可生物降解材料（二）——聚羟基烷酸酯（PHA）

生物降解材料研究院原创报道：

一、PHA材料简介

聚羟基烷酸酯( polyhydroxyalkanoates 简称PHA) PHAs 类生物可降解塑料是通过细菌发酵生产而成，可以作为分子内碳源和能源储备，并成为颗粒体聚集在细胞质内。发酵物主要是葡萄糖一类的碳水化合物。

PHA是一个包含多种聚酯的生物高分子材料家族，不同的发酵条件可以生产不同类型的PHAs。由于具有不同的单体结构，因此种类繁多。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。由于 PHA单体种类繁多，彼此之间链长差别很大，造成不同 PHA的材料学性质也大不相同（见表1）。

PHAs 生物降解塑料，因其环境友好性已成为替代传统的、不可降解的石油基通用塑料的重要替代品。在自然环境下即可完全分解的PHA材料具有从刚性材料到弹性体的性能，应用范围几乎可以涵盖所有通用塑料领域，被认为是取代食品包装行业中普通塑料和医疗应用有前景的材料。并且在环保性能、生物相容性以及缓释性能方面具有其他材料不可比拟的优势，发展前景不可限量。 

 二、PHA的应用领域

我国对PHA的研究开始较早，并得到了科技部重大科技项目（如“863”、“973”）以及国家自然基金委、国家发改委等的研究支持，经过多年的投入，技术已处于世界领先水平，曾利用现代基因工程技术，在世界上首次实现了基因工程菌生产聚 β⁃羟基丁酸（PHB）（PHB是研究最早最透彻的一种 PHA）和3⁃羟基丁酸与3⁃羟基己酸的共聚酯（PHBHHx）。近期研究显示，PHBHHx因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。

国外业内人士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最重要的性质之一是作为植入生物材料的无毒、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。

最初，PHA被德国的Wella AG公司用于制作日常用品及包装材料。PHA也被P&G、Biomers、Metabolix及其它一些公司开发为包装膜，主要用于购物袋、集装箱、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就合作开发了许多PHA的类似应用。

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被广泛地研究。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、脊髓支架、人造食道及伤口敷料等方面的应用已被广泛研究。

三、国内外PHA生产企业及产能情况

PHA 是一大家族材料，目前已发现 150 多种不同的单体结构，但实际得到规模化生产的仅有几种。PHA可以作为生物材料应用，已日趋成熟，并形成了一个产业链。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一个从发酵、材料、能源到医学领域的工业价值链。可喜的是，中国PHA研究的各个领域近年取得跨越式的发展，相关产业也得到大力发展。

目前，国外生产PHA的企业主要有日本Kaneka公司、巴西 Biocycle 公司和德国 Biomers 公司等。

国内，①宁波天安生物材料有限公司拥有年产2 kt的PHA生产线；

②天津国韵生物科技有限公司现有年产10 kt的PHA生产线，并计划在吉林建设 100 kt 规模的生产线。

③北京蓝晶微生物科技有限公司于 2017 年 12 月宣布完成生物可降解材料 PHA 的中试试生产，2018 年初，公司在深圳建立了研发中心并投入运行。2019年其又与清华大学、中化国际轻量化材料事业部签署战略合作协议，使用价格低廉的海水作为底物，实现 PHA 的产业化，有可能实现低成本的生产技术。国内外生产 PHA的主要企业及产能详见下表。