摘要：微小型生物反应器体积微小但在线分析检测和过程控制功能媲美台式装备。其核心支撑技术包括一次性材料及微加工技术、非接触式光学传感器、自动化以及实验设计(DOE)、数据分析软件与过程控制的整合。由于体积微小、湍流程度和单位能耗较低,微小型反应器内的混合、传质、剪切特性与工业规模设备有一定的区别。现阶段微小型生物反应器主要用于菌株和细胞系筛选和工艺优化,在实现高通量工艺的同时确保了数据的丰度,对缩短研发周期和加速产品上市,尤其是在应对突发性传染性疾病方面有着重要的意义。未来,精准医疗概念的落实也依赖功能柔性化的微小型生物反应器系统。

摘要：从50年前英国科学家解析出第一个蛋白质晶体结构以来,蛋白质晶体学历经数个里程碑式的发展,已经成为一门成熟的高科技学科,是结构生物学的主要研究手段。近年来结构生物学发展迅速并和其他学科相互渗透交叉,特别是受到结构基因组学等热点学科的极大带动。作为结构生物学的基本手段和技术,蛋白质晶体学从解析简单的蛋白质三维结构延伸到解决各类生物大分子及复合物结构,并更加注重研究结构与功能之间的相互关系,派生出诸如基于结构的药物设计等应用性很强的分支。生物技术及计算机技术的飞速发展,尤其是高通量技术在生物学领域的应用,为蛋白质晶体学带来了全新的概念和更加广阔的前景。文章将主要介绍蛋白质晶体学技术的一些历史发展以及对未来的展望。

摘要：生物制造以人工生物体系为催化剂合成工业化学品、药物和功能材料,具有低碳循环、绿色清洁等特征。酶蛋白是构建生物催化系统的重要功能单元,然而,由于缺乏准确预测序列-功能关系的方法,目前酶的理性设计仍面临巨大挑战。因此,需要利用合成生物学工程化的思路和手段,从自然界中大规模挖掘新的酶蛋白元件,相关研究不但可以为开发工业酶制剂和构建细胞合成代谢提供优质元件,而且有利于快速获得酶蛋白序列-结构-功能间的对应关系,为建立预测与设计模型提供基础。本文针对酶元件工程化挖掘的关键技术进行综述:介绍了计算机辅助设计的算法和软件,用于将数据库中海量的酶蛋白序列按照实验目的进行聚类分析和优先化排序;总结了规模化合成组装、异源表达和功能筛选酶蛋白元件的高通量实验技术;讨论了如何综合利用计算与实验手段,系统性探索酶家族成员的催化性能。未来,通过综合计算机辅助设计、自动化合成生物构建、高通量测试等方法,设计和建设高度集成的工程化研究平台,成为实现对酶蛋白资源进行系统化的研究和挖掘的重要方向。

摘要：转基因技术是研究植物发育的有效的途径。比利时的作物设计公司(CropDesign)成功研制出称为TraitMill的技术平台,TraitMill平台不仅是一个能够大规模开展转基因和植株评价的高通量的技术平台,而且还是一个在植物表型上鉴定基因和基因组合的非常有用的工具。无论是在理想的植株生长条件下,还是在不同非生物逆境或营养胁迫条件下,利用TraitMill平台每年可成功地鉴定成百个不同的“启动子—基因”组合。基于对水稻生长发育的特别设计和高精度的测量方法改造,TraitMill平台已经全面应用于水稻转基因及其性状的评价。迄今为止,TraitMill平台是唯一一个将转基因技术和植株性状自动化评价系统相结合的技术平台。显然,应用于改良禾谷类作物产量基因的鉴定,TraitMill平台具有独特的优势。

摘要：“双碳”背景下,加快研发高效的能源与环境催化材料有助于推进能源清洁利用和环境污染治理。传统催化材料研发模式主要依赖实验试错方法,难以满足能源与环境领域对高效催化材料的研发需求。快速发展的机器学习等数据科学技术为催化材料研发带来范式变革的契机。基于机器学习、实验数据和计算数据的有机结合,可对催化材料进行快速筛选,突破传统试错法的局限性,有利于解决催化剂研发效率低、成本高等难题。本文从催化材料的位点预测、配方筛选、构型设计以及反应路径优化等角度讨论了机器学习方法加快能源与环境催化材料创新的研究进展,分析了不同训练数据获取途径对应的机器学习方法构建及其在催化材料开发中的应用,展望了机器学习加快催化材料研究方法创新的发展趋势,以期为促进其在能源与环境领域的应用提供启示。