生物技术新使命：重塑制造业

显微镜下的鲨鱼皮泳衣

　　以色列理工学院的一个科研团队的研究人员利用微小的金属粒子和树脂制造出了一种新的柔性传感器。如果科学家们能够将附有新型传感器的人造皮肤运用到义肢上，那么义肢就有可能感觉到周边的环境的变化。这一研究更为重要的意义在于，希望借此探索出电子材料和生物材料结合的新方法。

　　在过去几十年中，得益于信息技术的渗透，制造业迅猛发展。如今，制造技术与生物技术结合的生物制造正引领新一轮的科技浪潮，其将给制造行业带来新的变革。

　　生物制造改变生活

　　事实上，早在人造皮肤之前，人们就已经开始进行生物制造方面的研究和探索，并且取得了一定的成绩。比如，在北京奥运会上破纪录地独揽8枚金牌的游泳奇才菲尔普斯身披的“鲨鱼皮”战衣，就是制造技术与生物技术完美结合的典型案例。采用纤维模仿鲨鱼皮肤结构，能引导周围的水流，减少水阻力并提高游进速度 3%～7.5%。作为鲨鱼皮的代表，这款泳装在奥运会上风靡全球，很多参赛选手选择身穿鲨鱼皮参加比赛。

　　“21世纪制造业挑战展望委员会” 主席J.Bollinger博士于1998年提出了生物制造的概念。中国学者也于2000年提到了生物制造。可见生物制造的概念早已备受关注。宽泛的生物制造定义为：包括仿生制造、生物质和生物体制造，涉及生物学和医学的制造科学和技术均可视为生物制造。

　　那么，生物制造在哪些领域有所应用呢?

　　在近日举行的2013先进智能制造技术发展研讨会上，北京航空航天大学仿生与微纳生物制造技术研究中心的陈华伟副教授介绍说，生物制造主要分四个领域，分别是生物加工成型、机械仿生制造、组织器官制造和生物机电系统制造。

　　如今，产业界和学术界对上述四个领域均有所探索，并将改变传统制造业和人类的生活。

　　以生物加工成型为例。按照业界定义，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体基产品，或是利用生物的加工特性，加工成型复杂零件。

　　与传统的物理和化学加工成型相比，生物加工成型具有高效成型的优势，可用于制造功能涂层材料、高效交通界面和微创机械界面。

　　目前，生物加工成型创造的价值已经开始突显。如每年1700万人死于心血管疾病，仿生减阻内壁的人工血管则能确保顺畅的血液循环，提高器官存活几率，避免心肌梗塞。。再比如，2008年中国民航消耗航空煤油1175万吨、摩阻为40%，而采用生物加工成型的减阻表面可减少3%的油耗，相当于节省胜利油田单月原油产量。

　　除了生物加工成型，利用生物制造技术，还可以进行组织器官的制造，目前比较热门的电子皮肤即属于此类。此外，生物制造还可以通过模仿生物材料形态，设计制造出具有生物表面或是生物结构功能的产品。

　　生物制造还有一个重要的方向是生机电一体化制造，即模仿生物的结构材料、运行状态和功能方式，设计制造具有生物特征的产品。该制造方式将在很大程度上改变人类的生活。比如，随着该技术的进步，未来可能会产生健康监测贴片，可对人体循环系统进行实时监测。

　　如何把握机会

　　陈华伟副教授对生物制造的前景表现得非常乐观。他表示，人类的历史分别经历了农业经济时代、工业经济时代和信息经济时代，现在业界普遍认为，下一个时代将是生物经济时代。所以，生物制造的发展将会有非常广阔的前景。

　　事实上，生物制造已经得到了多方重视。美国科学基金会将生物制造列为高新科技的十个主要方向之一。而中国2011年发布的《中国机械工程技术路线图》则将仿生制造列为机械工业重点发展的六大主题之一。

　　按照国家《生物产业发展“十二五”规划》，到2015年，我国生物制造产业年产值达到7500亿元。

　　那么面对如此广阔的前景，中国又该如何把握机会发展生物制造产业呢?

　　陈华伟认为，一方面，生物制造属于交叉学科，涉及学科范围很广。应当创立“生物制造”新学科，加大协同创新和学科交叉力度。另一方面，加大投入力度，丰富生物制造装备体系，拓展产品体系，以推动生物制造业的发展。

　　生物制造拥有坚实的材料科学、制造技术和生物学基础，它突破了传统的制造科学和生命科学间的鸿沟，将制造科学引导至一个新的天地。