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2026年,生物制药产业与教育数字化迎来了政策共振的密集窗口期。年初,工业和信息化部等八部门联合印发《“人工智能+制造”专项行动实施意见》,明确点名AI制药、AI生物制造领域,要求“建设人工智能驱动的新药发现与虚拟筛选平台,打造智能化菌种构建平台,精准模拟细胞工厂运行机制”。几乎同期,教育部等五部门联合印发《“人工智能+教育”行动计划》,强调“深化虚拟仿真实验建设,构建沉浸式教学空间”。从数智药械工厂建设到AI赋能制药工艺,国家政策为生物制药人才的数字化培养划定了清晰路径。
生物制药涉及细胞培养、基因工程、蛋白纯化、无菌灌装等高端技术环节,传统教学中,学生几乎无法进入真实的GMP车间进行操作训练。培养既懂GMP规范、又掌握生物制药核心工艺的复合型人才,已成为产教融合的迫切命题。
,以三维仿真与DCS智能控制为核心,构建了一个覆盖“基因工程—细胞培养—发酵提取—纯化精制—制剂灌装”全链条的系统化虚拟仿真实训生态。
北京欧倍尔生物制药虚拟仿真实验平台并非单一工具,而是一个覆盖生物制药核心品类与前沿技术领域的完整产品生态。该系列已形成22款核心软件,涵盖基因编辑、单抗制备、疫苗生产、胰岛素发酵、干扰素提取等多个前沿领域。软件以典型的青霉素、干扰素、重组人红血细胞生成素及狂犬疫苗的生产制备过程为原型,模拟实验和工厂规模生物反应器认知实习和生产实习。产品矩阵覆盖了从菌种保存、复苏扩培、细胞培养到病毒灭活、分离纯化、制剂灌装的全过程。
在基因工程前沿,软件包含基因编辑载体构建、药物靶向作用及点位分析、抗原制备等虚拟仿真模块。在单抗药物方向,单克隆抗体杂交瘤细胞克隆虚拟仿真实验和单克隆抗体鉴定虚拟仿真实验,完整重现了从杂交瘤细胞克隆筛选到免疫印迹鉴定的全流程。在疫苗生产方向,软件参照现代制药工厂的生产环境、生产工艺和质量管理建立,基于疫苗产品真实生产线进行虚拟仿真工艺设计。从基因编辑到单抗制备,从疫苗生产到胰岛素发酵,这一产品矩阵全面对接了生物制药专业课程体系。
平台最具代表性的技术特征是其配备的仿DCS控制系统。以青霉素发酵提炼仿真软件为例,软件以大型青霉素生产车间为蓝本,在3D场景中完整包含配液罐、连消塔、维持罐等主要设备。仿DCS系统在2D界面中真实还原了青霉素车间的现场仪表、阀门和DCS交互的数据传输过程。内操、外操两位工人相互配合,根据标准作业流程,协作完成生物发酵罐的仿真操作,重点考察种子罐空消和实消、发酵罐空消、培养基连续灭菌、突发事件处理等关键环节。这种内外操协同的实训模式,精准还原了真实生物制药工厂的岗位分工与协作逻辑。
平台还集成了智能评分系统,评分根据用户的操作准确性给出分数,与生产操作步骤一一对应,涵盖了各个岗位的关键操作点。评分系统不仅是一个评估工具,也是一种激励机制,教师可以客观、全面地评估学生的学习效果,了解他们在各个操作环节的表现,及时发现并纠正问题。
门冬酰胺酶生物制药虚拟实训平台模拟了真实的生产车间,布局合理、功能齐全,包括办公区、更衣区、菌种培养区、发酵区、提取区、纯化区、冻干区、灌封区、包装区、库房等,每个区域都配备相应生产设备。模拟生产流程严格符合《药品生产质量管理规范》要求,学生在虚拟环境中可以完整经历从菌种培养到灌封包装的全流程。软件以《药品GMP车间实训教程》为基础,设计了五大操作模块——制药车间的漫游学习、菌种的复苏与活化培养、发酵过程的空消实消与扩大培养、产物的离心及盐析、目的产物的精纯和层析。
为提升实训的真实感和沉浸感,平台中的主要操作设备均制作了仿DCS操作页面。学生可以通过这些页面直观地看到发酵各仪表、设备物料的工艺状态,并进行控制参数的修改。修改后的参数能够传送到后台的仿真平台中,通过运算处理将新的数据回传到仿DCS操控界面上并加以显示,高度模拟了实际生产车间中的操作界面和流程。
平台利用电脑模拟生成三维虚拟世界,构建高度仿真的虚拟环境,如实还原单克隆抗体制备收集车间。使用者可在虚拟场景内自由走动,根据需要自由旋转观察角度。软件中包含的设备和相关物品均依据实物进行制作,互动操作点遍布场景中,界面友好、操作简单。场景内还配有相应设备的知识介绍和视频讲解,用户可自由点击学习。系统能够模拟每个操作步骤,通过任务方式进行指引操作,并加以文字或语言说明和解释。
北京欧倍尔生物制药虚拟仿真实验平台的价值在于四大维度的教学赋能。其一,工艺流程深度认知——学生可全面了解从前期准备到后期培养的完整生产流程。其二,设备操作精准掌握——学生通过虚拟操作熟悉各类生产设备的使用方法。其三,工程设计能力培养——在模拟真实药厂环境中,学生需考虑设备连接、空间利用等因素,提高工程设计能力。其四,突发情况应对训练——软件通过设置突发事件,训练学生在能耗异常、质量控制等问题中的应急处理能力。
在产教融合层面,北京欧倍尔已与国内上千家大专院校建立了长期合作关系,为百余家高等院校建立了虚拟仿真教学中心。平台帮助学生对比小试工艺与生产过程的异同,深入体会GMP车间和制药设备与实验室仪器的区别,培养全局性、概括性思维能力。