在严格禁塑的今天,行业内都在寻找一种完美的可替代原料,于是PLA、PBAT等材料风靡一时,无数人把眼光转向它们。可另一种材料PHA,属于天然高分子材料,是细菌在生长条件不平衡时的产物,在自然界大量存在,却被冷落一直默默无闻。这是为何呢?

PHA(Polyhydroxyalkanoates),中文名:聚羟基脂肪酸,是一种由微生物合成制造的天然高分子材料。它在自然界大量存在,是细菌在生长条件不平衡时的产物,其生理功能首先是作为细菌体内的碳源和能量的储存物质,类似于植物的淀粉,被称为微生物的“脂肪颗粒”。
最新的统计认为,土壤中至少有30%的细菌能够合成PHA。所以,虽然PHA存在的场所是一个个小小的细菌,但它们广泛地存在于我们的世界中。

微生物合成高分子材料主要有微生物聚酯和微生物多糖,其中典型的聚羟基链烷酸(酯)——PHA。
微生物发酵法合成可降解塑料是指利用特定微生物把原料有机物作为食物,通过发酵作用合成高分子塑料。
PHA结构通式及分子式如上图所示,其中,R为正烷基侧链,范围从甲基至壬基,n约为700~12000,PHA材料因分子链中R基团、共聚单体、链的长短而异,分为不同的PHA。
PHA具有优良的热塑加工性、生物相容性以及生物可降解性,公认为是绿色环保型高分子材料。

同时,PHA对水蒸气和空气中大多数气体的阻隔性能类似于PET,在堆肥、土壤、海水等几乎所有环境中都可以被微生物分解,并且分解后的产物大多都是水和碳基,也不会污染环境。因为PHA为纯生物基材料,因此PHA可作为猪饲料、鱼饲料,安全无害。

在医疗行业中,PHA 是存在于微生物细胞内的天然聚酯,与人体具有良好的相容性,在医疗领域的优势是其无需通过二次手术取出。例如 PHB 可完全降解成属于人体血液中正常成分的 3HB,不会引起排斥或产生毒性。
2007 年,以 P4HB 为原料的可吸收缝合线(TephaFLEX®) 获美国 FDA 批准上市,成为首个商品化的 PHA 医疗产品。目前,PHA 已被用于组织工程、植入材料、药物缓释、医疗保健等多个领域的研究。
除此之外,在农用地膜和包装领域上PHA都有不错相当不错的表现,作为食品包装时无毒无害可降解;作为农用地膜不需要回收处理,在土壤微生物的作用下直接降解,对环境无害,且能够增强土壤肥力。
按照道理说,这样环保的材料应该早就被行业追捧了,为何被如此冷落呢?其实PHA源于生物制造,制造成本高导致了材料的高价格,制造工艺难又导致了PHA的低产量。但实际上,在工业生产、科研水平方面中国并不落后。
在工业生产方面,自美国PHA生产的巨头Metabolix因为产量低,工业化程度低退出PHA生产后,中国的国韵生物材料公司即成为了PHA生产的领头羊。
谈到科研水平,来自清华大学的陈国强教授说,“中国发表的关于PHA的学术论文数目仅次于美国,非常活跃。在文章的引用数上,清华也是第一,所以我们在学术上并不落后。”
蓝晶生物科技公司CEO李腾认为,限制PHA大规模应用的主要原因有三个方面:原料成本较高、设备运行成本较高(生物反应的时间较长,需要密闭环境并严格控制温度、pH值等,还需要防止杂菌生长)以及产物纯化成本较高。
主要实验室是微生物实验室,长期从事“微生物合成PHA降解塑料及其及应用”的研究。本实验室在国际学术期刊上共发表微生物技术和生物材料相关论文280多篇, Web of Sciences纪录论文被引用一万两千多次。
获得授权专利30项,40个公开专利。在实验室负责人陈国强教授带领下,目前开发的技术已经在数家公司用于大规模生产微生物塑料聚羟基脂肪酸酯PHA,使我国成为PHA领域国际上学术和产业最发达的国家、以及其医学应用研究做多的国家。
mP34HB 10(全生物降解的半结晶聚羟基脂肪酸酯(PHA)粉末)
PHA产品包括:聚-D-3-羟基丁酸PHB,D-3-羟基丁酸与D-3-羟基戊酸为3HV,共聚物PHBV,D-3-羟基丁酸与D-4-羟基丁酸共聚物P3HB4HB等超150种PHA单体。
3-羟基丁酸(3-HB)
珠海麦得发生物科技股份有限公司于2019年03月25日成立。公司经营范围包括:章程记载的经营范围:聚羟基脂肪酸酯(PHA)及其上下游材料的研发、生产及销售;食品饮品原材料的生产及销售;一次性医疗卫生用品、医疗器械、医药缓释剂新产品、医用卫生材料、医用耗材的研发、生产和销售等。
陈国强教授现为麦得发公司主要股东、科学技术委员会主席。陈国强教授的PHA技术使我国成为全球PHA领域学术和产业最前沿的国家以及医学应用研究最多的国家。
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医用mP34HB 100
食品饮料级酮体 D3HB (仅用于实验室和研发应用)
中粮生物化学(安徽)股份有限公司是我国生化领域涉足农产品深加工的大型骨干企业、国家级农业产业化龙头企业,成立于1998年8月28日,1999年7月12日公司股票在深圳证券交易所上市。
公司资产总额72亿元,在职员工近万人,主要生产基地有在蚌埠市的柠檬酸生产区、氨基酸生产区、燃料酒精公司和热电公司;蚌埠市以外的企业有马鞍山生化公司、宿州生化公司、丰原油脂公司、砀山梨业公司;有国家级企业技术中心一个。2006年12月8日,中粮集团与蚌埠市政府及丰原集团签订协议,受让丰原集团持有的中粮生化2亿股股份(占总股本的20.74%),成为公司第一大股东。2010年,公司实现营业收入67亿元,其中出口创汇1.86亿美元。研发phb技术,暂无相关产品。
北京蓝晶微生物科技有限公司成立于2016年10月28日,注册地位于北京市昌平区生命科学园生命园路20号院4号楼1层。经营范围包括技术开发、技术推广、技术转让、技术咨询、技术服务;销售自行开发的产品;产品设计;模型设计;包装装潢设计;会议服务;自然科学研究与试验发展;工程和技术研究与试验发展;农业科学研究与试验发展;医学研究与试验发展;组织文化艺术交流活动(不含营业性演出);应用软件服务;软件开发;软件咨询;教育咨询(中介服务除外)。(市场主体依法自主选择经营项目,开展经营活动;依法须经批准的项目,经相关部门批准后依批准的内容开展经营活动;不得从事国家和本市产业政策禁止和限制类项目的经营活动。)北京蓝晶微生物科技有限公司对外投资3家公司。
总的来说,PHA的高生产成本,复杂的工艺路线限制了PHA的广泛应用。简化原材料的生产工艺,降低生产成本是推广PHA应用的首要因素。
对目前居高不下的原材料价格,研究PHA的清华教授陈国强表示,希望与广大科研工作者共同努力,争取在五年左右把PHA的成本做到12000/吨,同时保证PHA原料的高质量,维持较高的产业标准,纯度≥95%,分子量≥30万。
PHA材料品种和结构的多样化,为其在通用塑料领域和生物相容方面的应用提供了无限的可能。
与目前其他的生物降解材料相似,为了适应更广泛的应用需求,对PHA等生物可降解原料进行共混,改性是继续扩大降解材料应用范围的必经之路。
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