# 一次性生物工艺与模块化工厂

一次性生物反应器、袋和管路加上模块化工厂（KUBio——12–18 个月 vs 5–7 年）降低资本支出和交叉污染，使生物制造灵活且多产品。

Source: https://cn.bioecon.ru/technology/single-use-bioprocessing/
Updated: 2026-08-18



## 概览与价值链

标记: [EC: EU GMP Annex 1 | OECD: Bio-Pharmaceuticals | 监管机构: FDA (美国), EMA (欧盟), NMPA (中国)]

一次性生物工艺（SUS）是基于一次性组件的生物制造：生物反应器（最高 5,000 L）、袋、管路、
过滤器和传感器。无菌塑料系统以即用型供货，运行后即弃，消除了 CIP/SIP 清洗和产品间交叉污染。
结合模块化工厂（Cytiva KUBio——由预制模块在 12–18 个月内组装，而传统工厂需 5–7 年），
SUS 大幅降低资本支出和上市时间，使产能可灵活切换多种产品。

一次性生物工艺的关键方向：
1. **一次性生物反应器 (Single-Use Bioreactors):** 袋式 SUB 最高 2,000–5,000 L（DynaDrive）。
2. **一次性下游 (Single-Use Downstream):** 封闭过滤/层析（Allegro）。
3. **模块化工厂 (Modular Factories):** 预制模块化 GMP 工厂（KUBio）。
4. **膜与传感器 (Films & Sensors):** 多层膜（Flexsafe、Aegis5-14）+ 一次性光学传感器。

### 产业价值链

```
[膜/袋] ──> [SUB 生物反应器] ──> [一次性纯化] ──> [灌装]
                │
          (无 CIP/SIP)
                │
                ▼
[产品] <─── [一次性收获] <─────┘
```

### 价值链层级

| 层级 | 描述 | 关键输入/输出 |
|:---|:---|:---|
| **Media Prep (SUB)** | 在一次性袋中配制培养基 | **入:** 粉末、WFI。**出:** 培养基。 |
| **Upstream (SUB)** | 在一次性生物反应器中培养细胞 | **入:** 培养基、细胞、气体。**出:** 上清。 |
| **Harvest (Single-Use)** | 一次性深层过滤 | **入:** 上清。**出:** 澄清液。 |
| **Downstream (Single-Use)** | 一次性层析/TFF | **入:** 澄清液。**出:** 纯产品。 |
| **Formulation (SUB)** | 一次性盒式 UF/DF | **入:** 纯产品。**出:** 制剂。 |
| **Aseptic Fill-Finish** | SUS 线无菌灌装 | **入:** 制剂。**出:** 制剂。 |

行业的横切技术：
- **多层膜 (Multilayer Films):** Flexsafe/Aegis5-14——机械强度高、E&L 低。
- **一次性光学传感器 (Single-Use Sensors):** 长时间发酵中信号漂移小。
- **模块化工厂 (Modular Factories):** KUBio——预装设备的模块化组装。

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## 美国

美国在 SUS 膜、传感器和大规模 SUB 方面领先。

### Thermo Fisher, Pall, Merck Millipore SUS technologies
- **Thermo Fisher (HyClone):** Aegis5-14 膜、DynaDrive 生物反应器最高 5,000 L。
- **Pall / Merck Millipore:** 封闭下游 SUS 系统（Allegro）。
- **FDA:** 支持灵活产能和加速技术。

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## 中国

中国正积极本地化 SUS 组件并建设模块化生物制药工厂。

### Truking, modular biopharma build-out, NMPA
- **Truking:** 国产 SUS 生物反应器和灌装线。
- **模块化工厂:** 为生物类似药快速部署 SUS 产能。
- **NMPA:** 将 SUS 标准与 GMP 协调一致。

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## 欧盟

欧盟是领先 SUS 供应商（Sartorius、Merck KGaA）和 KUBio 概念的发源地。

### Sartorius, Merck KGaA, Cytiva KUBio
- **Sartorius Stedim:** Biostat STR 生物反应器、Flexsafe 膜——全球 SUS 领导者。
- **Merck KGaA:** 模块化洁净室和 Mobius SUS 解决方案。
- **Cytiva KUBio:** 标准化模块化 GMP 工厂，12–18 个月内组装。

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## 领先企业与研究机构

| 公司 / 机构 | 国家 | 关键产品 / 平台 | 技术特点 | 2026 年状态 |
|:---|:---|:---|:---|:---|
| **Sartorius** | 🇩🇪 德国 | *Biostat STR*、*Flexsafe* | 集成 SUS 传感器 | 商业化 |
| **Cytiva** | 🇺🇸 美国 | *KUBio™*、*Xcellerex™* | 模块化 GMP 工厂 | 商业化 |
| **Thermo Fisher** | 🇺🇸 美国 | *DynaDrive™*、*Aegis5-14* | 立方 SUB 最高 5,000 L | 商业化 |
| **Merck KGaA** | 🇩🇪 德国 | 模块化洁净室 | Mobius SUS 解决方案 | 商业化 |
| **Pall** | 🇺🇸 美国 | *Allegro™* 下游 | 封闭 SUS 回路 | 商业化 |
| **Truking** | 🇨🇳 中国 | SUS 生物反应器、灌装 | SUS 设备本地化 | 商业化 |

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## 技术栈与创新

该技术栈以一次性材料、传感器和模块化为基础。

1. **一次性生物反应器 (Single-Use Bioreactors):**
   - 袋式 SUB 最高 2,000–5,000 L；DynaDrive 立方构型改善混合。
2. **多层膜 (Multilayer Films):**
   - Flexsafe/Aegis5-14——可浸出物与可析出物低、细胞生长稳定。
3. **模块化工厂 (Modular Factories):**
   - KUBio——模块化组装 12–18 个月，而传统建设需 5–7 年。

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## 价值链与生产管线

### 一次性生物制造管线 (GMP / Annex 1)

```
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 1. 培养基配制 (SUB)        │ ───> │ 2. 上游 (SUB)             │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
                                                 │
                                                 ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 4. 下游 (SUS)              │ <─── │ 3. 收获（一次性）          │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
              │
              ▼
┌───────────────────────────┐      ┌───────────────────────────┐
│ 5. 制剂 (UF/DF)            │ ───> │ 6. 灌装 (SUS)             │
└───────────────────────────┘      └───────────────────────────┘
```

#### 阶段 1: 培养基配制
在一次性袋中由粉末和 WFI 配制培养基。

#### 阶段 2: 上游 (SUB)
细胞在一次性生物反应器中生长至目标滴度；无需 CIP/SIP。

#### 阶段 3: 收获
一次性深层过滤分离细胞，无开放步骤。

#### 阶段 4: 下游 (SUS)
在封闭回路（Allegro）中进行一次性层析和 TFF。

#### 阶段 5: 制剂
一次性盒式 UF/DF 浓缩产品并转入制剂。

#### 阶段 6: 灌装 (SUS)
在 Annex 1 下的 SUS 线无菌灌装；批次送 QC 放行。