兰州高新区培育生物医药“虹吸现象”中逆势集群

中新网兰州9月14日电 (记者 殷春永 高展)兰州高新区藉其扎实的生物医药产业基础,目前已形成在甘肃乃至西北都有影响力的产业集群。基于此,当地正着重把生物医药产业作为首位产业继续推进。

甘肃陇神戎发药业股份有限公司工作人员正在生产车间里包装药品。高展 摄

吴红梅 本报记者 王 春

“虽然蚕茧产地不同,品质也各有差异,但是我们制定了相关标准,可以在工艺上进行质量控制。”他表示,在产品防腐的问题上,首先蚕丝蛋白本身就具备一定的抗菌效果,并且研究人员会进一步对蚕丝蛋白做一些功能化处理,比如通过加入一些抗生素来达到抑制细菌的目的。

“蚕丝蛋白存储器不仅可以像普通半导体硬盘那样存储图像、音频、文字等数字化可编码信息,还可为活性生物信息储存提供一个功能巨大的平台,用于采集存储生物信息,同时可存储生物体DNA和血液样本。”该项技术的首倡者和主要发明人、上海微系统所2020前沿实验室主任陶虎表示,通过调控蛋白质的降解速度,这种存储器还能够按照预设的时序可控销毁,从而用于信息保密。

那么,蚕茧产地不同,是否会影响蚕丝硬盘的质量?蚕丝蛋白如何防腐?蚕丝硬盘未来是否可以进行大规模生产?针对这些问题,陶虎一一进行了解答。

存储量大 稳定性高 有望应用于外太空等极端环境

加入生命体特征标记物 可生物信息、数字信息并存

5G等通信技术的快速发展,带来了高可靠低延迟的网络连接,我们将更快进入“万物互联”时代,连接到网络的设备激增,就会带来数据存储量的激增。如何突破现有存储设备限制,实现更高效、更大容量的存储是当下技术人员研究的重点。

到目前为止,团队已用这种技术实现了“家蚕食叶图”“空谷鸟鸣曲”等图像和音频文件的准确记录、存储和“阅读”的原理验证,相关技术已申请专利。

如果被带上太空的是蚕丝硬盘,那么人类的生命密码也就有望在外太空进行保存和进一步研究。因为蚕丝硬盘不仅可以存储数字信息,还能存储生物信息。

针对于“引人引项目,有什么政策”的问题,兰州高新区管委会主任孙裕表示,目前全国各地招商的政策相对同质化,但如何在“虹吸现象”中取得成绩,这里具备三项硬核优势:生物医药基础、天然药库基地、技术人才集群。

“兰州高新区对医药产业定位准确、设施完善、相关政策优厚,并且当地已具备产业基础和人才储备,我们对未来信心满满。”深创生物公司总裁助理王庆磊说,本月初公司第一批科研团队已经入驻兰州国家生物医药产业基地。

天然药库:孕育业态基础,集聚技术人才

此外,经过手术就可将蚕丝硬盘植入生物体内,并且由于蚕丝蛋白的生物兼容性良好,植入生物体内后也基本不会产生排斥反应。

兰州高新区管委会提供的数据显示,自2018年国家自主创新示范区获批以后,已集聚各类生物医药企业200多家,2019年总产值达到142亿元。预计到2025年,其产值将达到200亿元。

众所周知,多肽药物具有毒性低、稳定性高、靶向性强和生物活性高等特点。全球处方药市场规模约为1万亿美金,多肽药市场规模仅占4%。这既有挑战,也是机遇。

在人们的印象中,蚕丝最主要的用途就是作为纺织材料,如今科技的发展正在不断突破人们的想象。蚕丝与现代文明相遇竟能变身为高科技创新材料,不仅能储存信息,还能植入人体。

据介绍,蚕丝蛋白是一种厌水性材料,在一定纳米尺度下会形成防水、防气的致密结构,保护包覆在其中的蛋白质、葡萄糖、DNA等易于损坏的有机分子,使其不受破坏。

一直以来,科学家都在致力于将生命科学技术与半导体技术进行融合,这类研究的重要成果之一,就是给信息存储带来了新思路,如高容量DNA存储技术、寡肽存储技术等各种基于生物介质的存储技术不断被研发出来。

根据现辖“一区五园”的情况,兰州高新区致力做好配套服务完善,更进一步为生物医药等各类高新技术产业布局提供空间。目前,中牧股份兰州生物药厂、中农威特生物医药产业园、兰州国家生物医药产业基地、兰州高科现代医药物流园、百灵生物园、兰州医美健康产业园等重点项目建设正在推进中。

全国动物疫病防控领域攻坚克难的主力军——中农威特生物科技股份有限公司,也是在兰州高新区的扶持下受益匪浅。执行总经理杨进才介绍说,1995年,中农威特建成了国内第一个口蹄疫疫苗GMP车间,现在已拥有两个国际先进水平的口蹄疫疫苗GMP车间、两条设备技术一流的生产线。

这个基地是当地生物医药“产学研”、产业发展金融创新、科技创新成果转化平台和生物医药产业集聚区,围绕大健康产业发展规划,以建设生物医药及大健康产业孵化器为核心,目前已引进甘肃省药品检验研究院高新区研发中心、兰州大学博士培养实验室、陇神戎发药品实验等开放型实验室,形成了三大“产学研”平台。

最近,科学家又以蚕丝蛋白作为存储介质开发出高容量蚕丝蛋白存储技术,基于蚕丝蛋白对红外光的选择性吸收,利用近场红外纳米光刻技术,在丝素蛋白膜上加工高密度点阵实现数字信息写入,对点阵成像可进行信息读取,从而实现了蚕丝蛋白的存储功能。

目前,兰州肽谷研究院已与国内外众多科研院校建立了合作关系,其发展已进入快车道。兰州高新区非常看好这项研发,给予多项支持,日前以债转股形式的资金支持就有6000万元。

正是得益于这些资源,甘肃的生物医药研发生产在全国有较好基础,特别是省会城市兰州依托丰富的医药资源和集中的科研能力,形成了以生物制药、现代中药、生物医学工程和动物用药为重点的生物医药产业体系,聚集了11所与生物医药产业密切相关的高等院校和22家科研院所,从事相关领域技术人员6000多人。

除此之外,为引导金融机构加大对兰州高新区生物医药等主导产业发展的资金支持,解决中小微企业融资难、促进更多的社会资本投向初创型中小企业和创新创业项目,兰州高新区“常态化”举行“金政企融资对接会”。同时,也旨在利用金融杠杆,推动重点领域和优势产业快速发展,并探索政府资金市场化运作模式,撬动金融资本、民间资本和社会资本支持实体经济发展。

甘肃虽然地处西北,生态脆弱,但其多种环境非常有利于药材种植,陇西、民乐、岷县、宕昌等多地都有“天然药库”之誉。根据公开的数据显示,这里现有药用品种1527种,其中植物药材超过八成。尤其难得的是,属于国家382个重点品种的有276种,超过七成。

近日,中国科学院上海微系统所陶虎课题组联合美国纽约州立大学石溪分校和德州大学奥斯汀分校相关课题组,研发出了世界上首块基于天然生物蛋白的硬盘存储器——蚕丝硬盘,相关成果于近日发表在国际知名期刊《自然·纳米科技》上。

那么,蚕丝硬盘为何能保存有活性的生物分子?

作为“高技术”“新动能”定位发展的兰州高新区,正是依托现有的发展基础、医药资源优势和人才富集的现状,把生物医药产业作为首位产业,目前已形成了以生物制药、现代中药、生物医学工程和动物用药为重点的生物医药产业集群。比如,奇正藏药、兰州生物制品研究所、亚成生物等一批有较强创新力、竞争力的生物医药企业在这里生根发展。

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据科研人员介绍,因为蚕丝蛋白可吸收红外光,所以能够利用近场红外纳米光刻技术,将蚕丝蛋白当作光盘,在上面实现数字信息的写入和读取。制作蚕丝硬盘的过程有点像“摊大饼”,利用近红外纳米光刻技术往蚕丝硬盘里写入信息则像是在大饼上撒芝麻,整道工艺完成后,“大饼”表面的凹凸痕迹就类似“0”和“1”的数字信号,通过解码即可获知所存储的信息。

据科研人员介绍,蚕丝蛋白存储器的形成过程是一个将蚕丝反向变成蚕丝蛋白溶液再将其旋涂成薄膜的过程。如果要保存有活性的生物分子,可在将蚕丝变成蚕丝蛋白溶液后,将带有血红蛋白、白蛋白、葡萄糖等生命体特征的标记物融入其中,这就完成了生命体信息存储的全过程,如果再通过激光等手段在丝素蛋白膜上进行高密度的点阵加工,通过二进制数字编码,便可将数字信息和生命体信息同时存储到蚕丝硬盘上。

2020年6月,甘肃省定西市渭源县田家河乡元古堆村一家中药材生产加工企业的药材展示。 (资料图) 张婧 摄

值得一提的是,蚕丝蛋白在机械强度、生物兼容性、生物降解性、易于功能化和可调节的水溶性等方面都具有良好的表现。这些特性赋予了蚕丝硬盘极高的稳定性,使其能够在高湿度、高磁场或强辐射等恶劣环境下长期稳定工作,将蚕丝硬盘置于相对湿度90%或7特斯拉磁场或25千戈瑞强辐射环境下,存储的信息也不会丢失,因此,蚕丝蛋白存储技术有望应用于外太空等极端环境。

技术成熟有待验证 实现大规模商用还有一段距离

“一颗3.5英寸(蚕丝蛋白)蚕丝蛋白存储器所用的蚕丝连0.1克都不到,照此推算,一个蚕茧就可以制备出具有1—3TB存储空间的存储器,而一条重约1.5公斤的天然蚕丝被所需要的蚕茧可制成上万颗该规模的天然蚕丝存储器。”陶虎介绍说。这意味着蚕丝蛋白存储器如果能实现批量化生产,将极大降低存储器的生产成本。

纽约州立大学石溪分校刘梦昆教授作为论文的共同通讯作者也表示:“相比传统紫外光刻和电子束光刻技术,基于原子力显微镜的近场光学技术为生物材料在纳米尺度下的原位加工和表征提供了可能。后期可以进一步结合多探针平行加工技术和快速移动平台,让蚕丝硬盘有潜力实现可比拟商业化硬盘存储器的存储密度和读写速度。”

“虹吸现象”中逆势集群企业入驻

中农威特生物科技股份有限公司负责人介绍疫苗生产情况。高展 摄

科技日报记者获悉,该存储器可以在一平方英寸(约6.45平方厘米)的面积上存储64GB的数据,如果折算成传统的半导体存储器,一颗3.5英寸的蚕丝蛋白存储器的容量超过0.5TB(512GB)。

据了解,这种以蚕丝蛋白为存储介质研制出来的存储器具备诸多独特的优势:存储容量大,每平方英寸可存储64GB数据;原位可多次重复擦写;可同时存储二进制数字信息以及与生命活动直接相关的生物信息;可以植入生物体长期保存,也可以在预设的时间内可控降解。

1978年,美国旅行者1号探测器首次携带了一张唱片《地球之声》进入太空,当时为了抵御极端环境,这张唱片由镀金的铜板制成,不仅成本高昂,而且只能存储单一的数字信息。

学生时代的王庆磊,曾在兰州大学就读本科和研究生,毕业后前往深圳从事多肽药物研究工作。“在兰州生活学习了7年,有着太多回忆,对兰州有着比别人更深的认知。”王庆磊说,随着交通网络的完善,地缘位置已不再重要,企业更看重的是当地优势及营商环境。

“目前公司所使用的制作工艺完全是自主研发,生产的口蹄疫疫苗已出口至越南、朝鲜等国,生产能力国内领先,产能达15亿头份。”杨进才说,在企业发展过程中,兰州高新区在基础设施配套和项目建设方面,提供了很大帮助。总投资约10亿元的中农威特生物医药基地项目正在高新区东部科技城加快建设,将于今年11月投产运营。(完)

王庆磊表示,兰州高新区在产业落地、研发创新、中医药科研成果转化等方面,已发布各类政策补助,也吸引了很多以高新技术为主导的医药企业落地兴业。

为了吸引医药企业落地兴业,兰州高新区在产业落地、研发创新、中医药科研成果转化等方面发布了各类补助政策。比如,对新投资的生物医药研发、生产以及医疗大数据等项目,单项奖励最高可达1000万元;新引进的创新药、首仿药项目经认定后可以代建厂房;对取得临床批件的国家I类新药的企业,研发费用最高奖励500万元;中医药领域新获得国家发明专利,给予发明人5万元奖励。

谈及未来是否能实现产业化生产,陶虎称此项研究仍较为前沿,技术是否成熟有待进一步验证,因此离商用还有一段距离,后续还将继续在提高存储容量及信息读取速度等方面进行深入研究。

图为宕昌药农分拣中药材。(资料图) 魏建军 摄

兰州肽谷研究院2019年7月在兰州高新区成立,主要针对脑瘤、胃癌、肝癌、白血病等30个靶标全面开展多肽生物活性分子的筛选。“我们自主研发的‘多肽信息压缩技术’,可以将五肽完全库的样品数目由320万种减少到4万种,让多肽药物筛选效率提高至少80倍以上。”院长王珠银介绍说,该技术可以缩短多肽建库时间和药物筛选时间,加速多肽药物的研发进程。