1、 中国科学基金 年科学论坛医药化工领域研究现状和发展态势尹健张治国吉远辉薛亚平傅俊杰王雪董亮亮张国俊陈坚郑裕国江南大学 生物工程学院，无锡 浙江大学 化学工程与生物工程学院，杭州 东南大学 化学化工学院，南京 浙江工业大学 生物工程学院，杭州 国家自然科学基金委员会 化学科学部，北京 收稿日期：；修回日期：本文基于国家自然科学基金委员会化学科学部“食品与医药化工学科发展战略研讨会”内容整理。通信作者，：；摘要化学工程的研究对象正不断拓展并与其他诸多学科进行交叉，医药工业在我国已进入蓬勃发展的新时期。医药与化工的融合由来已久，在“医药化工”被写入国家自然科学基金委项目指南后，这一交叉领域的发展进
2、入新阶段。本文基于国家自然科学基金委员会化学科学部第一期科技活动项目“食品与医药化工学科发展战略研讨会”取得的成果，凝练了医药化工这一交叉学科的科学内涵，总结了医药化工学科的重大技术难题和关键科学问题，并对该领域未来需重点研究的内容给出了建议。关键词医药化工；医药工业；化学工程；多学科交叉为贯彻落实习近平总书记提出的“四个面向”，国家自然科学基金委员会（以下简称“自然科学基金委”）化学科学部在 年化工学科（）的项目指南中新设立了“医药化工（）”这一学科代码。年 月 日 日，由自然科学基金委化学科学部第一期科技活动项目资助、江南大学主办的“食品与医药化工学科发展战略研讨会”在无锡召开，江南大学陈
3、坚院士和浙江工业大学郑裕国院士陈坚江南大学教授、博士生导师、校学术委员会主任。年当选中国工程院院士。长期从事发酵工程和食品生物技术的研究和教学。以第一完成人获国家技术发明奖二等奖项、国家科技进步奖二等奖项、何梁何利基金科学与技术创新奖、中国专利奖金奖；担任国家“”项目首席科学家、获国家杰出青年科学基金。兼任国务院学位委员会轻工技术与工程学科评议组召集人、教育部科技委农林学部常务副主任、中国生物工程学会副理事长、中国食品科技学会副理事长。郑裕国浙江工业大学教授，中国工程院院士，第十三届全国政协委员会委员。现任浙江工业大学生物工程学院院长、手性生物制造国家地方联合工程研究中心主任等，兼中国化工学会
4、医药化工专业委员会主任委员。长期从事医药、农药和营养化学品生物制造工程技术创新，建立了以生物技术为核心，融合有机合成、化学工程原理和方法的生物有机合成技术新体系。以第一完成人获国家技术发明奖二等奖 项、国家科技进步奖二等奖 项、省部级科学技术奖一等奖项等。尹健江南大学生物工程学院教授、博士生导师，江南大学生命科学与健康工程学院常务副院长，国家级青年引进人才。研究方向“糖疫苗与药物工程”，近年以通讯作者形式发表论文 余篇，授权中国发明专利 件，授权美国专利件；获得江苏省教学成果奖一等奖、国家级教学成果奖二 等 奖、张树政糖科学奖优秀青年奖和张天民糖类药物奖杰出青年奖等国内外奖项。DOI:10.1
5、6262/ki.1000-8217.20230210.002第 卷第期尹健等：医药化工领域研究现状和发展态势 作为大会的共同主席。本次研讨会邀请了来自全国 多所高校和科研院所的近 名专家学者，围绕食品化工和医药化工的科学内涵和边界、学科关键科学问题和重大技术难题、未来亟需发展的方向等进行了热烈讨论。基于本次研讨会的成果，本文重点梳理了医药化工这一交叉学科的形成背景、需重点关注的技术难题和关键科学问题，以及未来进一步发展的主要方向。医药化工学科形成的背景 化学工程与医药工业发展现状化学工程是一门涉及化学、物理学、生物学、生物化学、数学、经济学等多学科交叉融合的科学，以传递过程原理与化学反应工程为
6、核心。年，麻省理工学院组建了世界上第一个化学工程系。经过百年的发展，化学工程的研究对象已从传统的化学工业拓展到了能源、材料、冶金、环境、生物、食品、医药等诸多进行物质与能量转化的过程工业，并不断与其他学科进行交叉融合，在满足国民经济发展的重大需求方面占据了不可替代的地位。中国石油和化学工业联合会发布的数据显示，年我国化工行业增加值同比增长，化工行业规模以上企业累 计 实 现 营 收 和 利 润 分 别 为 万 亿 元 和 亿元，创历史新高，同比分别增长 和 。年，自然科学基金委在项目指南中明确提出，化学工程应与化学、材料、生物、信息等学科交叉融合，为现代制造业、能源安全、战略新兴产业和生命健康
7、等国家重大需求提供科学基础。医药工业是我国国民经济的重要组成部分，与人民群众的生命健康和生活质量密切相关。年 月，中共中央、国务院印发“健康中国 ”规划纲要，提出到 年我国要“跨入世界制药强国行列”。“十四五”规划中，党中央继续把“全面推进健康中国建设”作为未来的重大任务。改革开放以来，医药工业一直是我国整个社会经济发展最快的行业之一，其总产值由 年的 亿元增加到 年的 亿元。进入 世纪后，医药工业继续快速增长，如今总产值已突破万亿元，使我国成为全球最大的新兴医药市场。全国制药企业数量也从建国初期的 家猛增到 年的 家。我国已成为全球最大的医药生产基地，产能占全世界的。可见，化学工程的研究对象
8、不断拓展，医药工业的蓬勃发展方兴未艾，而医药与化工的不断融合也是学科交叉发展的必然规律和大势所趋。医药与化工的交叉融合从世界范围来看，医药工业，特别是制药工业的起源与化工密切相关。早在 世纪 年代，瑞士和德国的化学公司因发现其生产的有机化学品的药效而涉足制药行业。年，辉瑞公司的约翰史密斯接受美国政府下达的青霉素批量生产的艰巨任务，并由约翰麦基领导解决了 加仑液体深层发酵技术。随后金霉素、氯霉素、土霉素和头孢菌素等品种相继推出，开创了化学工程与生物医药结合的新时代。年，我国第一届全国人民代表大会常务委员会第 次会议决定，将原重工业部化学工业管理局、轻工业部医药工业管理局、橡胶工业管理局合并，成立
9、中华人民共和国化学工业部。可见，医药工业从诞生伊始便与化学工程有着密不可分的联系。年月 日，由浙江工业大学牵头，中国化工学会医药化工专业委员会在杭州成立，浙江工业大学郑裕国院士当选为第一届委员会主任委员。医药化工专业委员会的成立为我国医药化工的融合与创新发展开启了新的篇章，对促进我国医药化工领域学术和技术水平的提升具有重大意义。制药工程的学科发展从学科发展来看，“制药工程”是目前与医药化工最为贴合的专业名称。年，美国新泽西州立大学制定了首个制药工程研究生计划，年美国加利福尼亚州立大学首办制药工程本科专业。我国于 年国务院学位委员会和教育部调整学科结构与大幅度整合高等学校专业时，在化工与制药类下
10、增设了制药工程本科专业。年全国共有 所高校设置制药工程专业，如今开设该专业的高校已接近 所。目前我国制药工程本科教育分为以药学、化学、生命科学为基础的理学模式（中国药科大学、沈阳药科大学、南京中医药大学等）和以化工，尤其是精细化工为基础的工学模式（天津大学、浙江大学、北京化工大学、华东理工大学、东南大学、南京理工大学、南京工业大学、浙江工业大学等）。制药工程研究生教育依托于具有药学或生物医学工程一级学科博士点的高校（中国药科大学、沈阳药科大学、浙江工业大学、东南大学等）和具有化学工程与技术一级学科博士点的高校（天津大学、浙江大学、北京化工大学、华东理工大学、南京工业大学、浙江工业大学等）。这些
11、高校通过自主增设的方式，在药学、化学工程与技术或生物医学工程一级学科下设 中国科学基金 年置制药工程（学）二级学科，招收博士硕士研究生，并逐步形成完整的制药工程学科体系。年，天津大学招收了我国首批制药工程硕士，年我国首批培养的 名制药工程硕士从天津大学毕业。年，中国药科大学和天津大学分别在药学和化学工程与技术一级学科下增设制药工程博士学位授予点。医药化工的科学内涵尽管医药与化工之间有着千丝万缕的联系，然而截至目前，对“医药化工”这四个字的科学内涵仍未有明确的解释。鉴于自然科学基金委化学科学部已在化工一级代码下设立医药化工这一全新二级代码，无论从科学基金管理还是交叉学科的发展角度来看，都有必要对
12、医药化工的科学内涵做出明确的界定。基于医药化工领域研究现状及发展态势，本文凝练出：医药化工以化学制药、生物制药、制药工程、医药工程等为基础，是一门高度交叉的新兴学科，主要解决医药研发、生产和制造中的化工问题，用化工学科的理论体系指导医药产品的研制。医药化 工的重大技术难题与关键 科学问题医药工业的发展离不开化学工程基本理论的指导。以医药工业中的药物制造业为例，其主要包含原料药的获取和制剂的制造，生产流程长，工艺复杂，包含有机合成、生物发酵、酶合成、提取、精制、过滤、浓缩、精馏、结晶、干燥等多种化工反应单元操作，涉及化学反应、生物转化、提取分离、混合分散、成型加工及过滤净化等操作过程。这些过程受
13、多种技术因素和工程因素的影响，并最终决定了药品的安全性、有效性、均一性和稳定性。制药工业中需解决的很多难题本质上是化工问题，化工“三传一反”的理论体系贯穿其中，如药物合成反应中的热力学和动力学，天然药物和中药提取分离过程中的扩散动力学，药物制剂中的混合和成型加工过程中的流体动力学，界面聚合反应中的固、液、气三相传质，细胞工厂合成中的细胞内物质传输等。医药化工行业目前存在的重大技术难题和科学问题具体包括：（）新型高效手性催化剂的设计合成及手性药物分子的高效制备；（）解决医药化工生产中的“三废”问题，实现原料药的清洁、绿色、低碳生产；（）深入研究固体药物的同质多晶行为，发展医药产品结晶生产关键技术
14、，实现药物晶型的一致性；（）提高药物制剂的均一性，开发 打印片剂、口服胰岛素制剂等新型制剂和改良型新药制剂，发展缓释、控释、智能响应、多级靶向等新型药物递送系统；（）解决中药工业中制药工程和工艺较为落后、质控对象和技术水平不高、过程控制缺乏等问题，实现中医药的现代化发展；（）疫苗工程中病原体特异性免疫原成分（肽、蛋白质、多糖等）的高效获取、抗原的纯化与分离、疫苗的质量控制、疫苗的体内递送等科学问题；（）细胞治疗工程中的细胞大规模培养、自体免疫细胞或工程类免疫细胞的高效分离等技术。医药化工重点研究内容建议与化工传统学科相比，医药化工被赋予了新的内涵，学科概念有了新的拓展。事实上，在医药工业漫长的
15、发展史中，其早已不断和化工交叉融合，推动了众多关系国计民生的重要成果的发现。在医药化工这一名称被作为新的学科代码正式写入自然科学基金委的项目指南后，在医药化工学科的科学内涵和边界不断明晰后，医药工业与化工之间的相互交叉、相互推动必将迈上新的台阶。围绕前述关键科学问题，建议未来在以下几个方面开展重点研究和资助布局：手性药物催化工程市售药物中有 是手性药，如多巴、氯胺酮、青霉素胺、喜树碱、巴比妥类药物、前列腺素类药物等 。手性药物的不同对映异构体在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著差异。我国食品药品监督管理局于 年 月颁布了 手性药物质量控制研究技术指导原则，指出在手性药物的生产过程中，要严
16、格保证其光学纯度和构型的稳定性，确定手性药物分子的绝对构型。手性药物分子的高效合成长期以来一直是医药化工领域的重大技术难题。催化剂控制的手性合成，即不对称催化，已成为手性药物制备的热点，相关研究成果相继在 年和 年获得诺贝尔化学奖。然而，目前使用的催化剂普遍存在适用性差、转化数较低、稳定性不高、难以回收等问题，催化剂固载化后催化效率和选择性往往进一步降低。如何设计合成新型、高效的手性催化剂并进一步提高手性催化反应中的传质效率和手性选择性是该领域未来应重点研究的内容。第 卷第期尹健等：医药化工领域研究现状和发展态势 原料药绿色制造我国已明确提出，将用全球历史上最短的时间实现从碳达峰到碳中和的跨越，力争 年前实现碳达峰、年前实现碳中和。目前，医药化工生产中仍普遍存在高污染、高能耗、低效率等问题。医药化工属于精细化工，生产吨的医药产品平均需要排放 吨的三废。如何解决由此产生的环境污染和生产安全问题，提高反应的原子经济性，实现原料药的清洁、绿色、低碳生产是医药化工的重大技术难题 。例如：如何通过催化剂的微观结构设计进一步提高原料药生产中的催化效率，实现连续生产？如何重构原料药的生产路线，使其步