生化过程研究部

2025年度绿色生化过程研究部在基础和应用研究方面均有重要进展，发表SCI论文52篇，中国发明专利授权8项。承担国家重点研发计划、省重大专项、国家自然科学基金等项目30项，横向项目47项。

重点进展一：首次提出膜分离过程中的反离子竞争脱水机制

该研究突破传统依赖荷正电膜及“共离子竞争”的锂镁分离思路，发现致密荷负电纳滤膜可实现高镁截留与极低锂截留，性能优于传统方案。通过实验与分子动力学模拟，首次揭示了“反离子竞争脱水”新机制：在荷负电膜表面，富集的Mg²⁺竞争Li⁺水化层中的水分子，致使Li⁺部分脱水。该过程弱化了尺寸筛分作用，同时增强了Li⁺与膜间的静电吸引，从而显著促进了Li⁺的优先快速透过。这一发现完善了离子跨膜传输理论，为设计高选择性离子分离膜提供了全新原理指导（Nat. Commun., 2025, 16, 5731）。

图1 纳滤膜分离过程中的反离子竞争脱水机制示意图

重点进展二：机器学习赋能膜法生物药分离

研究针对生物药膜分离过程机制复杂、开发周期长、成本高的核心挑战，探索了数据驱动的机制识别与过程设计新范式。建立了生物医药膜分离数据库，实现机器学习模型高效迭代用于系统解析抗体药精制过程多参数的复杂耦合机制并精准预测了病毒清除性能；同时，将贝叶斯优化方法与机器学习模型耦合强化模型的智能自适应性，在确保蛋白选择性的同时显著提升通量。研究团队通过机器学习深度融合工艺机理，为生物药膜分离工艺的智能设计与强化提供了可扩展的创新解决方案。(J. Membr. Sci., 2025, 732, 124266 & Sep. Purif. Technol., 2025, 363, 132122).

图2 机器学习建模解决生物药膜分离工艺多因素耦合导致优化设计困难

重点进展三：酶膜反应器生产寡聚右旋糖酐及膜法分级示范工程

针对生物医药产品精准分离的关键需求，团队开发了可连续运行的酶膜反应器与多膜级联筛分装置，用于以寡聚右旋糖酐为代表的多糖类药物的可控制备及高效纯化。酶膜反应器通过协同调控酶解反应与膜分离过程，基于分子量自调节机制实现微分子量产物的精准控制，并在百吨级示范装置中完成工艺放大与稳定运行。研究进一步通过多膜级联工艺实现了右旋糖酐水解液中多组分产物的高效分离与纯化，产品纯度达99.4%，年处理能力为1056 m³。突破了传统化学水解-溶剂沉淀工艺能耗高、污染大和产品分子量分布宽等瓶颈，为多糖类生物药的绿色连续制造提供了工程化解决方案（J. Membr. Sci., 2025, 717 123630; Chem. Eng. Sci., 2025, 311, 121568）。