重塑制造業(yè)：二十一世紀(jì)的生物技術(shù)新使命

在過去幾十年中，得益于信息技術(shù)的滲透，制造業(yè)迅猛發(fā)展。如今，制造技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合的生物制造正新一輪的科技浪潮，其將給制造行業(yè)帶來新的變革。

生物制造改變生活

事實上，早在人造皮膚之前，人們就已經(jīng)開始進(jìn)行生物制造方面的研究和探索，并且取得了一定的成績。比如，在北京上破紀(jì)錄地獨攬8枚的游泳奇才菲爾普斯身披的“鯊魚皮"戰(zhàn)衣，就是制造技術(shù)與生物技術(shù)結(jié)合的典型案例。采用纖維模仿鯊魚皮膚結(jié)構(gòu)，能引導(dǎo)周圍的水流，減少水阻力并提高游進(jìn)速度3%～7.5%。作為鯊魚皮的代表，這款泳裝在上風(fēng)靡，很多參賽選手選擇身穿鯊魚皮參加比賽。

“21世紀(jì)制造業(yè)挑戰(zhàn)展望委員會"主席J．Bollinger博士于1998年提出了生物制造的概念。中國學(xué)者也于2000年提到了生物制造?？梢娚镏圃斓母拍钤缫褌涫荜P(guān)注。寬泛的生物制造定義為：包括仿生制造、生物質(zhì)和生物體制造，涉及生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的制造科學(xué)和技術(shù)均可視為生物制造。

那么，生物制造在哪些領(lǐng)域有所應(yīng)用呢？

在近日舉行的2013*智能制造技術(shù)發(fā)展研討會上，北京航空航天大學(xué)仿生與微納生物制造技術(shù)研究中心的陳華偉副教授介紹說，生物制造主要分四個領(lǐng)域，分別是生物加工成型、機(jī)械仿生制造、組織器官制造和生物機(jī)電系統(tǒng)制造。

如今，產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界對上述四個領(lǐng)域均有所探索，并將改變傳統(tǒng)制造業(yè)和人類的生活。

以生物加工成型為例。按照業(yè)界定義，生物加工成型指的是直接利用生物原型或生物材料制造出生物形體基產(chǎn)品，或是利用生物的加工特性，加工成型復(fù)雜零件。

與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)加工成型相比，生物加工成型具有成型的優(yōu)勢，可用于制造功能涂層材料、交通界面和微創(chuàng)機(jī)械界面。

目前，生物加工成型創(chuàng)造的價值已經(jīng)開始突顯。如每年1700萬人死于心血管疾病，仿生減阻內(nèi)壁的人工血管則能確保順暢的血液循環(huán)，提高器官存活幾率，避免心肌梗塞。。再比如，2008年中國消耗航空煤油1175萬噸、摩阻為40%，而采用生物加工成型的減阻表面可減少3%的油耗，相當(dāng)于節(jié)省勝利油田單月原油產(chǎn)量。　

除了生物加工成型，利用生物制造技術(shù)，還可以進(jìn)行組織器官的制造，目前比較熱門的電子皮膚即屬于此類。此外，生物制造還可以通過模仿生物材料形態(tài)，設(shè)計制造出具有生物表面或是生物結(jié)構(gòu)功能的產(chǎn)品。

生物制造還有一個重要的方向是生機(jī)電一體化制造，即模仿生物的結(jié)構(gòu)材料、運行狀態(tài)和功能方式，設(shè)計制造具有生物特征的產(chǎn)品。該制造方式將在很大程度上改變?nèi)祟惖纳?。比如，隨著該技術(shù)的進(jìn)步，未來可能會產(chǎn)生健康監(jiān)測貼片，可對人體循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測。

如何把握機(jī)會

陳華偉副教授對生物制造的前景表現(xiàn)得非常樂觀。他表示，人類的歷史分別經(jīng)歷了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時代、工業(yè)經(jīng)濟(jì)時代和信息經(jīng)濟(jì)時代，現(xiàn)在業(yè)界普遍認(rèn)為，下一個時代將是生物經(jīng)濟(jì)時代。所以，生物制造的發(fā)展將會有非常廣闊的前景。

事實上，生物制造已經(jīng)得到了多方重視。美國科學(xué)基金會將生物制造列為高新科技的十個主要方向之一。而中國2011年發(fā)布的《中國機(jī)械工程技術(shù)路線圖》則將仿生制造列為機(jī)械工業(yè)重點發(fā)展的六大主題之一。

按照國家《生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五"規(guī)劃》，到2015年，我國生物制造產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到7500億元。

那么面對如此廣闊的前景，中國又該如何把握機(jī)會發(fā)展生物制造產(chǎn)業(yè)呢？

陳華偉認(rèn)為，一方面，生物制造屬于交叉學(xué)科，涉及學(xué)科范圍很廣。應(yīng)當(dāng)創(chuàng)立“生物制造"新學(xué)科，加大協(xié)同創(chuàng)新和學(xué)科交叉力度。另一方面，加大投入力度，豐富生物制造裝備體系，拓展產(chǎn)品體系，以推動生物制造業(yè)的發(fā)展。

生物制造擁有堅實的材料科學(xué)、制造技術(shù)和生物學(xué)基礎(chǔ)，它突破了傳統(tǒng)的制造科學(xué)和生命科學(xué)間的鴻溝，將制造科學(xué)引導(dǎo)至一個新的天地。