CH2COOR3
Триглицериды+метанол→ глицерол+эфиры,
Где R1, R2, R3 : алкильные группы.
В результате применения метанола образуется метиловый эфир, в результате использования этанола - этиловый эфир.
Для начинающих лучше использовать метанол, с этанолом процесс идет чуть сложнее.
В качестве щелочи берется гидроксид калия КОН или гироксид натрия — NaOH.
32.Производство биогаза.
Биогаз — смесь метана и углекислого газа, — продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Метановое брожение — результат природного биоценоза анаэробных бактерий — протекает при температурах от 10 до 55 С в трех диапазонах: 10…25 С — психрофильное; 25…40 С — мезофильное; 52…55 С — термофильное. Влажность составляет от 8 до 99 %, оптимальная — 92…93 %. Содержание метана в биогазе варьируется в зависимости от химического состава сырья и может составлять 50-90 %.
Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.
Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузыили сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.
Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.
Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.
33.Основные направления развития нанобиотехнологий.
Действительно, если более пристально посмотреть на область нанобио, то можно выделить три главных направления ее развития.
Первое — нанобиотехнологии живых систем, — направление, подразумевающее придание живым системам (прежде всего микроорганизмам) путем направленной модификации свойств, необходимых для обеспечения определенной функции (или даже технологического цикла при создании полностью искусственных наноконструкций). Плюс к этому — использование микроорганизмов как продуцентов наноматериалов
Второе направление — «полусинтетические» нанобиотехнологии. Здесь речь идет об использовании биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, других молекул и их комплексов для создания различных нанобиотехнологических устройств (биомоторов, пор, сенсоров и т.д.). Далее — использование принципов самосборки или синтеза органических и неорганических молекул для создания устройств, выполняющих строго определенные функции копируемой биологической структуры. Возможно и создание биокомпьютеров на основе процессов самосборки макромолекул. Такие биокомпьютеры смогут применяться для диагностики заболеваний.
Наконец, третье направление — «синтетические» нанобиотехнологии, они являются предшественницами технологий создания устройств, предназначенных для исправления молекулярных ошибок и первичной диагностики соcтояния организма, тканей, клеток. Здесь речь идет об использовании явления самосборки или синтеза органических и неорганических молекул для создания устройств из многочисленных атомов, упорядоченных друг относительно друга и выполняющих строго определенные функции копируемой биологической структуры.
34.Использование нанотехнологии для диагностики и лечения.
Наномедицина — слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне, используя разработанные наноустройства и наноструктуры. Наномедицина подразумевает применение достижений нанотехнологии при лечении и омоложении человека, включая достижение физического бессмертия.
В настоящее время уже существуют предшественники нанороботов, но в миллимитровом масштабе. Впервые к помощи роботов прибегли в 2000г. Хирурги медицинского факультета Вашингтонского университета во время операции на сердце, с тех пор механизированные инструменты стали применяться при проведении целого ряда медицинских процедур. Год спустя нью-йоркские доктора использовали дистанционно управляемого робота для удаления желчного пузыря женщине, находящейся во Франции.
Среди проектов будущих медицинских нанороботов уже существует внутренняя классификация, по области их работы, на микрофагоциты, респироциты, клоттоциты, васкулоиды и другие.
Микрофагоциты принадлежат к классу медицинских нанороботов, являющихся искусственными иммунными клетками. Они предназначены для очищения крови человека от вредных микроорганизмов, потенциально помогая в свертывании крови, транспорте кислорода и углекислого газа, и создании надстройки к естественной иммунной системе. Предполагается, что микрофагоциты будут находить в организме человека чужеродные элементы и перерабатывать их в нейтральные соединения. Причем в отличие от натуральных фагоцитов микрофагоциты будут это делать намного быстрее и чище.
Респироциты являются аналогами эритроцитов, которые имеют значительно большую функциональность, чем их природные прототипы. Их внедрение позволит снизить постоянную потребность человека в кислороде, позволяя подолгу обходится без него, и поможет людям, страдающим астматическими заболеваниями.
Клоттоциты - искусственные аналоги тромбоцитов. Эти машины позволят прекращать кровотечения в течение 1 секунды, будучи более эффективными своих природных аналогов во много раз. Их работа будет заключаться в быстрой доставке к месту кровотечения связывающей сети. Эта искусственная сеть будет задерживать кровяные клетки, останавливая ток крови. Настоящая задача влечет за собой повешение требований к клоттоцитам, включая решение обратных задач - не только связывания крови, но и ее очистку от тромбов.
Васкулоид - это механический протез, созданной на основе микрофагоцитов, респироцитов и клоттоцитов, и входящий в состав проекта по созданию робототехнической крови, совместно разработанного Крисом Фениксом и Робертом Фрайтасом. Этот проект, названный "Roboblood", представляет собой комплекс медицинских нанороботов, способных жить и функционировать в теле человека, выполняя все функции естественной кровеносной системы, но только гораздо лучше и эффективнее природной. Робототизированная кровь позволит своему владельцу не бояться микробов и вирусов, атеросклероза и венозного расширения вен, не говоря уже о тотальном лечении больных и поврежденных клеток.
Помимо медицинских нанороботов, существующих пока только в головах ученых, в мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся - адресная доставка лекарства к больным клеткам, диагностика заболеваний с помощью квантовых точек, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства, имплантаты.
Адресная доставка лекарства к больным клеткам позволяет медикаментам попадать только в больные органы, избегая здоровые, которым эти лекарства могут нанести вред. Например, лучевая терапия и химиотерапевтическое лечение уничтожая больные клетки, губит и здоровые. Решение этой проблемы подразумевает создание некоторого "транспорта" для лекарств, варианты которого уже предложены целым рядом институтов и научных организаций.
Диагностика заболеваний с помощью квантовых точек основана на отслеживании перемещения внутри человека различных веществ (лекарств, токсинов, крови). Определив эти движения, можно узнать степень распределения и введения новых препаратов. До применения квантовых точек вместо них использовали маркеры на базе ядовитых органических красителей, что плохо сказывалось на пациенте. В отличие от них квантовые точки как полупроводниковые кристаллы нанометрового размера лишены этого недостатка.
Лаборатории на чипе, разработанные рядом компаний позволяют очень быстро проводить сложнейшие анализы и получать результаты, что крайне необходимо в критических для пациента ситуациях. Эти лаборатории, производимые ведущими компаниями мира, позволяют анализировать состав крови, устанавливать по ДНК родство человека, распознавать ядовитые вещества. Технологии создания подобных чипов родственны тем, что используются при производстве микросхем, с поправкой на трехмерность.
Новые бактерицидные средства создаются на основе использования полезных свойств ряда наночастиц. Так, например, применение серебряных наночастиц возможно при очистке воды и воздуха, или при дезинфекции одежды и спецпокрытий.
Создание чипов, комбинирующих неорганические вещества и живые клетки, тесно связано с созданием имплантатов таких жизненно важных органов, как печень или поджелудочная железа.
Искусственная поджелудочная железа, размером в половину однокопеечной монеты уже испытана на крысах, страдавших диабетом.
35.Нанопротеомика
Протеомика - область науки, изучающая белки и их взаимодействия в живых организмах. Изучается синтез белков, их декомпозиция и функции в организме или системе. Протеомом называется совокупность белков, включающая их модификации, создаваемые организмом или системой. Протеомика позволяет разделить и визуализовать (с помощью двумерного электрофореза с последующим окрашиванием полипептидов) большую часть клеточных белков, синтезированных в определенных условиях роста организма. При этом количественно детектируются изменения эффективности образования белков при различном составе питательной среды, введении мутаций по генам, кодирующим ферменты метаболизма и т.п. Изучаемые зоны белков вырезаются, и соответствующие белки, а также продукты их последующего расщепления, анализируются с помощью методов масс-спектрометрии. В результате молекулярная масса анализируемого белка (и продуктов его расщепления) определяется с высокой точностью. В настоящий момент созданы базы данных о структуре всех белков человека, а также их протеолитических фрагментов, полученных в стандартных условиях. Это позволяет идентифицировать белки по молекулярной массе их протеолитических фрагментов, полученных в тех же условиях.
36.Российский рынок инноваций в биотехнологии.
Текущее состояние биотехнологии в Российской Федерации характеризуется, с одной стороны, отставанием объемов производства от уровня и темпов роста стран, являющихся технологическими лидерами в этой области, а с другой – возрастающим спросом на биотехнологическую продукцию со стороны потребителей.
Результатом является высокая импортозависимость по важнейшим традиционным биотехнологическим продуктам - лекарственным препаратам и кормовым добавкам, и отсутствие на российском рынке собственных инновационных биотехнологических продуктов.
«Красные» биотехнологии
Российский рынок продукции «красной» биотехнологии является наиболее емким в денежном выражении. Его объем составляет, по экспертным оценкам, от 60 до 90 млрд. руб. в год, но спрос удовлетворяется главным образом за счет импорта. По данным Министерства промышленности и торговли Российской Федерации, только 5% биотехнологических субстанций, используемых при производстве конечных лекарственных форм, производится в России.
Учитывая общее технологическое отставание отрасли и высокую капиталоемкость исследований в области «красной» биотехнологии, развитие сектора в России идет по пути создания новых высокотехнологичных производств по выпуску биотехнологических дженериков для обеспечения импортозамещения лекарственной продукции.
Согласно проекту Стратегии развития фармацевтической промышленности до 2020 года, в ближайшее десятилетие в России планируется создать до 10 заводов для производства высокотехнологических био-дженериков. Общая стоимость инвестиций оценивается в 10.8 млрд. руб.
Таким образом, у «красной» биотехнологии в России, несмотря на текущее слабое развитие, есть потенциал для роста – как за счет запуска производства био-дженериков для импортозамещения, так и за счет реализации собственного научного потенциала в этой сфере.
«Белые» биотехнологии
Продукцию «белой» биотехнологии можно разделить на биохимическую продукцию, биотопливо и продукцию пищевой биотехнологии.
Биотехнологии в химии и нефтехимии пока не получили широкого распространения в мире. Например, доля основной продукции химии - полимеров, полученных с помощью биотехнологий, составляет на текущий момент не более 0.1% в натуральных значениях от общего объема производства полимеров в мире. Однако западные и азиатские страны активно проводят научные исследования в этой сфере, строят опытно-промышленные образцы установок, использующих биотехнологии. В России на текущий момент фактически отсутствуют промышленные образцы примеров использования биотехнологии в химической промышленности, но при этом российская научная база по некоторым перспективным направлениям химии (например, получение биодеградируемых полимеров) позволяет при наличии соответствующих объемов финансирования наладить крупнотоннажные производства необходимых материалов.
Перспективным направлением также является гидролизная промышленность. В СССР полностью обеспечивался внутренний спрос на многие первичные химические компоненты (фурфурол, левулиновая кислота и пр.), используемые в производстве продукции с высокой добавленной стоимостью. В настоящий момент существует благоприятная мировая конъюнктура для возрождения гидролизной промышленности в России уже с учетом имеющихся новейших биотехнологий.
Производство биотоплива, растущее во всем мире очень высокими темпами благодаря реализуемой многими странами политике обеспечения независимости от внешних поставок энергоносителей и экологической ответственности, в России в промышленных масштабах не осуществляется. Существует проект крупнотоннажного производства по переработке биомассы с получением биотоплива, который планирует реализовать в Тюменской области ОАО «Корпорация Биотехнологии», созданная ГК «Ростехнологии». Продукция пищевой биотехнологии относится в основном к категории пищевых добавок, которые представляют собой вспомогательные технологические средства, участвующие в пищевом производстве и обогащающие продукты питания, а также включает биологически активные добавки (БАД). Одним из основных направлений развития пищевой биотехнологии является получение ферментов.
Ферменты используются практически во всех подотраслях пищевой промышленности – мясной, кондитерской, хлебобулочной, масложировой, кисломолочной, пивоваренной, спиртовой и крахмалопаточной. Ферменты можно получить только биотехнологическими методами. Объем производства ферментов в России составляет сегодня около 15% от уровня 1990 года. Доля российских производителей на рынке ферментов не превышает 20%. При этом внутренний рынок остается ненасыщенным - потребности российской пищевой промышленности в ферментных препаратах существенно выше текущего предложения. Отечественные ферменты используются в основном в кормопроизводстве, производители пищевых продуктов предпочитают импортную продукцию. Для многих предприятий отрасли характерны высокий износ основных фондов и использование устаревших технологий.
Позиции российского производства на рынке БАД, напротив, достаточно сильны – сегодня в России зарегистрировано около 8 000 наименований БАД, из них не менее 60% - отечественные препараты. По данным «Фармэкспорт», в России около 900 компаний занимаются производством БАД. Однако большинство компаний работают в низкоценовом сегменте, и на отечественную продукцию приходится не более 30% рынка в стоимостном выражении.
«Зеленые» биотехнологии
Выращивание генно-модифицированных культур в России законодательно не запрещено. Вместе с тем, согласно статье 50 Федерального закона №7-ФЗ от 10.01.2002 «Об охране окружающей среды», производство, разведение и использование растений, животных и других организмов, созданных искусственным путем, запрещено без получения положительного заключения государственной экологической экспертизы. Подзаконные акты, регулирующие вопросы проведения государственной экологической экспертизы генно-модифицированных культур, не приняты, поэтому на практике она не проводится. Таким образом, в настоящее время выращивание генно-модифицированных культур в промышленных масштабах на территории Российской Федерации не ведется.
При этом российское законодательство в сфере производства и реализации продуктов питания, содержащих генно-модифицированные организмы, близко к европейским нормам: пищевые продукты, полученные из генно-модифицированных организмов, прошедшие медико-биологическую оценку и не отличающиеся по изученным свойствам от своих традиционных аналогов, признаются безопасными для здоровья человека, разрешены для реализации населению и использованию в пищевой промышленности без ограничений. В настоящее время в Российской Федерации прошли полный цикл всех необходимых исследований и разрешены для использования в питании 15 линий генно-модифицированных культур: 8 линий кукурузы, 3 линии сои, 2 сорта картофеля, 1 линия сахарной свеклы, 1 линия риса.
В результате, сложившаяся практика регулирования сферы выращивания и переработки генно-модифицированных культур создает неконкурентные преимущества для импорта сельскохозяйственной продукции и сдерживает развитие «зеленой» биотехнологии и сельского хозяйства в Российской Федерации.
«Серые» биотехнологии
В России применение биодеструкторов для очистки почв, воды от загрязнений в большинстве случаев сводится к ликвидации аварийных разливов нефти и нефтепродуктов. Для биоремедиации загрязненных нефтью и нефтепродуктами водоемов и почв используются несколько десятков препаратов, разработанных в России и бывших республиках СССР.
Официальное применение некоторых биодеструкторов было разрешено еще в 1990-ых годах. Многие российские крупнейшие нефтегазовые компании официально в своих инструкциях по ликвидации последствий аварий санкционировали применение определенных препаратов (например, Деворойл, Путидойл, Олеоворин).
Таким образом, можно говорить, что в России существуют научные разработки в сфере биоремедиации нефтяных загрязнений, но достаточно слабо проработана научная база по созданию штаммов-деструкторов отходов химической и нефтехимической промышленности. Отсутствуют промышленные технологии по использованию биодеструкторов для биодеградации токсичных веществ, содержащихся в природных ландшафтах, местах техногенных загрязнений.
38. Концепция стратегии развития биотехнологической отрасли промышленности в России на 2008-2020 гг.
Целью разработки Концепции являлось определение путей и способов обеспечения
устойчивого повышения благосостояния российских граждан, укрепления национальной
безопасности и динамичного развития экономики в долгосрочной перспективе,
укрепления позиций России в мировом сообществе, то есть то, что принято называть
стратегией.
Исходными предпосылками для разработки такой стратегии являются:
- возвращение России в число мировых экономических держав (по итогам 1990–
2000-х годов);
- вызовы предстоящего долгосрочного периода (усиление глобальной конкуренции,
новая волна технологических революций, возрастание роли человеческого капитала как
основного фактора экономического развития, исчерпание источников экспортно-
сырьевого развития).
Обобщенные целевые показатели к 2020 году выглядят следующим образом:
- обеспечение высоких стандартов благосостояния человека (ВВП на душу
населения – более 30 тыс. долл. США, средняя ожидаемая продолжительность жизни – 75
лет и т.д.);
- социальное благополучие и согласие;
- создание экономики лидерства и инноваций;
- сбалансированное пространственное развитие, ликвидация регионального
неравенства;
- формирование экономики, конкурентоспособной на мировом уровне;
- возникновение институтов экономической свободы и справедливости;
- обеспечение безопасности граждан и общества.
Цель Стратегии – внедрение в промышленную биотехнологию России
современных инновационных подходов для производства импортозамещающей
отечественной биотехнологической продукции.
Основные задачи Стратегии:
- формирование и реализация приоритетных целевых проектов в сфере
биоиндустрии;
- создание региональных программ и биокластеров;
- разработка оптимальных моделей инновационной деятельности в области
промышленной биотехнологии;
- создание действенной правовой, экономической, информационной и
организационной базы для развития отечественной биоиндустрии;
- формирование системы подготовки кадров в области промышленной
биотехнологии;
- совершенствование международного сотрудничества в рамках евразийского
пространства на площадке Конгресса-Партнеринга-Выставки «ЕвразияБио».
Предусматривается два этапа реализации стратегии: первый – 2008–2012 гг.,
второй – 2013–2020 гг.
В течение последующих восьми лет (вплоть до конца 2020 г.) намечается выход на
такие обобщенные показатели:
- Импортозамещаемость по жизненно важным биофармацевтическим препаратам
(дженерикам) на 50%.
- Импортозамещаемость по инновационным биофармацевтическим препаратам
на 15%.
- Импортозамещаемость по ГМО на 20%.
- Внедрение биотоплива в виде добавки к моторному топливу не менее 5–10%.
- Производство глюкозо-фруктозных сиропов – не менее 1 млн. т.
- Производство кормового и пищевого белка на базе биоконверсии – не менее 1
млн. т.
- Производство лизина – 30 тыс. т.
- Перевод предприятий химической промышленности на биосырье в объеме
не менее 15%.
На фоне триумфального шествия биотехнологии по планете успехи отечественной
биотехнологии выглядят в явно неудовлетворительном свете. По уровню развития
биоиндустрии сейчас она занимает 70-е место в мире. Наблюдается отставание России в
отношении количества и качества публикаций в области биотехнологии (это же касается и
патентов).
Биотехнологическая промышленность РФ производит дженерики (на их долю
приходится 98% продукции), причем, главным образом, это – устаревшие препараты, а
современные высокотехнологичные продукты составляют 10%. Биотехнологические
предприятия в основном оснащены устаревшим и изношенным оборудованием.
