的过程科学基础研究
科学研究的基本步骤和流程
科学研究的基本步骤和流程科学研究是一种系统性的探索和发现知识的过程，它基于一系列严格的步骤和流程。
在进行科学研究时，每个研究人员都应遵循以下基本步骤和流程，以确保研究结果准确可靠。
第一步：确定研究主题和目标在进行科学研究之前，研究人员首先需要确定研究的主题和目标。
这一步骤的关键是明确研究的问题是什么，以及想要通过研究解决什么问题或获得什么样的知识。
第二步：收集和评估现有的知识在开始研究之前，研究人员应该收集和评估与他们所研究的主题相关的现有知识和研究成果。
这有助于他们了解已有研究的局限性和未解决的问题，并为他们的研究提供一个基础。
第三步：制定研究假设和问题在进行科学研究时，研究人员需要制定一个或多个研究假设和问题。
研究假设是对研究问题的解释或解决方案的预测，而研究问题则是明确要回答的问题。
第四步：设计研究方法和实验方案在设计研究方法和实验方案时，研究人员需要确定研究的参与者、数据收集方法、数据分析方法以及实验的具体步骤。
这些方法和方案的选择应该与研究的目标和问题相一致，以确保研究的可靠性和有效性。
第五步：收集和分析数据在进行实际研究时，研究人员需要按照之前设计的方法和方案收集数据，并进行数据分析。
数据采集可以通过观察、实验、调查等方法进行。
数据分析通常涉及统计分析和解释数据的过程。
第六步：得出结论在完成数据分析后，研究人员可以根据数据和结果得出结论。
结论应该回答研究的问题或测试研究假设，并与之前的研究成果进行比较和讨论。
第七步：分享研究成果和评估一旦研究完成，研究人员应该向科学界和其他相关领域的专家分享他们的研究成果。
这可以通过发表科学论文、参加学术会议或进行专题讲座等方式来实现。
研究人员还应接受同行评议，接受其他专家和同行的评估和建议。
总结科学研究的基本步骤和流程是一个系统而复杂的过程，需要研究人员严格按照一定的方法和原则进行。
通过明确研究的主题和目标、评估现有的知识、制定研究假设和问题、设计研究方法和实验方案、收集和分析数据、得出结论以及分享研究成果和评估，科学研究能够获得准确可靠的结果，并推动学术和知识的发展。
科学研究的基本流程与思路
科学研究的基本流程与思路从小学到大学，我们学习了很多科学知识，如物理、化学、生物等，但许多人可能不知道这些科学知识是怎样被研究出来的，又是以怎样的方式进行探索和发现的。
科学研究并非纯粹的实验观察和数据分析，而是一个以探究为导向、以实践为基础、以理论为指导、以创新为目标的系统过程。
在这篇文章中，我们将从科学研究的基本流程与思路入手，对科学研究的过程进行深入的探讨和分析。
科学研究的基本流程科学研究虽然有不同的针对不同领域所设置的规范和流程，但总的来看，科学研究可以分为以下基本流程：第一阶段：问题的提出科学研究始于问题，问题可以从成熟的理论、自然现象中来，也可以从人类社会生活中提出。
问题的提出必须清晰、明确、具有研究意义和挑战性，为研究者开展研究工作提供了基础和动力，其重要性不言而喻，它决定了接下来的研究方向和研究的深度。
第二阶段：背景的调研在确定问题后，研究者需要对其所涉及的领域或问题进行背景调查、资料收集。
这一环节是极为重要的，调查过程中需熟悉文献、专著、期刊、主题史料等的检索和利用方法，对前人的研究成果和新进展的成果进行归纳总结，并进行有效研究和分析，这有助于研究者对当前领域的深刻理解以及定位自身的研究点。
第三阶段：研究设计研究方案的设计影响着研究的深度和有效度。
该环节一方面需要研究者运用所学知识和实践经验，对问题进行详尽的分析和归纳总结，从而形成可靠的研究方案；另一方面则需要考虑实验设计、数据收集、分析等环节的安排，以所需要的研究中所需的实验设备、实验操作步骤、数据收集方法和分析方法进行具体的安排和制定。
第四阶段：实验和数据的获取在实验阶段，研究者需针对研究对象或研究问题进行一系列针对性实验的设计，并通过实验手段，收集数据和信息，从而逐步通过数据分析，找出问题的答案。
第五阶段：数据分析与解释在数据获取后，研究者需要对数据进行系统的统计分析、计算、图表绘制等操作，力求发现数据之间的规律性和相互的关联性，探析其内在性质；同时，研究者还需要对成果所取得的结果进行解读和说明。
科学研究基本过程
科学研究基本过程科学研究是基于科学方法进行的系统性探索和研究活动，其基本过程通常包括以下几个步骤：问题提出、背景调研、假设提出、实验设计、数据采集、数据分析、结论得出和结果公布。
接着是背景调研阶段。
科学家需要对相关领域的研究进行综述和分析，了解已有的研究成果和存在的问题，明确自己的研究目标和创新点。
背景调研旨在为研究提供理论基础和实际依据，同时帮助科学家确定研究的范围和方法。
第三步是假设提出。
基于问题提出和背景调研，科学家需要形成一个或多个创新的假设，以解释问题的原因、机制或规律。
假设是科学研究的核心，需要具备可测试性和可验证性，以保证研究的科学性和有效性。
在假设提出后，科学家需要设计实验或观察方案，并收集相关数据。
实验设计需要严格控制变量，确保实验的准确性和可重复性。
数据采集可以通过实验观测、问卷调查、统计数据收集等方式实现，需要根据研究目标选择合适的方法和工具。
数据采集完成后，科学家需要进行数据分析。
数据分析是科学研究的关键环节，它可以通过统计学方法、图表分析、模型建立等方式进行。
数据分析的目标是识别数据的模式和趋势，验证或推翻研究假设，并获得对问题的客观、准确的解释。
基于数据分析的结果，科学家可以得出一份结论。
结论应严格根据数据和证据来推断，必须符合科学规范、逻辑合理和事实真实。
结论应清晰、简明，能够回答研究问题，并具备启发性和指导性。
最后，科学家需要将研究结果进行公布。
结果公布是科学研究的重要环节，可以通过学术论文、会议报告、专利申请、科普文章等形式实现。
科学家还应积极与学术界和社会各界进行交流和合作，促进研究成果的应用和推广。
需要指出的是，科学研究的过程是动态的、循环的。
在公布研究结果后，科学家往往会接受同行的评审和批评，重新审视研究问题和结果，进一步完善和改进自己的研究工作。
这种循环性的迭代过程有助于科学知识的积累和创新的产生。
总之，科学研究的基本过程包括问题提出、背景调研、假设提出、实验设计、数据采集、数据分析、结论得出和结果公布。
基础科学研究的六步法则顺序依次为
基础科学研究的六步法则顺序依次为
科学研究是一个系统性的过程，它需要运用某些具体的步骤来达成预期的目标。
为了使科学研究具有规律及可操作性，一种基础科学研究的六步法则被提出，即定义研究问题、收集信息、分析资料、原理假设、实验测定和讨论结果。
第一步是定义研究问题，是研究的基本。
研究者经过充分的考虑，明确了要解决的科学问题，并找出解决该问题的办法。
然后根据此问题，通过对固有概念和数量的定义，识别要被调查的问题和变量，以及研究的方法。
第二步是收集信息，即收集有关变量的数据和资料。
要解决科学问题，首先要搜集更多有关现象的信息；其次，要从各个可靠来源及多种类型的数据中，合理挑选资料。
第三步是对资料进行分析。
研究者要看清数据的特点，甄别其内在规律，绘制分析图表，并对重要变量进行统计学试验，精确地分析数据。
第四步是原理假设，研究者应该在上述研究工作的基础上进一步推断出某种假设性原理，论证它是否满足数据资料的要求。
第五步是实验测定。
有时，仅凭数据分析还不足以确定研究问题的答案，可能还需要采用更加精确的实验测定手段作为补充，以获得有效的科学证据。
最后一步是讨论结果，包括研究问题的解决原理及其证明，以及对科学理论及其实际应用的总结，为今后研究提供参考和借鉴。
总之，基础科学研究的六步法则把科学研究整合为一个可操作性的系统，用于解决科学问题，使科学研究达到有效的结果。
这些步骤可以增强研究者的能力，使其做出更科学的独立判断，也可以为学术界累积了很多可供借鉴的经验。
教育科学研究的基本过程
教育科学研究的基本过程教育科学研究是一项系统性的工作，需要经过一系列的步骤和过程。
下面将介绍教育科学研究的基本过程。
第一步：确定研究问题研究问题是教育科学研究的起点，也是最重要的一步。
研究问题应该具有一定的现实意义和科学价值，能够解决实际问题或推动教育发展。
确定研究问题需要对相关文献进行综合分析和归纳总结，同时也需要考虑研究的可行性和实际操作性。
第二步：制定研究计划研究计划是教育科学研究的指导性文件，包括研究目的、研究方法、研究对象、研究过程和研究成果等方面。
制定研究计划需要考虑研究问题的特点和研究者的实际情况，同时也需要遵循科学研究的基本原则和方法。
第三步：收集研究资料收集研究资料是教育科学研究的重要环节，也是研究成果的基础。
研究者可以通过文献查阅、实地调查、问卷调查、访谈等方式收集研究资料。
在收集研究资料的过程中，需要注意保护研究对象的隐私和权益，同时也需要保证研究资料的真实性和可靠性。
第四步：分析研究资料分析研究资料是教育科学研究的核心环节，也是研究成果的关键。
研究者可以通过统计分析、质性分析、逻辑分析等方式对研究资料进行分析和解释。
在分析研究资料的过程中，需要注意遵循科学研究的基本原则和方法，同时也需要考虑研究问题的特点和研究者的实际情况。
第五步：撰写研究报告撰写研究报告是教育科学研究的最终成果，也是研究者向社会公开研究成果的方式。
研究报告应该具有一定的学术水平和科学价值，能够为教育实践和教育研究提供参考和借鉴。
在撰写研究报告的过程中，需要注意遵循科学研究的基本原则和方法，同时也需要考虑读者的需求和实际情况。
教育科学研究的基本过程包括确定研究问题、制定研究计划、收集研究资料、分析研究资料和撰写研究报告等环节。
这些环节相互关联、相互依存，需要研究者在实践中不断探索和完善，才能取得更好的研究成果。
高一科学科学研究的基本过程
高一科学科学研究的基本过程科学研究是一种系统而有条理的探索性活动，旨在解决问题、发现新知和推动人类知识的进步。
在高一学生的科学学习中，通过学习科学研究的基本过程，能够培养学生的科学思维能力和创新精神，提高科学素养。
本文将介绍高一科学学习中的基本研究过程，包括问题提出、背景调查、目标设定、实验设计、数据收集和分析、结论验证以及结果展示的过程。
1. 问题提出科学研究的起点是问题提出。
在高一科学学习中，问题可以是基于课堂学习内容的，也可以是基于学生的兴趣和好奇心的。
通过提出问题，能够引起学生的思考，激发他们的求知欲望和探索欲望。
2. 背景调查在提出问题之后，需要进行背景调查，了解相关的知识和前人的研究成果。
通过文献查阅和互联网搜索等途径，查找相关的信息，从而对问题有更深入的理解。
3. 目标设定在明确问题的基础上，需要设定明确的研究目标。
研究目标应该是具体、可操作的，并符合实际可行性。
通过设定目标，能够让研究更加有针对性和有效性。
4. 实验设计实验设计是科学研究的核心环节。
在高一科学学习中，实验设计可以根据具体研究目标，确定实验的内容、方法和步骤等。
在设计实验时，要考虑到实施条件、控制变量，以及合理的对照组设计。
5. 数据收集和分析在实验进行过程中，需要准确地收集实验数据。
收集的数据可以通过观察、测量、统计等方式得到。
在收集完数据后，需要对数据进行整理和分析，运用数学统计等方法进行数据处理和结果的研究。
6. 结论验证通过数据的分析和结果的研究，可以得出初步的结论。
这时需要进行结论的验证。
验证的方法可以是进行多次实验重复，或者与前人的研究成果进行比较验证。
验证的过程需要严谨，确保结论的可靠性和科学性。
7. 结果展示研究结果的展示是科学研究的最后一步。
展示的方式可以是写研究报告、制作海报、进行口头报告等。
在展示结果时，需要清晰地表达研究的目的、方法、结果和结论等内容，使观众能够理解和接受研究的成果。
通过高一科学学习中的科学研究过程，学生能够培养科学思维能力和创新精神，提高解决问题和开展科学实验的能力。
基础科学研究的历史进程与成果成就
基础科学研究的历史进程与成果成就基础科学研究，是指为了揭示宇宙本质、探索自然规律、推动科技进步而开展的探索性、开拓性研究。
它解扣了科学发展的核心，深刻地改变了人们对世界的认识，推动了无数科技创新和应用，是科学发展的根基和动力。
一、基础科学研究的历史进程自古以来，人们就开始了解自然界的奥秘，埋头于植物、动物、天文学等领域的探索。
18世纪欧洲的启蒙运动为科学发展注入新的活力，科学家们依托已有的实验手段和方法，开展了电、热、光等基础科学的研究，为科学革命奠定了基础。
19世纪，科学家们继续探索莫勒、迈克尔逊、莫斯雷等在物理学中的重大成果。
20世纪，量子力学、相对论、宇宙学等重要领域的理论研究在基础科学领域有着巨大的推动作用。
21世纪以来，基因组学、生物学、计算机科学等领域的研究不断推进，人工智能、虚拟现实等多项科技也在基础研究的基础上飞速发展。
二、基础科学研究的成果成就基础科学研究的成果是巨大的，为人类获得了伟大的进步。
这些成果有：1. 物理学成果：物理学是基础科学的中坚力量之一，它为人类提供了关于宇宙、物质、能量的众多知识和发展。
经典力学、电磁学、量子力学、相对论等都在现代科技的发展中起到了极其重要的作用。
比如，电磁学的成果孕育了电子、计算机、通讯等技术的诞生和发展；相对论的成果推动了原子能使用和航空航天事业的发展等。
2. 化学成果：化学作为物质的研究，其成果在现代技术和生活中得到了广泛的应用。
化学对燃料、塑料、能源、医药等产业的发展做出了重大贡献，也为环境保护、食品安全、材料开发等领域带来了新的思路和改进方法。
3. 生物学成果：生物学是人类认识生命现象和探索生命奥秘的学科。
生物学的研究除了帮助人们了解自身的构成与机能外，更深刻地影响着人们的一生。
通过生物学研究，人们可以了解生物的遗传规律，推进生物医学方面的技术进步，从而为人类治疗疾病、保障健康提供了重大的方式和手段。
总之，基础科学研究的发展与成就，无不彰显着科技进步的日益突出，以及我们正在飞速向一个更为先进和美好的未来迈进。
科学研究基本过程-PPT
科学研究基本过程
——致准备开始做研究的学生
步骤1：通过科学的需求分析确定研究课题
科学研究的需求来源非常广，常见的有： 1）国家重大需求； 2）产业共性需求； 3）社会发展需求以及人民生活改善需求等等。 4）一类需求来源于更纯粹、更抽象的学科发展内在的推动
力（比如学科理论基础的完整性和统一性），也可能来源 于技术本身发展的惯性趋势（比如一些会引导甚至创造需 求的新技术）。 5）研究人员的好奇心和个人兴趣也会成为一种内在的科研 动力。
对这些问题的准确回答是科学研究过程中最重要的任务。很多研究工作最 终之所以成为同行不屑一顾的“垃圾”，往往是因为调研上出了问题，结果 导致重复了别人的工作，或者解决了别人早已解决了的问题，或者做了远不 及当前最好方法的工作。
步骤3 ：提出问题
1）调研的最终结果是提炼出真正有价值的学术问题。
让我们再次重温爱因斯坦的至理名言吧：“提出（发现）一个问题往 往比解决一个问题更为重要，因为解决一个问题也许只是数学上或实验 上的一个技巧而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度看旧问 题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。
(6) 结论不同于摘要，应明确区分。摘要应更全面、更抽象地概括全文， 而结论则主要强调论文的科研工作对该领域的贡献，例如如何做是好 的，如何做可能是有问题的，但不论文或专利撰写
教育科学研究的基本过程
教育科学研究的基本过程教育科学研究是一种系统性的探索和分析，旨在提高教育质量并促进学生学习和发展。
它不仅关注教育实践中的问题，还研究了教育理论和教育政策的基础。
教育科学研究的基本过程可以总结为以下几个步骤。
第一步：确定研究问题教育科学研究的第一步是确定研究问题。
研究者需要明确自己要研究的问题，并对该问题进行深入的分析和思考。
研究问题的选择应该基于实践中的需求或理论上的缺口，以确保研究的实用性和重要性。
第二步：收集研究资料在确定了研究问题后，研究者需要收集和整理相关的研究资料。
这包括查阅相关的文献、采集相关的数据和材料等。
研究者应该广泛地查阅文献，了解已有的研究成果，并结合自己的研究问题进行分析和综合。
第三步：制定研究假设在收集了相关的研究资料后，研究者需要制定研究假设。
研究假设是对研究问题的一个预测或假设，可以通过实证研究来验证。
研究者应该根据已有的理论和研究成果，制定出合理的研究假设，并对其进行详细的说明和论证。
第四步：设计研究方法研究方法是教育科学研究的核心。
研究者需要设计出合适的研究方法来收集和分析数据。
研究方法可以是定量的，也可以是定性的，可以是实验研究，也可以是调查研究。
研究者应该根据自己的研究问题和研究假设，选择合适的研究方法，并详细描述研究的步骤和过程。
第五步：收集和分析数据在设计好研究方法后，研究者需要进行数据的收集和分析。
数据的收集可以通过问卷调查、实地观察、访谈等方式进行。
数据的分析可以采用统计分析、内容分析、质性分析等方法。
研究者应该详细地描述数据的收集过程和分析方法，并对数据进行准确和全面的分析。
第六步：得出结论和提出建议在分析了数据后，研究者需要得出结论并提出相应的建议。
结论是对研究问题的回答，建议是针对实践问题的解决方案。
研究者应该根据研究结果，对结论进行推理和论证，并提出合理和可行的建议。
第七步：撰写研究报告研究者需要撰写研究报告，将研究过程和结果进行总结和归纳。
研究报告应该包括研究的背景、目的、方法、结果、结论和建议等内容。
神经科学突触再生过程相关基础研究
神经科学突触再生过程相关基础研究神经科学的突触再生过程是一个备受关注的课题，它对于理解神经系统的再生能力和恢复功能具有重要意义。
在突触再生过程中，神经元需要重新建立连接，并实现功能重建。
本文将对神经科学突触再生过程相关的基础研究进行探讨，包括突触功能恢复、突触成分重建以及突触形态重塑的机制等。
突触再生是神经突触（synapse）在受到损伤后再生的过程。
突触是神经元之间传递信息的重要连接点，它由突触前膜、突触间隙和突触后膜三部分组成。
当突触受到损伤或疾病的影响时，突触的结构和功能可能被破坏，从而导致神经元的正常信号传递受阻。
因此，突触再生的研究对于理解和治疗神经系统疾病具有重要意义。
在突触再生过程中，突触功能的恢复是关键环节。
研究表明，突触再生过程中，原有的突触前膜和突触后膜可能通过突触桥（synaptic bridge）相互连接，以实现信息的传递。
突触桥是由突触前膜扩展到损伤处，并与周围的神经元或突触后膜形成连接。
通过这种连接方式，突触再生可以在一定程度上恢复原有的突触功能。
除了突触功能的恢复，突触再生还涉及到突触成分的重建。
突触成分主要包括神经递质、突触蛋白和突触小体等。
当突触受损时，这些成分可能会流失或被破坏，需要重新合成和分配。
研究发现，突触再生过程中，突触成分的合成和传输可能由损伤部位周围的神经元或细胞负责。
这些细胞可以通过突触递质的释放和细胞间相互作用，促进突触成分的合成和分配，进而实现突触的再生。
此外，突触再生还涉及到突触形态的重塑。
神经元的突触具有高度可塑性，可以通过各种机制改变其形态和连接方式。
当突触再生时，神经元可以通过重塑其突触的形态和结构，以重新建立与其他神经元的连接。
研究表明，突触形态的重塑可能涉及到细胞骨架的调整和突触蛋白的重组。
这些机制可以促进突触的再生和修复，从而恢复神经元的正常功能。
综上所述，神经科学突触再生过程相关的基础研究对于理解神经系统的再生能力和恢复功能具有重要意义。
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2009·5·Ch ina Bas ic Sc ience 2 0
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中国基础科学 ·工业生物技术专刊
二 、重点进展和在国际上的地位
在 973计划的支持下 ,本项目已经取得系列研 究进展 。 1. 大规模培养细胞群体效应及复杂多相流场测 试方法 (1) 大规模培养过程中群体行为研究 用比较脂组学方法分析了工业乙醇发酵过程中 群体酵母细胞的磷脂组成和含量变化 ,发现在连续 发酵过程中不同阶段的磷脂代谢明显不同 。主要变 化的磷脂种类是 磷脂 酰 肌醇 ( P I) 、磷 脂 酰丝 氨酸
粘度越来越高 ;并且发酵罐内微生物对高剪切敏感 , 所以需要低剪切 、高流动的搅拌器 。 2. 绿色工业生物过程高效全局优化原理 发现了一种新的高效酯化用脂肪酶的假丝酵母 脂肪酶基因 ,采用基因表达手段获得高产基因工程 菌 ,脂肪酶活力达到了 12 000 U /m l,在我国首先实 现了酯化用脂肪酶的产业化 。发明了一种新的利用 膜固定化脂肪酶新方法 ,可用于多种产品的绿色酶 法合成工艺 ,打破了国际酶制剂巨头丹麦 NOVO 采 用的树脂颗粒状固定化方法的专利垄断 。发明了酶 法合成棕榈酸异辛酯绿色合成新工艺 ,建立了 1000 吨 /年酶法棕榈酸异辛酯的工业化装置 ,生产成本低 于化学法 ,同时没有污水排放 ,年减排污水 2 万吨 。 发明了脂肪酶合成维生素 A 棕榈酸酯绿色合成新工 艺 ,采用维生素 A 醋酸酯和棕榈酸转酯化生产维生 素 A 棕榈酸酯 ,转化率已达到 90%以上 ,少用有机溶 剂 5500吨 ,污水减少 27 万吨 。建立了维生素 A 棕 榈酸酯的工业化装置 ,获得国家发明专利 。发明了 高档润滑油主要原料二元酸酯和多元醇酯的酶法合 成新工艺 ,并实现了产业化 ,产品多元酸酯已用于我 国三代改进型坦克润滑油和减振液 。 以脂肪酶为催化剂的绿色化学合成工艺实现了 高效 、低成本 、低能耗 、低排放的全局过程优化 ,打破 了国外的技术封锁和垄断 ,获得 2008 年国家技术发 明奖二等奖 。 3. 生物转化过程优化新策略 筛选得到能够高效催化裂解井冈霉素并应用于 大规模生产井冈霉醇胺的微生物新菌株 ,其生物催 化活力居国内外最高水平 ;建立了生物催化新工艺 , 产业化中裂解产物井冈霉烯胺浓度高达 2000μg /m l 以上 ;研究了高纯度井冈霉素裂解产物分离新方法 , 缩短了工艺流程 ,解决了分离难题 ,产品收率从 31% 提高到 76%以上 ; 开发了井冈霉素新一代生产工艺 用于高纯度井冈霉素的生产 , 100吨发酵罐井冈霉素 A 发酵效价从 10 000μg /m l提高到 30 000μg /m l以 上 ,原料成本下降近 70% ,成为全球时空产率最高和 成本最低的抗生素 ;建立了节能减排分离新工艺 ,能 耗和废水排放减少 20%以上 ,井冈霉素从 10%以下 的低纯度粗制品提高到 60% —90%高纯度制品 。井 冈霉醇胺作为关键中间体可用于生产新一代酶抑制 剂类糖尿病治疗药物 ,高纯度井冈霉素是生物农药 新规格高端品种 。本技术成功打破了国外技术和市 场的垄断 ,具有自主知识产权 ,产品出口国际市场 ,
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中国基础科学 ·工业生物技术专刊
收稿日期 : 200927231 修回日期 : 2009210219 联系作者 :谭天伟 ,教授 , twtan@mail. buct. edu. cn。 研究资助 :国家重点基础研究发展计划 (2007CB714300) 。
我国在工业生物技术上游领域 (细胞工程 、基因 工程等 )和世界先进水平差距较小 ,在某些方面甚至 处于领先水平 ,但在工业生物技术的过程科学基础 研究方面与国外有较大的差距 ,尤其是过程放大原 理和方法 。我国生物技术新产品转化能力差 ,缺少 有自主知识产权的产品中试 、放大技术平台 ,不能迅 速把实验室成果转化为工业产品 ,致使我国许多工 业生物过程与发达国家相比普遍存在能耗高 、资源 综合利用率低 、环境污染严重 、产品质量差 、工业放 大周期长等问题 ,例如 :我国工业原料利用率较国外 先进水平低 10% —20% ,产品回收率低 5% —15% , 而能量消耗高 20% —30% , 操作方式粗放 , 排 污严 重 。至今我国的大型工业生物过程依然主要依赖国 外技术 。 过程科学的创新将不仅解决我国现有工业生物 过程中的优化放大问题 ,而且还可使我国在生物技 术上游的大量前期投入得以回报 ,实现巨大的经济 效益 ,为加快我国生物技术产业化的步伐 、提高我国 生物技术产业的国际竞争力做出重大贡献 。基于上 述形势和国家重大需求 , 2007 年国家重点基础研究 发展计划 ( 973 计划 )立项支持了“工业生物技术的 过程科学基础研究 ”项目 。
关键词 :工业生物技术 过程科学 细胞群体效应 过程直接放大 过程优化 中图分类号 : Q81 文献标识码 : A 文章编号 : 100922412 (2009) 0520020207
一 、国内外的相关领域现状和趋势
过程工程科学问题是我国生物技术产业化的关 键 。中国 是 一 个 工 业 生 物 技 术 大 国 , 发 酵 体 积 达 1000万 m3 ,位居世界第一 。主要发酵产品包括医药 制品如抗生素 、维生素等 ,大宗化学品如乳酸 、丙烯 酰胺 、燃料乙醇 、丁醇和精细化学品等 ,主要产品产 值已达到 3500 亿元以上 。由于我国在发酵工业上 雄厚的产业基础 ,随着化石资源的日益枯竭 ,以生物 质为原料生产化学品 、能源等工业生物过程将在我 国国民经济中占有更重要的地位 。
5. 中国科学院过程工程研究所 ,北京 100190; 6. 江南大学 , 无锡 214122
摘 要 本文简述了工业生物技术领域在过 程科学方面的研究现状及发展趋势 ;从“大规 模培养细胞群体效应及复杂多相流场测试方 法 ”、“绿 色 工 业 生 物 过 程 高 效 全 局 优 化 原 理 ”、“生物转化过程优化新策略 ”、“生化反应 过程直接放大新方法 ”、“工业发酵过程优化 新方法 ”等 5个方面介绍了 973计划项目“工 业生物技术的过程科学基础研究 ”取得的重 点进展和在国际上的地位 ;并提出了在工业 生物 技 术 过 程 科 学 研 究 方 面 未 来 的 战 略 方向 。
( PS)和磷脂酰乙醇胺 ( PE) 。 运用 22D E结合 MADL I2TO F M S相结合的蛋白 质组学方法研究了工业乙醇生产过程 (连续发酵和 分批发酵 )中工业酵母群体细胞蛋白表达水平的变 化规律 。建立了连续发酵的不同发酵罐和分批发酵 的不同时期工业酵母细胞群体在乙醇生产过程中的 蛋白质表达图谱 。 运用脂质组学研究了群体细胞在剪切力作用下 磷脂分子的变化 ,结果表明磷脂及相关的磷脂酶在 群体细胞对剪切力响应的机械信号转导中起到重要 的作用 。 ( 2) 细胞群体效应协同变化人工调控模型 构建了基于群体效应信号分子的 、对氨苄青霉 素和卡那霉素胁迫响应的大肠杆菌 DH5α双菌株 ( ER 和 EG)人工共生体系 。采用 LC2M S2M S和 GC2 TOF2M S方法 ,确定 ER 细胞能够产生 3OC6HSL 信号 分子 , EG细胞能够产生 C4HSL 信号分子 。而且研 究表明 , ER 和 EG细胞最低初始浓度在 2 ×106 cells / m l左右就可维持此共生系统 。 ( 3) 利用细胞群体效应的正向调控 通过对链霉菌发酵生产抗生素过程中的群体感 应现象进行研究发现 ,当接种密度小于对照起始接 种量 15 倍时 , 产 物中 并没 有有 效霉 素的 同系 物积 累 ;而当接种密度大于或等于 15 倍时 ,在发酵液中 检测到有效霉素的同系物积累 。回添高密度发酵培 养基提取物的研究表明 ,加入了高密度发酵培养基 提取物 ,能激发类似高密度发酵过程中有效霉素合 成代谢的现象 。 ( 4) 建立了先进的测试技术平台和模型 、模拟 平台 建立了无干扰流场测试技术 ,包括 : X 射线 CT 技术 、P IV 流场测量技术 、PL IF浓度场和温度场测量 技术 、PL IF反应流测量技术 、高速相机和流场显微 系统 。 基于 M ixSim、FLU EN T和 EDEM 商用软件 ,已经 可以实现复杂搅拌釜结构的高水平网格划分 、不同 液相介质的搅拌釜流体力学模拟 、气泡或颗粒为离 散相而液相为连续相的流体力学模拟 。最终希望实 现基于 离 散 相 模 型 的 气 液 固 三 相 物 理 模 型 和 3D 模拟 。 用 CFX 软 件 模 拟 研 究 了 直 径 为 1m、体 积 为 1. 5m3发酵罐内的气液分散情况 。研究发现 ,发酵罐 内流体的粘度随时间变化 ,最初阶段与水近似 ,随后
高纯度井冈霉素国内外市场占有率第一 。 “高纯度井冈霉素生物催化生产井冈霉醇胺的 产业化技术开发 ”获得 2008年国家技术发明奖二等 奖 。鉴于 在 这 方 面 的 成 就 , 被 邀 请 在 Chem ica l R e2 view s发表文章一篇 。 4. 生化反应过程直接放大新方法 项目实现了工业生产菌株的代谢工程改造 ,优 化了发酵液组分 ; 以宏观代谢流分析与控制为核心 实现了发酵过程的优化 ; 实现了生理代谢特性和反 应器流场特性相结合的发酵过程放大 ; 建立了膜分 离和结晶技术相结合的提取技术 ,实现了红霉素节 能减排的清洁生产工艺技术 ; 提出了反应器流场特 性与菌体生理特性研究结合的放大原理 ,成功实现 50L —120m3 —370m3 发酵 罐工 程 放 大 ; 成 功 实 现 国 际上最大 370m3 耗氧发酵罐的放大 ,红霉素发酵单 位提高 30%以上 ;“先进技术集成的红霉素生产新工 艺 ”项目获 2008年上海市科技进步奖一等奖 。 5. 工业发酵过程优化新方法 以嗜热子囊菌 ( Therm obif ida fusca W SH03211 )发 酵生产角质酶为模型 ,研究了微生物利用发酵有机 废物厌氧酸化所产短链有机酸为碳源 ,发酵生产高 附加值产品的可能 。这是首次利用混合酸作碳源发 酵生产角质酶的研究报道 。 基于纺织酶制剂在退浆 、精炼和漂白过程中的 应用特性 、作用机理和动力学模型研究 ,以最佳处理 效果 、更强稳定性为目标 ,进行复合酶和酶复配组分 的探讨 ,在不同规模进行酶的应用研究 ,并建立了多 种酶制剂应用于棉织物前处理的效果评价方法 。 “棉织物前处理关键酶制剂的发酵生产和应用 技术 ”获得 2008年教育部高校技术发明一等奖 。鉴 于在这方面的成就 ,在国际学术会议上应邀作大会 报告 2次 、分会报告 20 次 ,特别是在第十四届世界 食品科技大会被邀请作大会报告 。