微生物聚羟基脂肪酸

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1、生物基完全可生物降解材料—聚羟基脂肪酸酯(PHA)的应用及产业化陈国强(清华大学生物系，北京)PHA材料简介聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoates简称PHA）,是微生物作为碳源和能源储备物来合成的，一般以内含体的形式存在于微生物细胞体内。由于PHA具有不同的单体结构，因此其种类繁多。既有由短链单体组成的PHA也有由中长链单体组成的PHA，还有由不同种类单体组成的共聚物。PHA是一个包含多种聚酯的生物高分子材料家族，作为一种热塑性材料，同时在无需堆肥的情况下，3～6个月之内在自然环境下即可完全分解为二氧化碳和水

2、。可以作为生物材料应用也日趋成熟,已经形成了一个产业链。国内外相继建立了与PHA大规模生产相关的二十几家公司。PHA和相关技术正在形成了一个从发酵，材料，能源到医学领域的工业价值链。很可喜的是，在国内各级机构支持下，我国在PHA研究的各个领域近年来取得了跨越式的发展，相关产业也得到大力发展。2010年将是PHA产业大发展的年份。PHA正在形成一个从发酵、生物医学材料、医药、生物燃料、饲料到塑料的产业链PHA材料应用基于其特殊的聚合物性能，不同结构和性能的PHA已作为生物塑料，纤维，生物医学植入材料及药物缓释载体等，并被广泛地研究

3、。最初，PHA被德国的WellaAG公司用于制作日常用品及包装材料。PHA也被P&G,Biomers,Metabolix及其它的一些公司开发为包装膜，主要用于购物袋，集装箱和纸张涂料和一次性的用品例如剃面刀，器皿，尿布，女性卫生产品，化妆品容器和杯子及医疗器械手术服，家居装饰材料，地毯，包装袋和堆肥袋等。北京化工大学、汕头大学与天津国韵公司合作，开发了许多PHA的类似应用。PHA作为医用材料在缝线，修复装置，维修补丁，绷带，心血管补丁，骨科针，防粘连膜，支架，引导组织修复/再生设备，关节软骨修复支架，神经导管，肌腱修复装置，脊髓

4、支架，人造食道及伤口敷料等方面的应用已被广泛的研究。近期研究显示，PHBHHx因其良好的压电性而被成功的用于促进骨骼再生，PHBHHx也成功地被清华大学和北京天助公司用于神经损伤的修复和人工血管应用。Shishatskaya等人发现，在长于一年的试验期中，PHB和PHBV单纤维缝合没有造成植入区的任何体内任何不良反应。在对于PHBHHx的研究中北京的研发人员也发现了类似的现象。PHBHHx的最重要的性质之一作为植入生物材料是无毒，无免疫刺激特性而且其降解产物包括单体和低聚物，甚至激活钙离子通道并促进受损组织再生。P4HB被成功的

5、批准为植入生物材料，更多PHA生物材料将很快进入临床试验。因为PHA材料的多样性，人们可以期望PHA成为一个具有丰富用途的生物植入材料家族。PHA在药物控制释放方面的应用的研究很多。由于现有的缓释给药产品，乳酸和乙醇酸的均聚物PLA和PGA和共聚物PLGA乙醇酸共聚合物，通过快速水解而降解。因此，不能完全实现长效的控制药物释放。在90年代初期，由于其生物降解性，生物相容性和表面侵蚀性降解，PHA成为制作药物载体候选材料。迄今为止，国内外研究者在药物控制释放的应用上只对PHB和PHBV进行了研究。预计具有不同特性的其他的PHA家庭

6、成员将有更多的控制药物释放特性。这仍然是一个有待开发的领域。PHA材料产业化从1980年开始，因预计石油因其耗尽而导致涨价以及人们可能更倾向于使用环境友好型的非石化的塑料，即生物可降解塑料，绿色塑料或是生态塑料，很多公司，特别是国内的许多中小型企业，尝试实验性或是工业化的生产各种PHA。美国的Metabolix公司和天津的国韵生物材料公司将从2009年起每年分别生产50,000和10,000吨PHA。届时，全球的聚合物公司将有足够的PHA材料供研究使用，有望出现聚焦于PHA新材料应用的发展新潮流。同时由PHBV材料制成的产品已经

7、在欧洲市场销售。PHA大规模的供给也可促进它作为一种具有稳定性能的新塑料的发展。从长远看来，PHA的生产成本会不断地降低。主要是因为PHA的合成是在水相里完成的，微生物可以利用任何碳源来进行发酵生产PHA。同时，不像PLA和PBS等生物塑料，PHA的聚合完全是个生物过程，聚合分子量很高，性能多样，应用也多样，使PHA具有更好的市场前景。公司PHA种类ProductionScale(t/a)PeriodApplicationsICI,英国PHBV3001980s-1990s包装袋ChemieLinz,奥地利PHB20-100198

8、0s包装袋及药物缓释BTF,奥地利PHB20-1001990s包装袋及药物缓释Biomers,德国PHB未知1990s-Present包装袋及药物缓释BASF,德国PHB,PHBV实验级1980s-2005混合生物降解塑料Metabolix,美国多种PHA未知1