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高性能生物反应器揭榜挂帅任务榜单

（征求意见稿）

一、反应器系统

（一）微生物平行生物反应器

榜单任务：开发平行生物反应器，解决生物反应器系统平行化和高通量模式下关键技术问题：通过加工工艺控制，实现反应器之间的本底平行性；开发微量化连续补料控制策略，实现高精度补料控制；开发生物反应器的罐压自控系统，提高溶氧率和减少染菌几率；优化搅拌桨与通气系统，实现高密度发酵条件下的高供氧速率；开发高精度自动化平行取样装置，提高取样同步性与平行性；开发生物反应器的自动清洗、自动灭菌、自动配料装置，提升设备自动化水平降低操作强度；开发实现高效工艺优化（通过DoE、iDoE或机器学习）的工业控制单元软件系统。

预期目标：到2027年完成平行生物反应器的研制，实现至少12个生物反应器的通量，可以一键操作（一键设置、一键启停、一键标定等操作）；设备间系统误差小于5%（以相同培养条件下，同一种子液各反应器之间过程变量中OUR、CER的差异判断，或以冷模状态下相同操作条件kLa差异判断）；生物反应器罐体能耐压，且控制系统能稳定控制罐压在0.03~0.07MPa压力以下，罐压在1h范围内波动≤5%；反应器空气-水体系动态法测定kLa≥800h-1；能实现所有发酵罐的自动同步取样和微量取样（取样量小于等于培养液体系的1%）；配套能一次清洗32个生物反应器的自动清洗装置，清洗时间≤30 min；具有自动灭菌和自动配料功能，灭菌空培染菌率≤1%；具有智能迭代优化控制能力的智能工业操作系统，通过操作变量的自动下发执行，实现发酵工艺的智能迭代优化。设备可以覆盖不大于5L的工作体积，以满足不同工艺需求。系统可进行远程控制；具有不同批次数据对比功能；可以通过自主可控通讯协议整合第三方PAT工具或设备，整合处理相关数据，反馈用于工艺控制。核心部件和软件自主可控，其中至少2种核心部件/材料/软件系统从关键部件和耗材、关键工业操作系统类揭榜单位采购并应用验证，至少3家用户单位采购应用。

（二）细胞平行生物反应器

榜单任务：开发一次性搅拌式微型培养罐及其制造工艺，建立非均相流场物质传输模型，突破微环境精准调控、多模态原位在线传感和可扩展平行控制等关键技术，融合正交试验设计、过程分析和多元变量分析工艺开发方法，研制平行生物反应器，实现高通量智能化细胞平行培养，提高细胞筛选和工艺优化效率。

预期目标：到2027年完成平行生物反应器开发，培养罐体积不超过250mL，单机通道数≥24，搅拌转速范围0~1200 rpm，搅拌转速偏差±1rpm，混匀时间≤25s，温度控制范围10~65℃，温度控制稳态偏差±0.05℃，pH控制范围5~8，pH控制稳态偏差±0.05，溶氧控制稳态偏差±5%，氧传递系数2~20/h-1，培养结果关键参数偏差±5%。配有3轴机械臂或其它等效方式实现高精度，可自动接种，自动补料，自动诱导，系统无故障连续工作≥60天，四气系统通气量范围0.001~0.5vvm，控制精度≤0.001vvm。工业控制单元软件具有审计追踪功能，具有三级以上权限管理，可扩展第三方PAT工具或设备（如拉曼），同时可进行级联反馈调控。核心部件和软件自主可控，其中至少2种核心部件/材料/软件系统从关键部件和耗材、关键工业操作系统类揭榜单位采购并应用验证。

（三）大型细胞生物反应器系统

榜单任务：开发大型智能化不锈钢生物反应器系统，重点攻关反应器过程控制技术、多参数检测技术、数据智能分析、高稳定性机械搅拌系统。完成多参数检测系统开发，检测系统数据实时传递并整合到反应器工业操作系统，实现基于过程多参数的反应器过程控制。完成数据智能分析系统开发，实现多参数的AI分析，系统能根据多参数以及预设生物代谢理论实现DoE实验指导以及工艺优化放大支持。完成机械搅拌系统开发，系统支持径流、轴流、混合流等多种搅拌桨类型，充分考虑到细胞平台的未来发展，为高耗氧、高密度、高产蛋白的细胞培养预留操作空间。实现从中试到商业化生产设备的几何结构线性放大和工业操作系统一致性；具备反应器过程数据采集，大数据分析，数据深度学习，结果智能分析等功能。

考核指标：到2027年实现大型智能化生物反应器系统的关键技术攻关和产业化，初级反应器工作体积不少于500L，并逐级放大至15000L以上，工业操作系统自主可控。反应器最终性能指标，在搅拌桨叶尖线速度不高于1.5m/s，每分钟vvm不高于0.02时，kLa＞15h-1，混合时间＜60s，温度控制偏差±0.1℃，搅拌转速偏差±1 rpm，pH控制偏差±0.05，溶氧控制稳态偏差±2%。具备关键营养物及代谢物浓度、pH、溶氧、溶解二氧化碳、细胞密度在线监测和反馈控制模型，在线监测数据控制在离线数据的±5以内，全流程无需取样操作。建成符合GMP要求的生产线，并完成生产不低于5000L规模生产验证。其中至少2种核心部件/材料/软件系统从关键部件和耗材、关键工业操作系统类揭榜单位采购并应用验证。

二、关键部件和耗材

（四）细胞培养微载体规模化制备

榜单任务：建立微载体规模化制备工艺，实现稳定生产，保证批间一致性。发展不同材质、结构和表面功能的多种类型微载体，支持常规动物细胞、干细胞规模培养需求。和生物反应器结合，完成常规细胞（VERO细胞）、干细胞（间充质干细胞、羊膜上皮干细胞）的三维高活性、高密度培养。

预期目标：到2027年实现常规细胞培养微载体规模量产，批产量达到100 L以上，满足千升级生物反应器需求。微载体平均粒径在150~300 μm范围内可调可控，粒径分布span值≤0.8，比表面积为180~260 cm2/mL湿球。用于常规细胞培养，细胞培养密度达到(1~5)×1010 cell/L。开发2种以上干细胞培养微载体，培养产物干细胞活性大于90%。

（五）核心理化参数原位监测传感器

榜单任务：研制高精度、抗干扰适用于灭菌环境的高可靠传感器核心敏感材料，探究基于MEMS精密微加工技术的核心元件制造方法；突破pH、溶解氧（DO）、溶解CO2、O2、细胞阻抗、OD600、氧化还原电位（ORP）传感器、质量流量计制备等关键技术，研制出自主可控的关键理化参数实时原位监测用pH、溶解氧、溶解CO2、O2、细胞阻抗、OD600、ORP传感器、质量流量计样机，完成传感器模组的测试验证。

预期目标：到2027年完成原位监测用pH、溶解氧、溶解CO2、O2、细胞阻抗、OD600、ORP传感器的设计和制造，满足生物反应器核心理化参数原位检测需求，并完成实际应用验证。

（1）pH传感器：重复性（pH=4,7,9）：±0.05；响应时间（t90）：≤20s；稳定性：在121~125℃灭菌30 min，并重复10次以上，灭菌后漂移≤±0.2；

（2）DO传感器：精度±（1%+8ppb）；响应时间（t90）：≤35s；稳定性：在121~125℃灭菌30 min，并重复10次以上，校准后漂移≤±1%；

（3）溶解CO2传感器：量程：1%~100%vol；精度：≤±（读数值5%+1%vol）；稳定性：在121~125℃灭菌30 min，并重复10次以上，校准后漂移≤±10% F.S.；

（4）O2传感器：氧分压量程0~100kPa；重复性±2%（氧气浓度100%时）；

（5）细胞阻抗传感器：量程100mΩ~200MΩ；精度±0.08%；稳定性：在121~125℃灭菌30 min，并重复30次以上，校准后漂移≤±0.1%；

（6）OD600传感器：量程-2 A~+4 A；重复性0.004 A@1A；稳定性：在121 ~ 125℃灭菌30 min，并重复30次以上，校准后漂移≤±0.002 A@1A。

（7）ORP传感器：量程-2000 mV~+2000 mV；重复性±1mV；稳定性：在121~125℃灭菌30 min，并重复30次以上，校准后漂移≤±1mV。

（8）质量流量计：（i）气体质量流量计：量程20～2500L/min，精度±2%F.S.；（ii）液体质量流量计：量程2～100 L/h，精度±2‰F.S.，需耐受SIP灭菌和CIP清洗。

说明：可实现单个传感器技术指标的联合体可以单独揭榜，但需满足关键部件和耗材榜单任务的共性要求。

（六）核心传质组件

榜单任务：建立生物反应器核心传质组件（搅拌桨、膜组件等）的数字化、智能化模拟设计平台，针对不少于3种细胞/微生物的反应器建立细胞生物力学和生化指标的对应关系，建立核心传质组件数据库，并制备核心传质组件，提升生物反应器效率。

预期目标：到2027年实现搅拌桨和膜组件等核心传质组件设计与制造，满足1L~20000L级微生物反应器及1 L~50 L干细胞反应器的使用需求；建立面向生物反应器中搅拌体系、灌流膜分离体系等核心传质组件智能开发体系的专业数据库，包含不少于30个参数：搅拌桨直径、高度、数量、角度、转速、不同搅拌组合方式、组件膜材料、膜表面粗糙度、膜组件长度、管径、流速、压力等，数据量不少于10000条；实现与生物反应器工业操作系统的数据共享。针对小于10 L的小规模生物反应器，在常温条件下，采用每分钟一个罐体积的空气通气速率（1 vvm）和不超过900 rpm的搅拌速率，反应器整体的传质效率kLa≥800 h-1；针对吨级的大规模生物反应器，在采用通用型罐体与挡板、环形气体分布器的条件下，通过优化搅拌桨设计，使在相同单位体积功耗和通气量下，氧传递效率kLa较现有通用型搅拌桨提高10%，等单位体积功耗下的混合时间降低不少于5%；针对膜分离体系，全系统剪切速率≤4000 s-1，在细胞密度为107/mL条件下，24h内膜通量的损失≤80%，细胞活力损失≤10%，并在应用企业完成实际应用验证。

（七）生物尾气组分在线监测关键部件

榜单任务：攻克尾气质谱仪中的采样接口、色谱分离和检测芯片、质量分析器等关键部件。其中采样接口需采用快速多流路进样技术将样品导入质谱仪，保证尾气采样的快速切换，提高仪器的快速性与实时性；研发MEMS色谱分离和检测芯片，实现对尾气关键组分的有效分离和准确检测；质量分析器需研发高精度、低温漂的四极杆质量分析器，保证仪器的高准确性以及高稳定性。

预期目标：到2027年完成采样接口的研究开发，实现不少于16个流路的实时切换，流量控制精度不高于2%；色谱分离和检测芯片：完成色谱分离和检测芯片的研发，尾气关键组分分离度≥1.5，定量重复性RSD≤3%；质量分析器：完成四极杆质量分析器的研究开发，四极杆的综合精度≤3μm，四极杆质量稳定性≤0.1 Da/24h，并在应用企业完成实际应用验证。

三、关键工业操作系统

（八）生物反应器智能工业操作系统

榜单任务：开发数据驱动的全局智能工业操作系统。开发过程参数数据采集/智能控制板卡、开发板卡应用软件开发包，完成板卡可靠性和功能安全性测试验证。开发综合多源数据采集、智能预测及智能调控于一体的可扩展高性能软件，包含反应器生物反应过程智能控制、可扩展平行控制、反应过程监测与智能反馈等核心功能模块，实现生物反应器的无人值守和数据驱动的生物反应过程全局智能控制。

预期目标：到2027年完成生物反应器智能工业操作系统解决方案开发，实现智能化监测、分析及调控。硬件板卡支持自主可控通讯协议，可独立或与商业化工业操作系统联机，满足生物反应器小试、中试和规模生产智能控制需求。能实现采集/智能控制板卡的平均无故障工作时间≥1000h；控制中心实现每秒万级以上传感数据的同步接收处理和可视化展示；实现反应过程动态可视化监测和全局多目标智能控制、构建2种典型底盘生物智能控制模型，具有智能故障诊断功能，自动故障检测率≥95%，异常情况通过短信，飞书等渠道主动提醒推送，并在应用企业完成实际应用验证。软硬件均具有自主知识产权。

（九）交变切向流灌流系统

榜单任务：开发高自动化、高兼容性的交变切向流灌流系统（ATF）；实现实验室到中试以及大规模生产应用的标准化接口、细胞的高效截留和连续化生产、实时数据分析及智能控制的ATF系统；开发基于跨膜压检测与实际取样数据融合的深度学习模型，实现中空纤维堵塞情况的精准预测，保证中空纤维维持长时间正常使用；开发基于重量及压力采集的自动检测数据，实现智能匹配外界阻力变化参数自动调整补偿；开发基于自动化的数据管理系统，智能适配不同规格耗材，满足从实验，到中试及大规模生产应用。

预期目标：到2027年实现交变切向流灌流系统的开发，适配多种类型耗材，配合3~1000L生物反应器使用，运行周期4~20 s可调，实现流速0.3~75 L/min无缝覆盖，支持生物反应器≥2VVD换液体积，CHO细胞培养最大密度≥108个/mL，活率≥90%。