先进制造技术(生物制造).

义；②生物医学工程与生物制造的联系；③生物制造的研究特点、方向及
方法；④生物制造的应用领域。
6.6.1 生物制造的发展
2. 生物制造的发展前景
在机器人、微机电系统、微型武器方面，将更多地应用生物 动力、生物感知、生物智能，使机器人越来越像人或动物。
在纳米技术方面，实现纳米尺度上裁剪或连接DNA双螺旋，
学、计算机技术、信息技术、材料科学各领域的最新成果组合 起来，使其彼此沟通起来用于制造业，是生物制造工程的主要 任务。归纳下来，目前有如下两方面6个研究方向： （1）仿生制造
• 生物组织和结构的仿生
• 生物遗传制造 • 生物控制的仿生
（2）生物成形制造 • 生物去除成形 • 生物约束成形 • 生物生长成形
于延长人类生命或构造生物型微机电
6.6.2 生物制造的概念与内容
1）生物组织和结构的仿生
生物活性组织的工程化制造和类生物智能体的制造。如：
①生物活性组织的工程化制造：将组织工程材料与快速成形制 造结合，采用生物相容性和生物可降解性材料，制造生长单元
的框架，在生长单元内部注入生长因子，使各生长单元并行生 长，以解决与人体的相容性与个体的适配性，以及快速生成的 需求，实现人体器官的人工制造。 ②类生物智能体的制造：利用可以通过控制含水量来控制伸缩 的高分子材料，能够制成人工肌肉。类生物智能体的最高发展 是依靠生物分子的生物化学作用，制造类人脑的生物计算机芯 片，即生物存储体和逻辑装置。
6.6.2 生物制造的概念与内容
3）生物控制的仿生
应用生物控制原理来计算、分析和控制制造过程。 例如: 人工神经网络 遗传算法 仿生测量研究 面向生物工程的微操作系统原理 设计与制造基础
6.6.2 生物制造的概念与内容
（2）生物成形制造
找到“吃”某些工程材料的菌种，实现生物去除成形 (Bioremoving forming)；复制或金属化 不同标准几何外形 与亚结构的菌体 ，再经排序或微操作 ，实现生物约束成 形 (Biolimited forming) ；甚至通过控制基因的遗传形状特征 和遗传生理特征，生长出所需的外形和生理功能，实现生物生
2）生物遗传制造
6.6.2 生物制造的概念与内容
依靠生物DNA的自我复制，利用转基 因实现一定几何形状、各几何形状位置 不同的物理力学性能、生物材料和非生 物材料的有机结合，并根据生成物的各
种特征，采用人工控制生长单元体内的
遗传信息为手段，直接生长出任何人类 所需要的产品，如人或动物的骨骼、器 官、肢体，以及生物材料结构的机器零 部件等。
显影为试件
紫外线曝光 生物加工后试件 去抗蚀剂膜 光绘底片 金属试件
贴抗蚀剂膜
生物加工过程
可掩膜控制去除区域利用，
利用细菌刻蚀达到成形的 目的。
a） b） 图 生物去除成形实验过程 a）光刻工艺过程 b）生物加工过程
6.6.2 生物制造的概念与内容
2）生物约束成形
目前已发现的微生物中大部分细菌直径只有1μ m左右，菌 体有各种各样的标准几何外形，用现在加工手段很难加工除这 么小的标准三维形状。这些菌体的金属化将会有以下用途：
6.6.2 生物制造的概念与内容
1. 生物制造的概念
生物制造？（清华大学颜永年教授） 通过制造科学与生命科学相结合，在微滴、
细胞和分子尺度的科学层次上，通过受控组装
完成器官、组织和仿生产品的制造之科学和技
术总称。
6.6.2 生物制造的概念与内容
制造原理
2. 生 物 制 造 的 内 容
生物制造技术
6.6Biblioteka Baidu生物制造
6.6.1 生物制造的发展
1. 生物制造系统正在形成
日本三重大学和冈山大学率先开展了生物技术用于工程材料加工的研究， 并初步证实了微生物加工金属材料的可行性。 目前已将快速成形制造技术人工骨研究相结合，为颅骨、颚骨等骨骼的 人工修复和康复医学提供了很好的技术手段。 我国于1982年将生物技术列为八大重点技术之一。生物学科与制造学科 这两个原来人们觉得毫不相干的学科，今天正在相互渗透、相互交叉，正 在形成一个新的学科 —— 生物制造系统（ Biological Manufacturing System，BMS）。 我国在2003年3月和2004年7月，先后两次召开了全国生物制造工程学 术研讨会，专家们探讨的主要问题有：①生物制造工程的定义、内涵及意
其他理论 分形理论 分布式制造原理 自组织生长原理 生长型制造原理
⑴仿生制造 生物组织和结构的仿生 生物遗传制造 生物控制的仿生 ⑵生物成形制造
⑶其他方法
产 品
生物制造的基础 制造科学 生命科学 材料科学 信息技术
生物制造工程的体系结构
3. 生物制造工程的研究方向
6.6.2 生物制造的概念与内容
目前生物制造工程的研究方向是如何把制造科学、生命科
改造生命特征;实现各种蛋白质分子和酶分子的组装，构造纳米 人工生物膜，实现跨膜物质选择运输和电子传递。 在医疗方面，三维生物组织培养技术不断突破，人体各种器 官将能得到复制，会大大延长人类的生命。
在生物加工方面，通过生物方法制造纳米颗粒、纳米功能涂
层、纳米微管、功能材料、微器件、微动力、微传感器、微系 统等。
构造微管道，微电极、微导线 菌体排序与固定，构造蜂窝结构、复合材料、多孔材料、磁性功能材料 等。 去除蜂窝结构表面，构造微孔过滤膜、光学衍射孔等。
6.6.2 生物制造的概念与内容
3）生物生长成形
生物体和生物分子具有繁殖、代谢、 生长、遗传、重组等特点。
未来将现实人工控制细胞团的生长
外形和生理功能的生物生长成形技术。 可以利用生物生长技术控制基因的遗 传形状特征和遗传生理特征，生长出 所需外形和生理功能的人工器官，用
长成形(Biogrowing forming)。
生物去除成形 （Bioremoving Forming） 生物约束成形 （Biolimited Forming） 生物生长成形 （Biogrowing Forming）
6.6.2 生物制造的概念与内容
1）生物去除成形
例：
氧化亚铁硫杆菌 T — 9 菌 株是中温、好氧、嗜酸、 专性无机化能自氧菌，其 主要生物特性是将亚铁离 子氧化成高铁离子以及将 其他低价无机硫化物氧化 成硫酸和硫酸盐。加工时，