Ullmann's Biotechnology and Biochemical Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-VCH

作者:Not Available (NA)

出品人:

页数:874

译者:

出版时间:2007-08-03

价格:USD 440.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783527316038

丛书系列:

图书标签:

• Biotechnology
• Biochemical Engineering
• Chemical Engineering
• Bioprocess Engineering
• Industrial Biotechnology
• Enzyme Technology
• Fermentation Technology
• Genetic Engineering
• Bioreactors
• Downstream Processing

现代生物化学与工程原理：从分子到工业的深度探索 本书简介 《现代生物化学与工程原理》旨在为读者提供一个全面、深入且前沿的视角，理解和掌握生物化学、分子生物学与工程学交叉领域的核心知识与实践应用。本书摒弃对既有成熟技术的简单罗列，而是聚焦于驱动当前生物技术革命的基础科学原理、新兴的工程化挑战以及未来发展的潜力方向。全书内容结构严谨，逻辑清晰，力求在理论深度和工程实用性之间找到最佳平衡点。 第一部分：生命系统的分子基础与调控机制 本部分是理解所有生物工程操作的基石。我们深入探讨生命活动的基本分子单元，但重点聚焦于那些对工程改造至关重要的功能性结构和动态过程。 第一章：蛋白质的结构、折叠与功能性设计 本章超越了基础的氨基酸序列介绍，着重分析蛋白质的动态构象变化及其与功能实现的关系。详细阐述了高级蛋白质结构预测方法（如基于深度学习的模型），以及结构生物学在定向进化和理性设计中的应用。讨论了蛋白质-蛋白质相互作用网络的复杂性，以及如何通过界面工程来调控信号通路或构建新型酶复合物。特别关注了非天然氨基酸的整合和蛋白质的化学修饰（PTM）对稳定性和催化活性的影响，为开发新型生物催化剂和诊断工具奠定基础。 第二章：核酸的表征、操纵与信息传递工程 本部分的核心在于基因组学和转录组学的前沿技术及其在工程菌株构建中的应用。内容涵盖了新一代测序（NGS）技术的数据解读挑战，以及单细胞分析平台如何揭示异质性。在基因编辑方面，我们侧重于CRISPR/Cas系统的高级变体（如碱基编辑、先导编辑）的特异性和脱靶风险控制，以及如何将这些工具应用于非模式生物或复杂多细胞系统中。此外，详细探讨了RNA工程，包括合成非编码RNA用于调控代谢流，以及利用mRNA技术进行体内治疗的递送策略。 第三章：细胞代谢网络的拓扑与调控 代谢工程是生物制造的核心。本章不满足于描述经典的糖酵解或三羧酸循环，而是将细胞视为一个复杂的非线性动态系统。我们引入了代谢通量分析（MFA）的最新迭代，包括同位素示踪与高分辨质谱的结合，以精确量化关键节点的通量。重点讨论代谢网络的拓扑结构对系统鲁棒性和可塑性的影响，以及如何利用系统生物学工具（如通量平衡分析FBA、动力学模型）来识别全局性瓶颈而非局部优化点。阐述了环境信号（如氧化还原状态、营养限制）如何通过全局转录因子网络重塑代谢流。 第二部分：生物反应器设计与过程放大挑战 本部分将生物化学过程提升到工业规模，关注如何将实验室发现转化为经济可行的生产流程。 第四章：生物反应器动力学与流场模拟 本书强调计算流体力学（CFD）在生物反应器设计优化中的决定性作用。我们详细分析了搅拌、气体分散、剪切应力分布对不同细胞类型（如悬浮培养的酵母、贴壁的哺乳动物细胞）的生理影响。内容深入到多相流动的数学建模，特别是气液界面传质的微观机制及其对高密度发酵的影响。探讨了新型反应器配置，如振荡流反应器（Oscillating Flow Reactors）和微重力培养系统在提高传质效率和降低能耗方面的潜力。 第五章：生物过程的强化与连续化制造 面对传统分批（Batch）工艺的固有局限性，本章聚焦于连续化和集成化生物制造的工程解决方案。详细探讨了连续流微反应器在提高反应速率和精细控制方面的优势，尤其是在高毒性中间体生产中的应用。深入分析了过程分析技术（PAT）在生物过程中的实时监测与反馈控制策略，包括多参数在线光谱分析（如拉曼、近红外）的算法集成。讨论了如何将细胞培养与下游分离步骤进行集成（Process Intensification），以减少缓冲液使用和设备占位面积。 第六章：生物分离与纯化的先进技术 本部分着重于高价值产品（如重组蛋白、核酸药物、细胞）的选择性、高通量分离技术。重点分析模拟移动床色谱（SMB）在手性分离和目标分子捕获中的高级算法优化。探讨了膜分离技术（如纳滤、渗透蒸发）在浓缩和溶剂替代中的创新应用，以及如何设计具有生物相容性的新型分离介质。对于细胞和基因治疗产品的生产，深入剖析了基于流体动力学的非标记分离技术（如场流分离F-FFF）及其在保持细胞活性方面的优势。 第三部分：新兴工程平台与未来合成生物学 本部分面向生物工程的前沿领域，探讨如何利用工程学原理设计和构建全新的生物系统。 第七章：合成生物学的设计-构建-测试-学习（DBTL）循环优化 本章将DBTL循环视为一个需要严格工程控制的迭代过程。我们深入探讨了设计自动化工具，如何从高通量数据中提取模式并生成新的设计假设。在“构建”环节，关注模块化元件库的标准化和标准化程度的量化，以及如何利用自动化液体处理平台进行大规模并行实验。讨论了基于模型的系统性错误排除（Troubleshooting）方法，以缩短从设计到实现的时间周期，并强调了数据管理和知识产权保护在合成生物学平台中的重要性。 第八章：细胞工厂的代谢稳态与可持续性 开发高效的“细胞工厂”不仅仅是提高产量，更关乎其在工业环境下的长期稳定运行。本章聚焦于应对环境压力和代谢失衡的工程策略。讨论了如何通过代谢限速酶的调控来平衡前体物料的利用效率和毒性积累。引入了适应性训练和驯化策略，以提高细胞对高浓度产物或底物的耐受性。此外，探讨了如何利用绿色溶剂和可再生碳源替代传统培养基组分，以实现生物制造过程的环境友好性和经济可持续性。 第九章：生物制造的自动化与智能控制 展望未来，本书强调生物过程向“生物制造4.0”的转型。重点介绍人工智能（AI）和机器学习（ML）在工艺优化中的应用，特别是强化学习（RL）在自主优化生物反应器操作参数方面的突破。讨论了数字孪生（Digital Twins）在预测大规模培养行为和进行故障预案方面的潜力。本章强调了数据基础设施和信息安全在构建完全集成和自动化的生物制造工厂中的核心地位。 总结 《现代生物化学与工程原理》不仅仅是一本教科书，更是一份面向解决实际问题的工程指南。它要求读者具备扎实的分子生物学基础，并能够运用严格的工程学、数学和计算工具来设计、分析和优化复杂的生命系统。本书的最终目标是培养下一代生物工程师，使其有能力驾驭从基因组编辑到大规模连续生产的全链条技术挑战。

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