响。 |
- 建立细胞群体效应临界阈值的测定方法，获得细胞群体行为的变化规律。
- 结合工业生物技术产品大规模发酵过程，基于细胞生理特性与反应器流场特性相结合的生物反应过程直接放大的探索与实践。
- 建立目标代谢途径强化及能量与辅酶再生途径耦合的优化控制策略。
- 建立一套多目标产物生物合成过程系统与调控的方法体系。
- 阐明分离介质及工艺对过程单元耦合的影响规律。
- 发展一套控制生物过程各要素之间和生物系统与环境之间相互关系的优化方法。
- 培养博士生10名左右，硕士生50名左右。
- 发表SCI论文30-40篇，专利5－10项。
- 完成中期汇报。
|
第
三
年 |
【1】考察由细胞群体效应导致的细胞群体行为变化的客观规律，研究不同物理和化学环境条件下细胞群体协同生长或胁迫抑制的临界阈值效应。
【2】建立能够反映细胞群体效应的反应器模型；从微观、瞬态等角度出发进行多相生物反应器动态反应过程模拟。探讨操作条件、体系物性和反应器几何尺寸对复杂生物反应过程中流体流动和质量、能量传递以及生化反应特性的影响。
【3】针对不同反应器型式内多相生物反应过程中相间传递行为的复杂性、细胞群生长的生命周期多样性及复杂生物反应，研究基于生物生理特性和传递特性的直接放大新方法。
【4】考察碳源、氮源等物质流输入细胞后在多目标分支途径的竞争分配机制，研究生物能及辅助因子的竞争利用规律，分析多目标主代谢途径和辅酶代谢途径的耦合原理及优化控制策略。
【5】考察几种不同分离过程如膜分离、吸附等集成强化作用规律，分析多个子系统之间相互适配与协同作用机制。重点研究直接用于发酵液中目标产物分离和纯化的新分离技术。
【6】在生物单元过程定性及定量描述的基础上，研究将上游生物转化与下游分离有机结合的优化策略，研究废物综合利用的新思路。 |
- 获得不同环境条件下细胞应答变化的基本规律。
- 建立能够反映细胞群体效应的多相生物反应过程的瞬态数学模型；建立新型分离介质设计的分子模拟方法。
- 建立工业生物技术产品的大规模发酵中基于细胞生理特性与反应器流场特性相结合的生物反应器过程直接放大的理论、模型与方法。
- 完成3－4种代表性多目标联产发酵与分离过程优化。
- 建立1－2个典型工业生物产品多单元耦合集成的新过程。
- 建立1－2个多生物过程匹配优化的示范。
- 培养博士生10名左右，硕士生50名左右
- 发表SCI论文60-70篇，专利10－15项。
|
第
四
年 |
【1】研究通过细胞群体效应调控实现细胞群体的正向协同生长和生产的基本策略；研究多相复杂体系内物质和能量的传递特性对细胞群体行为的影响，以及大型反应器流场模式条件下细胞群体效应的变化规律和影响因素；研究大型生物反应器宏观操作参数对细胞群体行为的反馈控制。
【2】研究新型分离介质对目标分子的识别机理；对吸附色谱、膜分离等典型分离单元，进行多组份复杂生物体系吸附分离动力学模型。
【3】结合丁醇、1，3丙二醇、丙烯酸等生物过程的实验数据，对三维反应器放大模型进行检验和修正，研究由小试实验结果直接放大到工业生产装置的方法和应用。
【4】选择面向化学品生产的典型酵母菌和细菌生物体系，以多产物联产为目标进行发酵工艺设计与优化、分离工艺设计与调控研究。
【5】研究分离放大过程中非均相再分配等问题对分离机制的影响。重点研究几个典型的分离过程如吸附分离、膜分离等放大模型和关键内构件，为工业生物分离过程的放大提供理论依据和方法。
【6】研究普适性的生物过程系统优化方法和策略。 |
- 提出并实施2－3种细胞群体效应的正向/反向调控策略，实现2－3种典型目标化合物大规模发酵培养细胞群体行为的正向协同调控。
- 揭示分离介质对目标分子的识别机理，实现2－3种典型目标产物分离单元的模型化。
- 放大方法在2－3个典型工业生物炼制产品的示范工程装置的应用。
- 建立化学/生物方法集成的示范工艺，获得多产物联产及全局调控的平台技术。
- 实现2－3种典型耦合过程的优化。
- 通过系统优化和控制，使2－3个典型目标产物总能耗降低20％，原料总利用率提高20％以上，三废排污量减少50％。
- 培养博士生10名左右，硕士生50名左右。
- 发表SCI论文60-70篇，专利15-20项。
|
第
五
年 |
【1】全面完成项目的研究内容
【2】完成项目总结、汇报。 |
完成总目标：
- 发表论文400篇以上(SCI>200篇),影响因子>5的文章3-5篇。申请发明专利40-50项(国际专利6-10项)。
- 培养40-50名博士研究生，200名左右硕士研究生。
- 形成一支在国际工业生物过程领域得到同行认可的研究团队。
|
