利用3D打印技术创建了一个可重复使用且易于调整的微流控生物反应器

“用铅笔绘图需要一笔笔画出每一个线条，直至图形完成。而印章只要印一次，想要的图形就出现了。”

生物制造是可持续获取材料的最有效方式，通过生物制造生产疫苗或者其他药物对于满足社会的治疗需求和遏制健康威胁更是至关重要。

然而，开发生物产品的意愿与市场上现有工具的能力之间并不能完全匹配。目前，生物质生产方法效率低下，若要真正实现使用替代资源来生产人类需要的生物质，生产生物质的装机容量应增加至少数百倍。

通过不断升级工艺研发与生物制造的技术平台，能够极大缩短生物工艺研发和生产的周期，优化生物制造过程。实现快速研发的核心是新型生物反应器。

生物反应器是指任何提供生物化学反应的适当环境或工程设备。通常是指利用酶或生物体使装置具有模拟生物的功能，可在细胞外进行生化反应，在模拟的过程中既可进行有氧反应也能进行无氧反应。在组织工程、生化工程、医药生产等应用上是相当重要的装置。

目前，应用3D打印设计复杂的生物反应器成为升级生物制造平台的有效手段之一。

在学术界，麻省理工学院（MIT）和印度马德拉斯理工学院的研究团队利用3D打印技术创建了一个可重复使用且易于调整的“微流控生物反应器”；克里特大学的研究人员通过3D打印获得用于DNA复制目的的生物反应器；康奈尔大学的研究人员则通过3D打印了一个能够制造合成肠子的微观生物反应器。

产业界则稍显平缓。近日，一家阿根廷生物技术公司Stämm Biotech完成了1700万美元的A轮融资，并宣布该资金将用于开发其下一代3D打印生物反应器，为商业化做准备。

即插即用的桌面级生物反应器

传统工业规模生产使用巨大的消毒罐作为生物反应器，罐内装有培养基，用来培养某种类型的细胞或微生物。生产过程中，需要使用电动仪器进行搅拌，使用冷却剂保持所需温度，并提供适量的氧气以支持细胞培养物生长。

2014年，Yuyo Llamazares Vegh和Federico D’Alvia Vegh联合创立了Stämm Biotech，一直以来，公司的愿景是使生物制造变得简单、可扩展和可重复。两位创始人均毕业于阿根廷顶尖学府，拥有包括微生物学、合成生物学、纳米技术和微流控等多学科背景。

随着现代生物制造产业的加速形成与扩展，一个大规模的生物制造产业即将到来。生产效率低下是生物技术行业中“扩大规模”的主要限制，也是Stämm Biotech想要解决的问题。

所谓“工欲善其事，必先利其器”，基于以上原因，Stämm Biotech着手开发基于微流控的桌面级生物反应器。

Stämm计划将整个生物反应器缩小为一体化、即插即用的桌面级单元。该生物反应器由三个微流控器件组成，包括Cell line-on-a-chip、Bioreactor-on-a-chip和The Bubble-Free-Bioreactor。

Cell line-on-a-chip提供持续的可用细胞流来启动反应过程；Bioreactor-on-a-chip可以在线实时校准培养基、pH值、溶解氧和细胞密度等参数；The Bubble-Free-Bioreactor是一个用多孔生物材料打印的无气泡微生物反应器。

其中，无气泡微生物反应器需要具备多个微通道，这些微通道使细胞处于连续的、单向的、层状的流动状态，可以让细胞、培养基和气体之间完美混合，始终处于最佳状态，不断繁殖。

具备多个微通道的无气泡微生物反应器工艺复杂，需要借助3D打印技术进行制造，然而市场上暂无匹配的生产设备。综合考虑需求和自我研发能力后，Stämm Biotech决定自己动手研发并成功推出3D打印机Sclereid。

Sclereid 3D打印机采用专有的“砖印技术”，利用了同时打印数百万个点的优势，兼具激光打印机的精度和多功能性。Sclereid配备了29升的打印量，能够每秒打印5.9亿个大小为6微米的像素，每层的像素数高达9.83亿。能够在不影响精度尺寸的情况下提供大的表面区域。

同时，Stämm还开发了与Sclereid 3D打印机相匹配的设计软件Cäster。

Cäster使能够对生物反应器中大规模的微血管系统进行可视化、设计和渲染，然后生成图像（几乎任何分辨率的），将信息发送至Sclereid 3D打印机可以进行实时打印，或建立一个图像库以便以后打印。公司表示，Cäster可以模拟出一个总容积为1600万升的微血管系统，相当于生物制药的全部装机容量。

有了Sclereid 3D打印机，公司能够根据培养活细胞或其成分（例如细菌、酶）的不同，实现“即插即用”打印所需的生物反应器。这样一来，桌面级生物反应器制作完成。

据公司官网显示，与传统生物反应器相比，它的外型缩小了200倍，处理量在100到400倍之间，生产效率将达到传统生物反应器的70倍。该平台将实现哺乳动物细胞的连续和自主生产。

但是目前与大多数大型生物反应器相比，它的运行规模仍然较小。Stämm的生物反应器可以达到约30升的产量，而不是工业规模上常见的数千升。不过，公司声称其核心概念可以扩展到大约5,000升。

尽管该技术具有潜力，但Stämm仍处于商业化的早期阶段。Stämm Biotech已经完成了用于微细加工、细胞系开发、生物工艺优化和中试规模认证的生物设施搭建，后续将继续开发一站式解决方案，使抗体和细胞疗法的生物制药从发现到商业化成为可能。

目前它正在与一家专注于生产生物仿制药的欧洲生物制药公司合作，并表示它有五个潜在的新合作伙伴正在筹备中。该公司计划在2022年进入“试点规模”。

审核编辑 ：李倩