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Precision Microalgae: A New Conceptual Framework for Bioengineering Applications
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OA
AI
DOI：10.3390/bioengineering13091011.png)
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摘要
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微藻是生物质生产、碳捕获、生物燃料和高价值生物产品的有前景的平台。然而，尽管在培养技术、反应器工程和代谢工程方面取得了显著进展，工业实施仍有限制。这一差距表明微藻生物技术的主要挑战不在于高产量菌株或培养系统的可用性，而在于管理规模扩大过程中出现的环境和生理异质性。这篇结构化叙事综述使用预定义的描述符和相关性纳入标准筛选文献，并将证据组织到五个主题领域，涵盖培养规模限制、细胞生理学、生物工程、精确技术和工业化转化。该综述考察了与光分布、气体传递、流体动力学和反应器操作相关的宏观空间瓶颈，以及涉及细胞周期调控、碳分配、代谢适应和应激反应的微观空间限制。近期在适应性培养、实时监测、人工智能、数字孪生、计算建模和生物工程方面的进展被讨论为将生物和环境变异性转化为可操作信息的工具。基于精准农业的概念，该综述提出精准微藻作为一个概念框架，整合反应器工程和细胞生理学，并基于三个操作支柱：实时监测、预测建模和适应性控制。其具体贡献是将目前分散的技术和生物学进展连接到一个共同框架中，以管理培养和规模扩大过程中的多尺度异质性。总体而言，现有证据支持该框架的操作逻辑，尽管其在工业条件下的普遍有效性仍有待证明。
Keyword:
environmental heterogeneity
photobioreactor scale-up
physiological heterogeneity
digital twins
industrial biotechnology