Skaitmeninių technologijų integravimas leidžia kurti bioinovacijas įvairiose srityse – nuo bioproduktų iki aplinkosauginių sprendimų. Skaitmenizacija biotechnologijoje taikoma bioprocesų inžinerijoje, sintetinėje biologijoje ir šiuolaikinėse technologijose.
Skaitmeninių technologijų integravimas leidžia kurti bioinovacijas įvairiose srityse – nuo bioproduktų iki aplinkosauginių sprendimų. Skaitmenizacija biotechnologijoje taikoma bioprocesų inžinerijoje, sintetinėje biologijoje ir šiuolaikinėse technologijose.
Naudojant bioprocesus galima sukurti didelės vertės produktus, tokius kaip vaistai, fermentai, biokuras ar biopolimerai. Tarp dažniausiai gaminamų bioproduktų – biofarmaciniai preparatai, biopolimerai, bioplastikai, organinės rūgštys, aminorūgštys, biotrąšos bei pramoniniai fermentai.
 Doc dr. Ilona Jonuškienė mokslinėje stažuotėje Herriot-Watt universitete |
|---|
„Auganti šių bioproduktų paklausa skatina diegti pažangius ir išmanius sprendimus visais jų kūrimo etapais – pradedant moksliniais tyrimais ir technologijų vystymu, pereinant prie efektyvios gamybos. Bioprocesų skaitmenizacija sukuria pridėtinę vertę tiek laboratorijose, tiek pramonėje“, – teigia Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (KTU CTF) studijų programos Pramoninė biotechnologija vadovė docentė dr. Ilona Jonuškienė.
Gyvybės mokslų ateitis – skaitmeninė
Skaitmenizacija tampa neatsiejama biotechnologijos pramonės dalimi ir reikšminga priemone bioekonomikos plėtrai. Ji kuria pridėtinę vertę jau nuo pirmųjų etapų – bioskaitmeninis modeliavimas leidžia tiksliai atkurti realius procesus, analizuoti įvairius scenarijus ir optimizuoti gamybą nestabdant fizinių operacijų.
Skaitmeninės technologijos leidžia realiuoju laiku rinkti, analizuoti ir valdyti didelius duomenų kiekius, dažnai viršijančius žmogaus galimybes. Tai sudaro sąlygas išmaniosioms sistemoms automatizuotai modeliuoti ir optimizuoti bioprocesus visuose jų etapuose – nuo idėjos iki produkto.
Tarp pažangiausių sprendimų – skaitmeniniai dvyniai, daiktų internetas (IoT), dirbtinis intelektas (DI). Skaitmeniniai dvyniai atkuria bioprocesų virtualius atitikmenis, leidžia stebėti, prognozuoti ir optimizuoti eigą, mažinti sąnaudas, didinti tikslumą ir kontrolę. Jie taikomi visose grandyse – pradedant žaliavų analize, tęsiant fermentacijos procesu ir baigiant galutinio produkto vertinimu.
Skaitmeninis bioprodukto kūrimo kelias
Sėkminga kelionė nuo ląstelės iki skaitmeninio produkto apima daugybę tarpusavyje susijusių etapų: ląstelių parinkimą, duomenų surinkimą, skaitmeninį modeliavimą, produkto kūrimą ir kokybės kontrolę. Kiekviename etape taikomos specifinės metodikos ir technologijos, leidžiančios suplanuoti, simuliuoti bei įvertinti procesus pagal gamybos reikalavimus, rengti technologines schemas, atlikti ekonominę analizę ir įvertinti poveikį aplinkai.
„Skaitmenizacija bioprocesuose leidžia kurti tvarius, efektyvius ir pramonėje pritaikomus išmanius biotechnologinius sprendimus. Tai – tarpdisciplininis procesas, grįstas inovacijomis ir glaudžiu skirtingų sričių mokslininkų bendradarbiavimu“, – sako I. Jonuškienė.
Skaitmeninės technologijos ne tik didina bioprocesų efektyvumą ir sėkmingų sprendimų diegimą biopramonėje, bet ir stiprina naujų kompetencijų formavimą bei bioinovacijas išmanančių specialistų svarbą.
Skaitmenizuota ksantano gamyba
 Asociatyvi „Pexels“ nuotr. |
|---|
Vienas iš biotechnologinio produkto pavyzdžių – biopolimeras ksantanas, kuris gaminamas iš Xanthomonas campestris bakterijų, pasitelkiant atsinaujinančius šaltinius. Jis gali būti naudojamas chemijos, maisto, farmacijos, kosmetikos, naftos pramonėse.
Jo gamybos procesas priklauso nuo daugelio veiksnių: naudojamo bakterijų kamieno, terpės sudėties (anglies ir azoto šaltinių), fermentacijos parametrų bei produkto išgryninimo būdų. Gautas ksantanas yra biologiškai suderinamas, suyrantis, aplinkai nekenksmingas ir pasižymi antioksidacinėmis, antibakterinėmis bei priešvėžinėmis savybėmis.
Ksantano gamybos technologinė linija gali būti visiškai skaitmenizuota – nuo bakterijų parinkimo, terpės sudėties ir maistinių medžiagų optimizavimo, energijos ir medžiagų balanso skaičiavimo, fermentacijos proceso modeliavimo, produkto išgryninimo iki ekonominio ir aplinkosauginio vertinimo bei galutinės kokybės analizės.
Ateities perspektyvos ir tendencijos
Naujų bioprocesų kūrimą ypač palengvina skaitmeninio modeliavimo programos, kurios taikomos jau pradinėse bioproduktų kūrimo stadijose. Viena jų – „SuperPro Designer“ – universali procesų modeliavimo, optimizavimo ir ekonominio vertinimo programa, kuri taikoma įvairiose pramonės srityse. Ji leidžia ne tik projektuoti gamybos procesus, bet ir modeliuoti visą bioprodukto kūrimo kelią.
Dėl gebėjimo modeliuoti sudėtingus procesus modeliavimo programos yra itin svarbios biotechnologams, inžinieriams ir tyrėjams, siekiantiems didinti bioprocesų efektyvumą ir mažinti išlaidas.
Bioskaitmeninės inovacijos keičia taikomas technologijas ir kelia naujus reikalavimus specialistų kompetencijoms, tarpdisciplininiam bendradarbiavimui bei sprendimų priėmimo procesams. Skaitmenizacijoje ypač svarbus glaudus biotechnologų, bioprocesų inžinierių, bioinformatikų, duomenų analitikų ir IT specialistų bendradarbiavimas.
Įvairių sričių ekspertų integracija leidžia ne tik analizuoti ir interpretuoti proceso metu surinktus duomenis, bet ir kurti bei tobulinti matematinius modelius, skaitmeninti infrastruktūrą, taip pat efektyviau perkelti laboratorinius eksperimentus į komercinę gamybą.
