2026年5月12日，新加坡研究团队发表了一篇综合性综述，系统梳理了该国在生物制造和生物加工领域的最新进展。文章涵盖废弃物衍生生物材料、3D生物打印、培育食品、再生医学、微针及生物电子学等多个方向，指出生物制造与生物加工的界限正日益模糊，未来突破将依赖可规模化、自动化、合规化、可持续化和数据驱动化五大方向。△相关研究已发表在《Bio-Design and Manufacturing》期刊，研究题目为“塑造新加坡生物制造和生物加工的未来”（传送门）
该综述由来自南洋理工大学（NTU）、新加坡国立大学（NUS）、新加坡科技研究局（A*STAR）、新加坡眼科研究所、杜克-新加坡国立大学医学院和新加坡国家眼科中心等机构的研究人员共同撰写。研究团队认为，随着生物系统、先进材料、数字工具和自动化制造平台的深度融合，功能性生物产品的生产逐渐成为研究焦点。其中，生物制造侧重于利用增材制造、图案化技术和工程化细胞微环境，实现生物功能结构的自动化、空间可控组装；生物加工则侧重于利用细胞、酶、微生物系统、生物材料、治疗分子和工程组织进行规模化生产。
废弃物衍生可持续生物材料
该综述的首要重点是利用生物质衍生原料生产可持续生物材料。新加坡研究人员探索了人发角蛋白、水产养殖副产品、植物多糖和花粉等废弃物原料，用于制备水凝胶、支架、纤维和微凝胶。人发角蛋白因来源广泛、易于细胞黏附和化学修饰，被认为是极具潜力的废弃物衍生材料。基于角蛋白的材料体系包括水凝胶、角蛋白-藻酸盐复合材料、多孔支架和纤维等，这些已被研究用于组织工程和缝合线等应用。角蛋白富含半胱氨酸，使它能够以多种方式交联，适用于组织工程。然而，提取成本仍是广泛应用的主要障碍，商业化生产需要更环保、更低成本的方法。
水产养殖副产品同样被开发为有用的生物材料来源。罗非鱼皮因胶原蛋白含量丰富而备受关注，它的应用包括脱细胞支架、用于骨修复的静电纺丝胶原蛋白纳米纤维、基于鱼胶原蛋白的人造皮肤以及用于伤口愈合的压电水凝胶。这份综述还讨论了由美洲牛蛙皮胶原蛋白和黑鱼鳞羟基磷灰石制成的复合材料，展示了如何将水产养殖废料用于软硬组织应用。
三大增材制造技术推动生物打印发展
此综述指出，静电纺丝、3D生物打印和金属增材制造是生物制造的关键使能技术。在静电纺丝方面，研究人员开发了制备类似细胞外基质结构的纳米纤维支架的多功能方法，相关应用涵盖药物递送、伤口敷料、血管移植物、神经再生、肝脏支持系统、可穿戴设备、汗液传感和神经接口等领域。对于3D生物打印，研究团队重点介绍了基于挤出、喷射和光固化成型的方法。挤出式生物打印适用于制备载细胞水凝胶和较大尺寸的组织结构，例如物理交联的明胶生物墨水、支撑浴打印、双交联生物墨水、花粉衍生的微凝胶和混合骨软骨结构。
基于喷射技术的生物打印是一种高精度、按需喷墨的细胞、生物分子和生物墨水图案化方法。研究重点介绍了改性GelMA基墨水、聚乙烯吡咯烷酮配方、水凝胶微粒，以及液滴行为和细胞活力方面的研究，它的应用包括人肺泡模型和色素皮肤构建体。基于光聚合的生物打印技术，包括SLA和DLP，被认为适用于构建高分辨率结构，并能降低封装细胞的剪切应力。例如，PEGDMA增强的GelMA生物墨水、梯度DLP生物打印以及用于人类脊髓祖细胞的微通道支架。
金属增材制造技术也应用于生物医学植入物领域。该综述探讨了镁合金作为临时性、可生物吸收的植入材料，以及钛钽合金作为永久性植入材料，并分析了这两种材料相对于Ti-6Al-4V的潜在优势。对于镁合金，本文涵盖了粘结剂喷射打印、无粘结剂3D打印、微波烧结、腐蚀行为、粉末工程和后加工工艺流程。对于钛合金，这项研究重点介绍了激光粉末床熔融、原位合金化、工艺映射、晶格结构以及用于植入物设计的有限元分析。
机器学习与食品生物制造
机器学习被认为是增材制造和生物制造中日益重要的组成部分。此综述涵盖的案例包括：用于估计喷墨液滴中细胞数量的ML模型、指导合金设计的算法、优化钛钽原位合金化的工具、预测LPBF Ti-6Al-4V杨氏模量的系统、检测熔池缺陷以及预测缺陷发生的模型。研究人员指出，机器学习可以将材料开发、过程监控、缺陷检测和质量控制整合到闭环系统中，应用于软硬材料的生物制造。
食品生物制造和培育肉
该综述还探讨了食品生物制造，涵盖了基于细胞和无细胞的方法。实例包括用于培育肉类的可食用醇溶蛋白支架、用于减少血清用量的植物蛋白水解物、用于肌肉和脂肪组织工程的脱细胞芦笋支架以及3D打印的鲑鱼仿生制品。研究人员还探讨了用于制作鲑鱼刺身替代品的鱼明胶和结冷胶水凝胶、用于生产肉类香气化合物的猪细胞，以及用于帮助吞咽困难患者的植物基食用墨水。这些例子共同表明，生物制造不仅可以塑造细胞生长，还可以影响食品的结构、质地、营养和感官特性。
再生医学、微针与生物电子学
再生细胞疗法主要通过糖尿病和角膜再生两个案例进行阐述。糖尿病方面，研究涵盖胰岛β细胞模型、人多能干细胞衍生的胰岛样细胞、疾病建模、药物测试及β细胞替代疗法。眼部再生方面则涵盖上皮移植、角膜基质细胞疗法、基质透镜、角膜内皮细胞注射和组织工程化内皮角膜移植术。
微针作为治疗平台，相关研究包括用于递送siRNA的可溶解透明质酸微针、用于炎症细胞隔离的多孔微针、用于抗炎疗法的干粉微针、用于细胞递送的冷冻微针，以及用于间质液提取的水凝胶微针。这些系统被视为用于局部治疗、诊断、免疫调节和生物采样的多功能工具。
生物电子学领域，这个综述介绍了气溶胶喷射打印的多电极阵列、3D打印的独立式菲尔德金属结构、可拉伸的表皮生物标志物传感器、组织粘附型压电软传感器，以及用于纺织电子的体耦合交互式纤维。这些进展表明，生物电子系统可以穿戴在皮肤上、植入体内、与组织整合或编织到纺织品中。
五大方向决定未来突破
该综述总结认为，新加坡的研究正在通过可持续材料、先进的制造平台和应用驱动型开发，为生物制造和生物加工领域做出贡献。研究人员指出，未来进展将取决于可扩展的生物加工、自动化制造、符合监管规定的生产、可持续的生物材料，以及数据驱动的优化。
来源：南极熊
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