生物制造：生物学如何推动制造业走向未来

生物制造是当今兴起的最引人入胜的技术之一，尤其是因为它提出了一个悖论：生物制造正在推动令人难以置信的、前所未有的技术进步。这一切都是由基于自然的工具推动的，例如发酵、酶和微生物——我们所知道的一些最古老、最基本的过程。

生物技术制造使用这些工艺代替传统的合成、能源密集型工艺，这些工艺用于制造塑料、橡胶、尼龙等产品。在本文的其余部分，我们将更详细地了解生物制造工艺——包括特定的它可能影响的制造功能和行业，以及生物技术制造的好处。

仔细观察：生物制造工艺细节

生物制造依赖于自然发生的过程和反应来产生通常通过合成过程产生的输出——例如材料、产品或化学品，仅举几例。从广义上讲，几乎所有的制造都是基于使用能量（例如热量）来改变某物的形式。它大大降低了这种能量需求，有利于通过自然反应进行生产。

令人难以置信的是，几乎所有生物制造所基于的生物过程是一个相当普遍的过程——发酵。发酵利用天然存在的微生物和酶进行反应。它是我们一些最广泛使用的食品（例如面包和啤酒）的来源。发酵的功能和能力已经不是什么秘密，因为这个过程已经使用了数千年。

然而，随着制造商寻求提高利润、促进可持续性和创新生产力的方法，研究人员和工程师已经确定了使用发酵进行制造的新方法和创造性方法。

生物制造可能涉及的一些过程如下：

• 原材料生产，包括塑料、纸张和纺织品
• 化学生产，利用发酵来开发肥皂、洗涤剂等
• 能源生产，利用生物质发电
• 通过自然过程而不是添加剂和防腐剂来强化和增强食品

在下一节中，我们将更广泛地了解受这些功能影响的行业。

跨行业的生物制造

在上述例子的基础上，生物制造已经影响了广泛的行业；这种影响可以很好地扩大。

其中一些行业包括：

• 建筑和施工： 除了上述发酵示例外，它还以两种主要方式用于建筑行业：
  • 生物水泥： 利用微生物使水泥更坚固
  • 生物修复： 利用微生物将有毒物质分解成可安全处理的物质

• 电子产品： 在电子元件制造中呈现令人兴奋的可能性——包括柔性印刷电路和触摸传感器以及内部和外部外壳组件。生物技术能够以传统材料的一小部分能源成本生产薄如纸的柔性塑料材料和电路，从而推动电子制造领域的重大创新。
• 消费品： 用于生产各种消费品——例如美容用品、塑料产品和组件、尼龙、纺织品、纸张等。在这些领域使用生物技术工艺可以在减少成本和减少浪费方面产生重大好处。
• 食品制造： 发酵过程的基础——酶和微生物反应——已经在整个食品制造中找到了不断扩大的用途。这包括：
  • 维生素和氨基酸强化
  • 为改善消化而进行的修改
  • 无需人工防腐剂即可延长食品保质期和安全性的抗菌剂
• 医药： 制药和医疗领域非常适合生物技术。该行业已通过众多应用做出回应，例如药物和疫苗生产、抗菌剂以及受控的按需分子生产。也许最令人兴奋的是通过类似“3D 打印”的过程生产按需组织甚至器官的潜力，为个别患者打造完美的定制贴合。

生物制造的好处

最后，我们将探讨生物制造提供的一些主要好处 - 现在和将来：

• 减少能源使用： 正如本文通篇所述，生物制造用自然发生的过程取代了能源密集型过程，这些过程通常只需要阳光和受控环境即可启动。诸如连续生物制造之类的过程 - 在初始催化后持续进行过程 - 以最少的监控进一步增加能量。更低的能源使用和成本有利于环境以及制造商和消费者。
• 增加创新： 我们所看到的进步代表了令人兴奋的新领域——从我们口袋里的电子产品到可能影响世界公共卫生的医学发展，无处不在。这项技术的可能性以及研究和测试所需的最低能源消耗为我们最优秀的人才提供了理想的起点，以便在众多行业和用途中进行创新。
• 可持续性： 除了更低的能源使用，通过生物技术制造的材料和产品更容易、更安全地回收和处理。生物制造的长期可持续性可能能够解决当前的许多废物处理和有毒材料问题。

生物制造确实是当今制造业中最令人兴奋的发展之一，它的许多用途和好处显而易见。它只会继续前进。