核心观点：

1.合成生物空间巨大：根据政府“十四五”生物经济发展规划，生物制造产业是生物经济重点发展方向，未来十年间35%的石油化工、煤化工产品将被生物制造产品替代，预计在未来10～20年，合成生物学相关应用可能每年对全球产生2～4万亿美元的直接经济影响

2.平行生物反应器是合成生物的核心装备：合成生物学技术的蓬勃发展使构造新的菌种和细胞系越来越容易，但要在大量的候选者中选出最适合工业化生产的一个却非常困难的。平行生物反应器是最佳的方案，平行生物反应器本质是多个反应器联用，但是实现了多个生物反应器（发酵罐）的参数同步设置、同步启动、同步停止、同步标定传感器、培养基同步灭菌等所有操作条件的同步化，使其保持各项参数的高度一致性和结果可重复性。

3.新产业的发展，作为卖铲者是最具投资价值的环节之一，这一点在在新能源行业等行业反复验证，新能源行业的设备公司几乎全是十倍股。对于合成生物，这一点也需要充分重视。

4.当前合成生物尚处在初期的炒作阶段。真正的受益公司将在第二阶段出现，平行生物反应器行业有望成为合成生物的主线之一。

一、合成生物空间巨大

生物制造是生物经济重点发展方向，万亿赛道呼之欲出。

生物制造（合成生物学）是一种全新的“造物”技术，融合了生物学、化学、工程学等多种技术，以可再生生物质为原料，以生物体作为生产介质，旨在利用廉价原料，以菌种、细胞、酶为制造工厂，规模化发酵获得目标产品，具有清洁、高效、可再生等特点。根据政府“十四五”生物经济发展规划系列解读二，生物制造产业是生物经济重点发展方向，未来十年间35%的石油化工、煤化工产品将被生物制造产品替代。据世界自然基金会（WWF）估测，到2030年，生物制造技术每年将可降低10亿至25亿吨的二氧化碳排放。据美国市场调查公司BCCResearch2020年发布的《合成生物学：全球市场》报告数据显示，2019年由合成生物学直接驱动的全球市场规模已达53.19亿美元，预计2024年可达188.85亿美元，2019—2024年的复合年增长率可达28.8%。据2020年MGI在其发布的《生物革命：创新改变经济、社会和人们的生活》研究报告中，预计在未来10～20年，合成生物学相关应用可能每年对全球产生2～4万亿美元的直接经济影响。未来生物制造有望成为继农业经济、工业经济、数字经济之后的第四次产业浪潮，有望打开万亿规模的市场空间。

国家及地方层面政策频繁落地，生物制造产业化有望加速。

近年来，生物制造相关政策频发，2022年国家发改委印发《“十四五”生物经济发展规划》推动合成生物学技术创新。2023年以来，全国多地发布合成生物产业高质量发展的专项政策文件加速生物制造产业化。在部署2024年政府工作任务时，李强总理表示：国家要积极培育新兴产业和未来产业，加快创新药等产业发展，积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎，制定未来产业发展规划，开辟生命科学等新赛道，创建一批未来产业先导区。生物制造被视作新质生产力非常重要的新赛道和新业态，政策端持续推进生物制造产业化落地，而有望于近期出台的，由发改委牵头，工信部和科技部等国家部委正在联合研制国家生物技术和生物制造行动计划，有望进一步加快生物制造产业化落地速度。

二、合成生物的核心装备：平行生物反应器

合成生物学技术的蓬勃发展使构造新的菌种和细胞系越来越容易，但要在大量的候选者中选出最适合工业化生产的一个却非常困难的。这是因为，作为一个生命体，无论是微生物还是细胞，其表现出来性能都是生物本身与环境相互作用的结果。实验室常用的筛选工具如孔板，摇瓶等，受其尺寸限制，无法做到与工业规模反应器相似的混合、传质、剪切等特性。

使用不合适的设备进行菌种筛选和工艺研发，经常会造成错选不适合大规模生产的突变体而漏选真正有潜力的菌种。橘生淮南则为枳，千里马常有而伯乐不常有。这一问题的潜在损失无法估量。然而，使用常规台式反应器进行菌种与培养基筛选或者工艺优化，需要分多次配置培养基、灭菌、接种、诱导等等，甚至会涉及到不同的操作者。这些操作条件以及实验人员的经验与水平乃至工作态度之间的差异，使从常规台式反应器上得到的数据可靠性大打折扣。即便是在最优的假设下，常规台式反应器的最多只能进行对照实验，进行定性或者半定量的比对，而不能胜任实验设计(Design of Experiments)这种定量的研究。

基本概念

生物反应器：是指有效利用生物反应机能的系统（或场所），不仅包括传统的发酵罐、酶反应器，还包括采用固定化技术后的固定化酶或细胞反应器、动植物细胞反应器和光合生物反应器等。

生物反应器的作用：为生物体代谢提供一个优化的物理、化学环境，使生物体能更快更好的生长，以获得更多需要的生物量或代谢产物。

什么是平行生物反应器？简单来说，本质是多个反应器联用，但是实现了多个生物反应器（发酵罐）的参数同步设置、同步启动、同步停止、同步标定传感器、培养基同步灭菌等所有操作条件的同步化，使其保持各项参数的高度一致性和结果可重复性。为什么是平行生物反应器？合成生物学的一个主要特点就是高通量化，这就要求样本之间要有高度的平行性和一致

性，保证结果可比性和可靠性。然而，传统的多联发酵罐只是把多个发酵罐连在一起，其中的每个发酵罐的参数设置、启动、停止、标定、培养基的配制灭菌等还是分别操作，罐与罐之间的这些操作缺乏同步性和条件一致性，结果误差极大。因此，对于高通量发酵过程来说，只有平行生物反应器才能满足高通量样本处理需求下的条件一致性。

平行性-软硬件结合

“平行性”是衡量平行生物反应器性能的综合指标，其硬件基础是如泵、阀门等执行元件及仪表、变送器等检测元件的稳定性(stability)和一致性(consistency)，以及控制系统的鲁棒性 (robustness)。平行生物反应器的核心功能是实验设计(DoE)和高通量筛选（high-throughput screening），使用过程中会产生大量的数据。因此平行生物反应器必须配备具有强大数据管理系统（data management system）。同时，操作平行生物反应器工作量巨大，容易出错，平行生物反应器所配套的软件必须高度的自动化与智能化。软、硬件的结合是平行生物反应器的灵魂，是平行生物反应器与多个独立反应器联用的根本区别。

“平行生物反应器”与“多联反应器”的区别

稍具规模的实验室或者发酵工厂，都不止有一台反应器设备。把这些反应器都用来做同一个实验，甚至用于实验设计，是不是就相当于平行生物反应器了呢？ 显然不是。即便多台一个厂家的生物反应器在一起，所有操作条件都一样，原料与菌种也一样，但是结果却总是不一样，有几台设备可能一直高于平均水平，而另外几台低于平均水平。所以可以明确的说，多个反应器凑在一起的“乌合之众”，是不能称为平行生物反应器的。或者至少不符合我们对平行生物反应器的定义，也不能胜任平行生物反应器最重要的应用如 DoE 等定量分析的需要。

平行生物反应器“平行性”的关键性决定因素

表面看来“完全一样的设备和操作”，为什么实际效果会千差万别呢？其实，无论是设备还是操作，是无法做到完全一样。搅拌桨尺寸安装总有误差，仪表的精度有限，模拟量传输有损耗。这些细微的误差貌似关系不大，但是对于微生物来说，尤其是 E. Coli 这样 20 分钟就能分裂一次的菌来说，设备和操作之间的细微差别对菌体造成的影响也从一代传递到下一代，成指数放大。即便是理想的情况，假设所有硬件都完全一样，流体的运动和扰动也都是随机的，而闭环控制器的动作也因此是随机的。大型发酵罐设备，混合时间可能就要几十分钟甚至更长，宏观的操作条件和局部的测量参数无法代表菌体所能感受到的围观环境。从统计学的角度来说，有很多菌繁殖了一代甚至数代了，都还没有经历真正的最优操作条件。正所谓失之毫厘，谬以千里，每一个发酵罐里，都在日复一日验证着蝴蝶效应。因此，对平行生物反应器的平行性的追求是没有终点的，打造真正的平行生物反应器，不是个一蹴而就的过程。需要对设备的整体和所有部件的工作原理有深刻的理解，比如将强弱电分开，保障了电极等传感器信号免受干扰；罐体之间同一参数的控制来自于同一模块，控制更精准，差异更小；罐体数量可成自由成组增减，相比于多联罐或多个独立的罐体，平行生物反应器内多个罐体的参数曲线一致性、平行性、以及重复性更好；相同参数控制下，不同罐体的参数曲线高度重合。

 

三、合成生物学设备

【新芝生物】我国科学仪器行业翘楚，主营的平行生物反应器，是合成生物生产环节的微生物群落的研发及规模化生产阶段都需要精密的仪器。（核心公司，从科研仪器到生产仪器）

【泰林生物】生物制造铲子股，辐射生物制造三大核心受益方向，深度介入细胞治疗和基因治疗，为合成生物提供制备装备。（具备相关技术）

【楚天科技】公司子公司楚天派特可为全球客户提供多肽合成相关解决方案，同时还可以提供反应器等合成生物相关联的设备。（可以制作关联设备）

【新天地】设立CDMO 一站式服务平台，提供新药开发过程中定制化的合成生物服务，布局连续流技术、合成生物学、酶催化等研究领域（CDMO一站式服务）

【东富龙】可制造设备相关的包括大型发酵罐、离心机等。

 

其他欢迎大家补充。

四、合成生物学领域——新芝解决方案

 

以下内容来自新芝的官微。

国家发改委印发的《“十四五”生物经济发展规划》(以下简称规划)，是我国首个生物经济五年规划，据中信证券预计，2020-2025年，全球合成生物市场规模将保持22.5%的高年均复合增速，至2025年有望突破200亿美元。规划中多次提及“合成生物学”，覆盖医疗健康、食品消费等领域，并指出：推动合成生物学技术创新，突破生物制造菌种计算设计、高通量筛选、高效表达、精准调控等关键技术，有序推动在新药开发、疾病治疗、农业生产、物质合成、环境保护、能源供应和新材料开发等领域应用。以下是各领域的典型应用案例（由此可见，当前市场最强的几个标的，都是炒作标的）：

 

01中国科学院天津工业生物技术研究所：二氧化碳人工合成淀粉，使淀粉生产的传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能（食品领域）

02凯赛生物：微生物菌株合成PA单体，开启生物基尼龙大场景应用（化工原料）

03华熙生物：赋能生物活性物质原料，合成生物学助力“双碳”目标（物质合成）

04硅羿科技：制备RNA纳米农药，推动绿色防控高质量发展（农业生产）

05态创生物：定向进化技术，将小分子肽生物合成效率提高40倍（美妆个护）

06微构工场：提高PHA产效，量产规模迈向万吨级（新材料开发）

07弈柯莱生物：打造八大核心技术平台 研发西格列汀关键中间体合成技术（生物医药）

 

“合成生物学”生产链条：合成是从原料到菌种再到产品的全链条设计和优化。可以在改造和优化天然表达体系的同时，将动物源和植物源的代谢路径构建到微生物生产链条体系中，重新合成全新的人工生物体系，最终实现目标代谢物的异源表达，将原料以较高的速率最大限度地转化为产物。

“合成生物学”生产链条

 

新芝解决方案——研发阶段

01.菌种设计——质粒构建

▲SCIENTZ-2C基因导入仪

产品特点

效率高：转化时间短、转化率高、重复性优异

智能储存：可存储实验参数，方便用户调取

控制精准：采用微处理器控制的脉冲放电

外形美观：整机一体化设计，显示直观，操作简单

02.高通量筛选——分析前处理

▲NP系列全自动核酸提取仪（左边为NP-2032,右边为NP-1096）

产品特点

一致性：采用移动磁珠而不是液体，去除液体残留风险，保障磁珠完全回收，CV<3%，保持高度的一致性性能

便捷性：彩色触摸屏，可自由编程或调用内置程序，操作便捷，适应您的实验室的需要

通用性：软件耗材开放，配套自主配品牌同时也可搭配市场磁珠法试剂盒

全国售后保障：全国各地设有当地办事处，可提供不定期设备巡检维护服务，同时24小时响应用户需求

▲SCIENTZ18-A 超声波DNA打断仪

 

产品特点损耗小：最小可处理5µl通量大：一次最多可处理12个样本范围广：100-1000bp污染低：非接触式封闭破碎，最大程度降低污染风险等温处理：标配冷却水循环系统，避免温度过高对样本造成损坏

 

▲ASP系列全自动液体分装平台（左图为单板位，右图为5板位）

 

产品特点

快速高效：高效自动化代替人工处理：提升3-4倍效率

多种场景：核酸提取 - 深孔板 、PCR扩增管、各规格离心管、试剂瓶、西林瓶等

高性能泵体：多种原理的防堵塞泵体（计量、蠕动、注射泵），保障仪器的稳定性

灵活软件：支持行/列/板的自由设置分装，体积大小可任意设置

03.高通量筛选——动态学分析

▲MGC-200系列微生物生长曲线分析仪

 

产品特点

高通量：实现192样品同时长时间培养加监测

多模块：专利的不同通量模块快速切换识别功能

全光谱：300-850nm全波段数据读取功能

多功能：支持生长曲线及标准曲线双分析模式

04.精准调控——发酵优化

 

▲MPB系列平行生物反应器

 

 

产品特点 精确化：一键启停，一键控制，平行性好；每个单元参数独立控制工艺优化可靠性高微缩化：一体化设计，节省实验室空间(体积小巧）；原料使用成本较低；罐体摸索工艺可用于放大平台化：多台设备任意扩展形成高通量发酵平台；跨设备间发酵罐分组；跨设备平行性便捷化：快插式接口，即插即用功能；分区清晰，易学易用易维护，维修成本低；标识清楚，防呆设计

 

新芝解决方案——生产阶段

 

PART
01成品制备——分离纯化前处理

▲高压均质机（左边为实验型SCIENTZ系列，右边为中试型PHA系列）

 

发明专利：内置冷却器结构设计破碎效率高：物料粒径可均匀细化到100nm以下，破碎率大于95%多功能选配：金刚石破碎阀或司太立乳化阀温度可控：冷却接头进出口与恒温槽相接，有效控制均质物料温度上升在线排气：操作简单

 

▲高速冷冻离心机（左边为小容量HSC-2015L，右边为大容量HSC-3020L）

 

产品特点

降温快：高速运转，室温将至4℃仅需6min（10min HSC-3020L）

控温准：满载状态，最高转速控温精度可达±0.1℃（±1℃ HSC-2015L）

转子多：10种规格转子可选（3种转子 HSC-2015L）

升速快：升至最高转速仅需15s （25s HSC-3020L）

PART
02成品制备——冻干保存

产品特点

冻干量大：用于较多样品的冻干，冻干面积0.2㎡，0.3㎡，0.5㎡，1㎡，2㎡等均可选择

自主控温：可编制升降温曲线，对样品升温、降温自动控制，对样品提供温度补偿，有效控制冻干时间

原位干燥：冻干仓与冷阱分离，整个干燥过程无需挪动样品，冷冻干燥全过程都在冻干仓内完成

样式多变：除现有的一体机的样式之外，也有分体式、嵌入式等样式可供选择