研发速递 | 清华与微构再携手：量产高透明度可降解材料成为可能
来源 | 清华大学、微构工场
编辑 | 微构工场
图片 | 高附加值医疗应用场景
但是，目前的各类可降解材料透明度普遍不高，在需要高透明性塑料的领域，如输液管、透明包装材料、食品包装等领域受到很大限制。近日，清华大学和微构工场以盐单胞菌为底盘菌，通过开发二醇-PHA转化平台，合成了不同比例的多种新型PHA材料——P（53% 3HB-co-20% 4HB-co-27% 5HV），具有较高透明度。
图 | 全新高透明度产品的透明性对比
左图是普通生物降解材料，透明性较差，可模糊看到下面的文字；右图是新型透明P（53% 3HB-co-20% 4HB-co-27% 5HV）材料，可以清晰看到下面文字。
（来源：Metabolic Engineering）
这一技术突破，预计将产生广泛的应用前景——当前可降解材料的透明度无法满足对传统塑料产品进行替代的原因之一即为透明度，未来高透明度的可降解塑料产品一旦得到应用，不仅将应用于被大量使用的日用品领域如饮料食品包装，也将应用于太阳能电池包装、顶膜、高端化妆品、隐形眼镜，以及其他高端医疗如皮肤修复等场景。
图 | 高透明度PHA产品应用场景
二醇-PHA转化平台发力
诞生高透明度PHA
研究人员介绍，二醇合成PHA具有非常大的潜力。而且，二醇-PHA转化平台具有广泛底物特异性，可在合成PHA多组分聚合物上发挥重要作用。
目前已经在发酵罐中产出含16.8% 5HV比例的P3HB5HV，干重达到67.2 g/L。使用1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇的组合作为底物，可生产出含有3HP、4HB和5HV任意组合的共聚物，极大增加了现有PHA的类型和性能的新型材料。
如P（85% 3HB-co-15% 5HV）同时具备延展性和硬度，断裂延伸率可到达1283%，杨氏模量为73.1 MPa。
而生产出的P（53% 3HB-co-20% 4HB-co-27% 5HV）具有透明性、热稳定性和延展性，可应用在柔性可穿戴设备领域，以及众多对透明度需求高的应用场景。
优异透明性能
当前，具有透明性的生物基塑料较少，透明的PHA有望进一步应用于包装、日用品、医疗器械和光学设备上。
—— 医疗及美容应用场景
在高端医疗领域，可应用于对无毒、无“三致”(致癌、致畸、致基因突变)作用及透明度要求较高的医疗用品、医用工程塑料如医疗器械塑料，如血袋、血液透析管路、呼吸面罩、吸氧管、输液器和注射器等。
同时还有加工技术难度大、技术含量高、附加值高，并要求透明度高的医用塑料制品，如人工肺-氧合器的变温室、动脉血管出口、回收器动脉出口、心脏内吸引头、主动脉插管、血液过滤器、透吸器、变温器等。
图 | 氧合器应用场景
此外，还有皮肤修复领域，如创面敷料；对高透光率、低双折射、高折射率、柔软而有弹性等要求较高的隐形眼镜等。
—— 透明封装材料
例如可应用于光电转换类电子器领域如太阳能电池的封装物，其对所用透明塑料的性能要求为：透光率高、耐磨性好、优异的密封性能，以及柔软而富于弹性等，这些均是PHA材料可以实现的。
—— 日用品透明塑料
当前，透明塑料包装的应用场景十分丰富，其要求材料的透明性较好、价格低、易成型加工。如当前不少餐饮品牌基于对产品展示、吸引消费者的需要，对食品饮料包装透明度仍有较高的要求。
其他应用场景，还包括一些光学设备领域如光学异构体的分离等。
可以说，高透明度可降解材料的出现，是生物基塑料替代石化基塑料道路上的一个重要的里程碑。
除在上述透明度产品研究中已抢占先机外，微构工场在PHA的成本优化方面有着较为突破性的进展，产品还包括四氢嘧啶（高端化妆品和医疗用药核心成分）、肌醇、类胡萝卜素、赖氨酸、戊二胺、氨基酸、蛋白酶等。
公司正在北京中德产业园建设年产千吨高端PHA材料生产基地和中德合成生物学研发中心，并已启动建设年产三万吨PHA生产基地。未来五年，微构工场将建立覆盖全国的3-5个大型生产基地，成长为全球非常先进的合成生物企业之一。
微构工场将不断推动合成生物技术与生物制造的深度融合，探索生命极限、打造绿色未来，推动智能生物制造产业全面升级，为健康低碳生活创造无限可能。