合成生物学自动化装置iBioFoundry的构建与应用 被引量：4

1

作者 卢挥 张芳丽 黄磊 《合成生物学》 CSCD 2023年第5期877-891,共15页

合成生物学是一门关于设计、改造和重新合成生命的交叉融合性学科。它以工程化理念对生物体进行有目标的设计、改造,使其拥有满足人类需求的生物功能,甚至创造新的“人造生命”。由于生命体的高度复杂性,为达预定目标往往需要进行大量... 合成生物学是一门关于设计、改造和重新合成生命的交叉融合性学科。它以工程化理念对生物体进行有目标的设计、改造,使其拥有满足人类需求的生物功能,甚至创造新的“人造生命”。由于生命体的高度复杂性,为达预定目标往往需要进行大量人工试错性实验,导致研究成本高、进展缓慢。随着自动化合成生物技术的不断发展,目前全球各地有多个合成生物自动化设施已建成或在建中。本文从建设背景、设计构建、科研项目运行和应用前景等方面对浙江大学杭州国际科创中心建设的合成生物学自动化装置iBioFoundry进行介绍,通过大肠杆菌工程菌的批量构建和酶的定向进化及筛选案例对实验自动化方案制定、实验流程程序编写和上机运行的过程做简要描述和分析,并就装置耗材存储空间的分配、多实验任务并行和实验流程标准化建设等装置建设过程的一些思考做经验分享。合成生物学自动化装置可以帮助研究人员大幅提高实验效率,装置产生的大量高质量数据结合信息技术,有望高通量、低成本、多循环地实现合成生物学研究中“设计-构建-测试-学习”的自动化运行,加速合成生物学在基础及诸多应用领域的研究效率。 展开更多

关键词 合成生物学 生物铸造厂 自动化平台 标准化实验流程

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于系统生物学和合成生物学的重要平台化学品生物制造的研究进展 被引量：5

2

作者 袁海波 李江华 +2 位作者 刘龙 堵国成 陈坚 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第1期129-139,共11页

基于生物质资源的平台化学品制造,是解决目前石化资源枯竭和环境问题的重要措施,对经济社会的可持续发展具有重要意义。本文主要介绍了系统生物学和合成生物学在有机酸(琥珀酸、富马酸、L-苹果酸、葡萄糖二酸、丙酮酸、苯丙酮酸、α-酮... 基于生物质资源的平台化学品制造,是解决目前石化资源枯竭和环境问题的重要措施,对经济社会的可持续发展具有重要意义。本文主要介绍了系统生物学和合成生物学在有机酸(琥珀酸、富马酸、L-苹果酸、葡萄糖二酸、丙酮酸、苯丙酮酸、α-酮戊二酸)以及其他平台化学品(2,5-呋喃二甲酸)生物制造中的应用,并展望了生物制造在平台化学品生产中的未来发展方向。 展开更多

关键词 系统生物学 合成生物学 生物催化 生物技术 平台化合物 生物制造

在线阅读 下载PDF 职称材料

自动化高通量技术在天然产物生物合成中的应用 被引量：6

3

作者 胡哲辉 徐娟 卞光凯 《合成生物学》 CSCD 2023年第5期932-946,共15页

天然产物与人们的日常生活息息相关,是药物、食品、营养添加剂、色素、化妆品等产品的重要来源。发掘新的天然产物并实现其高效合成对于提升人们的生活水平至关重要。然而,研究通量低和产物产量低已成为限制该领域快速发展的两大瓶颈。... 天然产物与人们的日常生活息息相关,是药物、食品、营养添加剂、色素、化妆品等产品的重要来源。发掘新的天然产物并实现其高效合成对于提升人们的生活水平至关重要。然而,研究通量低和产物产量低已成为限制该领域快速发展的两大瓶颈。为了克服这些问题,自动化高通量技术的引入在天然产物生物合成领域具有重要意义。该技术可以将高度依赖人力资源的低通量和随机性手工操作的实验过程转变为基于先进设备的自动化、标准化和高效的研究过程。因此,将自动化高通量技术引入天然产物生物合成领域可以有效解决研究瓶颈,加速研发进程。本文综述了自动化高通量技术在天然产物生物合成领域的应用,阐述了其在天然产物挖掘、高效生物合成和快速检测等方面的优势。最后,讨论了该技术现存缺陷,包括仪器设备造价高昂、操作复杂,并且一些装置尚未得到推广。相信在合成生物、信息技术、自动化等多领域的共同协作下,自动化高通量技术具备的独特优势将为新型天然产物功能产品的开发提供可持续来源。 展开更多

关键词 合成生物学 天然产物 自动化技术 高产底盘 生物铸造

在线阅读 下载PDF 职称材料

合成基因线路的工程化设计研究进展与展望 被引量：1

4

作者 高歌 边旗 王宝俊 《合成生物学》 北大核心 2025年第1期45-64,共20页

合成基因线路利用合成生物学的技术和方法,将生物元件进行重新设计与构建,使人工设计的生物分子线路在活细胞中行使特定生物功能,在生物制造、医疗健康以及环境监测等领域具有巨大的潜力。但其工程化设计仍受到各种因素的制约,包括正交... 合成基因线路利用合成生物学的技术和方法,将生物元件进行重新设计与构建,使人工设计的生物分子线路在活细胞中行使特定生物功能,在生物制造、医疗健康以及环境监测等领域具有巨大的潜力。但其工程化设计仍受到各种因素的制约,包括正交元器件数量有限、大规模线路组装困难、线路行为预测性低等。根据研究者们开发的各种调控元件工具箱和组装方法,本文逐点阐述了工程化设计基因线路所需遵循的几个核心原则:正交化、标准化、模块化与自动化。文章从DNA复制、转录和翻译层面介绍了正交基因元件库的构建和改造方法;全面总结了基因元件的标准化定量表征方法与标准元件设计方法;并介绍了本团队与其他团队在模块化基因线路设计方面的相关进展;分别从软件、硬件和人工智能角度展示如何实现基因线路的自动化设计。最后,本文探讨了基因线路设计的未来发展趋势,指出需要进一步融合人工智能和自动化等信息技术来加速基因线路“设计-构建-测试-学习”循环的迭代,提高线路设计的功能可预测性和复杂性,高效设计出符合目标需求的人造生命体。 展开更多

关键词 合成生物学 基因线路设计 正交化 标准化 模块化 自动化

在线阅读 下载PDF 职称材料

合成生物研究重大科技基础设施概述 被引量：13

5

作者 张亭 冷梦甜 +1 位作者 金帆 袁海 《合成生物学》 CSCD 2022年第1期184-194,共11页

合成生物学研究中,海量的工程化试错实验远远超出传统的劳动密集型研究范式的能力范畴,故建立一个可以实现生命体工程化大批量合成的合成生物学研究平台迫在眉睫。然而目前国内外已建成的工程化平台只能基于少数孤立设备或功能岛实现部... 合成生物学研究中,海量的工程化试错实验远远超出传统的劳动密集型研究范式的能力范畴,故建立一个可以实现生命体工程化大批量合成的合成生物学研究平台迫在眉睫。然而目前国内外已建成的工程化平台只能基于少数孤立设备或功能岛实现部分流程,不能满足合成生物学全生命周期的研究需求。基于此背景,在国家、省市相关部门的大力支持下,由中国科学院深圳先进技术研究院牵头建设的“合成生物研究重大科技基础设施”,目前已完成全部立项程序,进入全面实施建设阶段,预计于2023年开展试运营和验收工作。本文将从建设背景、过程、内容、目标和特色等方面对合成生物研究重大科技基础设施进行介绍。设施工程一期将重点搭建“设计学习”、“合成测试”和“用户检测”三大平台,二期拟建设医学转化平台。合成生物大设施主要围绕自动化合成生物技术,以合成生物学基础研究为理论基础,把自动化工业发展过程中的智能制造、智能工厂理念引入到合成生物学研究中,实现生命体工程化大批量合成。通过建立基于信息管理系统的智能生产单元,快速、低成本、多循环地完成“设计-构建-测试-学习”的闭环,实现理性可预测的设计合成,达成合成生命体的远程定制、异地设计和规模经济生产等目标。同时将信息技术与生物技术交叉融合,发展出适用于自动化、高通量设备平台的标准化实验方法、算法和流程,以期推动合成生物研究过程和工作流程的标准化,进而推动我国合成生物研究水平的提升,成为行业标杆,领跑国际。此外,合成生物大设施还将催动基础研究的原创突破及学科之间的交叉融合,助力生命科学研究实现跨越式发展。 展开更多

关键词 合成生物学 工程化平台 合成生物学自动化平台 重大科技基础设施

在线阅读 下载PDF 职称材料

小型集成化自动移液工作站系统及应用 被引量：3

6

作者 褚亚东 赵宗保 《合成生物学》 CSCD 2022年第1期195-208,共14页

现代生物技术、合成生物学和化学生物学研究中经常需要处理大量样本,对通量、精准度和时效性有很高要求。手动液体分装、转移和分发等操作不仅给科研人员带来很大工作负荷,还是导致实验误差和效率低下的重要原因。搭建以移液工作站为核... 现代生物技术、合成生物学和化学生物学研究中经常需要处理大量样本,对通量、精准度和时效性有很高要求。手动液体分装、转移和分发等操作不仅给科研人员带来很大工作负荷,还是导致实验误差和效率低下的重要原因。搭建以移液工作站为核心的小型集成化自动移液工作站系统,整合必要的外围设备,并通过软件和人机交互界面协调各个设备运行,可用于完成大量耗费人力的工作,提高工作效率和科研数据质量。本文结合研究团队所搭建的自动移液工作站系统,介绍了集成化移液工作站系统的主要组成,分享其在菌株及培养基评价、酶的定向进化筛选、自动诱导表达及粗酶液制备、酶联免疫吸附筛选、高通量质粒提取等方面的应用,并对集成化移液工作站系统的不足和购置及使用中的注意事项做了简要说明。预计集成化移液工作站系统将在国内高校和科研院所得到越来越普遍的应用,但还需要加大研发投入,从硬件、软件、人才、多学科交叉等多方面入手,共同推动国产实验室自动化设备进步。希望能为科研人员今后设计和添置类似的集成化移液工作站系统提供参考。 展开更多

关键词 移液工作站 合成生物学 自动化 集成化

在线阅读 下载PDF 职称材料

LXI模块化测试平台技术及其应用 被引量：17

7

作者 寇小明 郭恩全 高天德 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2005年第4期101-104,100,共5页

LXI(LANeXtensionsforInstrumentation)是继机架堆叠式GPIB仪器、VXI/PXI虚拟仪器之后的新一代基于以太网络LAN的自动测试系统模块化构架平台标准。本文简述了虚拟仪器技术和自动化测试系统的发展历程,通过论述传统自动化测试系统的存... LXI(LANeXtensionsforInstrumentation)是继机架堆叠式GPIB仪器、VXI/PXI虚拟仪器之后的新一代基于以太网络LAN的自动测试系统模块化构架平台标准。本文简述了虚拟仪器技术和自动化测试系统的发展历程,通过论述传统自动化测试系统的存在问题与发展要求,以太网络技术与仪器测量要求的差异,以及目前以太网络及IEEE1558的技术突破,阐述了LXI技术的起因、主要特点,给出了基于LXI模块搭建的合成仪器测试系统的工作原理,最后阐述了LXI模块化测试平台在虚拟仪器和自动测试领域的应用展望。 展开更多

关键词 LXI IEEE 1558 合成仪器 自动测试系统 平台技术 模块化 应用 自动化测试系统 GPIB仪器

在线阅读 下载PDF 职称材料

加快推动生物制造创新研究

8

作者 谭天伟 《生物产业技术》 2017年第6期1-1,共1页

生物制造作为生物产业的重要组成部分,是生物基产品实现产业化的基础平台,也是合成生物学等基础科学创新在具体过程中的应用.生物质是自然界唯一含碳的可再生能源,发展绿色生物制造生产燃料乙醇、生物柴油、生物航煤、生物甲烷以及各种... 生物制造作为生物产业的重要组成部分,是生物基产品实现产业化的基础平台,也是合成生物学等基础科学创新在具体过程中的应用.生物质是自然界唯一含碳的可再生能源,发展绿色生物制造生产燃料乙醇、生物柴油、生物航煤、生物甲烷以及各种化学品和可降解生物材料是其最佳利用途径. 展开更多

关键词 生物制造 科学创新 可降解生物材料 基础平台 可再生能源 合成生物学 组成部分 生物产业

在线阅读 下载PDF 职称材料

从CO_(2)到有机物——碳中和的微藻绿色生物制造 被引量：4

9

作者 孙中亮 陈辉 王强 《合成生物学》 CSCD 2022年第5期953-965,共13页

微藻可以利用太阳能固定CO_(2)并转化为有机物,其作为合成生物物质的细胞工厂具有众多生物学和工程学优点。当前,全球正面临着碳减排和资源短缺的双重压力,通过微藻固碳合成化合物技术的攻关和突破,实现直接利用微藻固定CO_(2),有望建立... 微藻可以利用太阳能固定CO_(2)并转化为有机物,其作为合成生物物质的细胞工厂具有众多生物学和工程学优点。当前,全球正面临着碳减排和资源短缺的双重压力,通过微藻固碳合成化合物技术的攻关和突破,实现直接利用微藻固定CO_(2),有望建立以CO_(2)为原料、以太阳能为能源,规模化生产大宗食物、能源、化学品和医药保健品的未来新兴绿色生物制造产业,对于解决当前面临的粮食安全、环境污染和能源紧缺等问题具有战略意义。本文从光驱自养的角度,首先总结了微藻作为细胞工厂生产平台化合物、生物能源和高附加值化合物的途径、底盘改造策略等最新进展,进而对该技术的未来发展方向进行展望。最后,提出了微藻作为合成生物学高效底盘细胞,其广泛应用还应该从建立标准化的藻类基因与基因组编辑技术体系、深刻理解合成物质在藻细胞中的代谢流和控制机制以及提高生物量产率和光合作用效率等几个环节进行攻关,以加强微藻绿色生物制造产业的可控性和可复制性。 展开更多

关键词 微藻 CO_(2) 平台化合物 生物能源 高附加值化合物 合成生物学

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于机器视觉的高通量微生物克隆挑选工作站研制及应用

10

作者 张建康 王文君 +5 位作者 郭洪菊 白北辰 张亚飞 袁征 李彦辉 李航 《合成生物学》 2025年第4期956-971,共16页

微生物克隆挑选是基因工程生物实验中的关键环节,需要从生长有大量菌落的培养皿中将符合质量要求的单克隆菌落准确、快速挑取出来并接种到培养基中,以便进一步扩大培养或检测。在高通量实验中,克隆挑选环节任务量大、记录繁复、容易交... 微生物克隆挑选是基因工程生物实验中的关键环节,需要从生长有大量菌落的培养皿中将符合质量要求的单克隆菌落准确、快速挑取出来并接种到培养基中,以便进一步扩大培养或检测。在高通量实验中,克隆挑选环节任务量大、记录繁复、容易交叉污染,依靠人工操作难以在短时间准确完成。针对这一难题,本项目成功研制出一种自动化克隆挑选工作站,通过菌落图像的深度学习实现克隆定位和筛选,并利用机器人技术完成挑取-接种-清洗-高温灭菌过程。在所研制的可视化工作界面中,工作站系统能够个性化编辑适用于多种微生物克隆的多项实验操作流程。通过样机验证实验结果,证明了所研制系统和方法的可行性和有效性,为高通量实验室自动化发展提供了有效工具和有益实践。 展开更多

关键词 自动化平台 深度学习 克隆挑选 机器视觉 合成生物学

在线阅读 下载PDF 职称材料

国家基因库：共有、共为、共享 被引量：16

11

作者 王博 刘芳 +10 位作者 张二春 沃晨亮 陈振家 钱璞毅 卢浩荣 曾文君 陈泰 危金普 万仟 王韧 徐讯 《遗传》 CAS CSCD 北大核心 2019年第8期761-772,共12页

基因资源是国家的重要战略资源,保存、保护和合理利用基因资源将成为未来维护国家安全、打造核心竞争力的坚实基础和有效保障,然而我国在基因数据存储、样本存储等方面均起步较晚,无法满足国内日益增长的生命科学相关领域的研究发展需... 基因资源是国家的重要战略资源,保存、保护和合理利用基因资源将成为未来维护国家安全、打造核心竞争力的坚实基础和有效保障,然而我国在基因数据存储、样本存储等方面均起步较晚,无法满足国内日益增长的生命科学相关领域的研究发展需求。针对上述问题,2011年中国政府批复依托深圳华大生命科学研究院(原深圳华大基因研究院)建设我国首个读、写、存一体化的综合性生物遗传资源基因库深圳国家基因库(亦称国家基因库)。本文总结了国内外较有影响力的基因资源大平台的发展概况,着重阐述了国家基因库的定位与使命,以及“三库两平台”的结构与功能生物遗传资源的存储、读取、合成运用和开放共享。自2016年9月正式运行以来,国家基因库作为公益性、开放性、支撑性、引领性的战略性科技平台,已具备千万级可溯源样本存储能力,十万级基因组/年的存储和计算能力,建成首个国产化Pb(Petabases)级基因组数据产出平台以及千万碱基/年高效合成平台,同时基于自身平台能力,国家基因库建立了全面的开放共享机制,开展资源数据共享和公共平台服务,对生命科学研究和生物产业创新发展的支撑和助力初见成效。 展开更多

关键词 基因库 样本库 数据库 基因测序 合成生物学平台

在线阅读 下载PDF 职称材料