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2024-12-05 16:25:58
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吸(xi)管上演神奇消失术 这款材料其实早已走进你的生存,生产,塑料,利用生物
两根吸(xi)管被一路放到海水里，固(gu)定相(xiang)机记(ji)录了(le)它们(men)正在海水中的变化。经过9周的时间，右边(bian)的吸(xi)管居然整体消失了(le)，而左边(bian)的吸(xi)管看上去(qu)变化不大。视频左边(bian)的是普通(tong)的可降解塑料，而右边(bian)能更快降解的神奇材料，叫PHA。
现正在，这种神奇材料已正在餐具、包(bao)装袋、纺织(zhi)品等许多领域开始出(chu)现了(le)，它可以成为普通(tong)塑料的替代品。这些东西看上去(qu)和普通(tong)塑料成品并没什么两样，但实际上，神奇材料PHA和普通(tong)塑料最大的不同就是，它是由微生物发(fa)酵生产出(chu)来的，可以完全地自然降解。
而普通(tong)的化工塑料，就像我们(men)平时用的有塑料薄膜内(nei)衬的一次性杯子，还有塑料吸(xi)管餐盒等等，可能需要30年到200年不等，才能完全分解。这些石油产物的塑料造(zao)成的白色净化，对人类的生存环境带(dai)来巨大的危机。科学家不停正在寻找可以完全自然降解的塑料替代品。那么利用生物制造(zao)方法(fa)生产出(chu)来的PHA，就被认为是最有希望替代传统塑料的、平安的生物材料。
从微生物细胞(bao)里
“长”出(chu)来的新材料
吸(xi)管、一次性餐具、咖啡杯还有孩子们(men)爱玩儿(er)的积木、各种3D打印材料，小包(bao)包(bao)、纺织(zhi)品等如此(ci)雄厚的产物都是由PHA制成的。PHA专业(ye)的名字叫聚羟基(ji)脂肪酸(suan)酯，它们(men)是从微生物的细胞(bao)里“长”出(chu)来的新材料。听起来很(hen)庞大，但它的本质很(hen)简单，就是微生物体内(nei)的脂肪。
但这些微生物体内(nei)的脂肪，和我们(men)身上的赘(zhui)肉可不一样，科学家发(fa)明PHA具有和PP、PE等合成塑料非常相(xiang)似的物理特性，但正在光学活性、热塑性等方面还要更强(qiang)，是传统塑料的高级“平替”。科学家们(men)利用合成生物学技能，将自然界中的一些非凡的微生物进行基(ji)因改造(zao)和重组，并操纵它们(men)的代谢通(tong)路，让它们(men)具备生产PHA的能力。
PHA是理想医学材料
可生产天然血管
因为它本身就是微生物体内(nei)的产物，因此(ci)生物相(xiang)容性极强(qiang)，也是一种理想的医学材料。科学家已正在使用这些材料设计生产出(chu)天然血管，还有一些天然关节等，这些材料使用正在人体内(nei)，其生物相(xiang)容性不会带(dai)来无害的风险。
我们(men)知道传统塑料要从石油中提炼，不仅白色净化严重，石油还是不可再生的，禁(jin)不住无限(xian)使用。而PHA能从微生物体内(nei)长出(chu)来，微生物正在地球上存正在了(le)几(ji)十亿年，是取之不尽、用之不竭的自然资本。
从微生物到“打工菌”
探(tan)秘PHA细胞(bao)工厂
清华大学科研团队(dui)重新疆艾丁湖(hu)中提取的微生物，叫作“嗜(shi)盐菌”。科研团队(dui)挑选它作为基(ji)础，通(tong)过二十多年的基(ji)因改造(zao)和迭代，过去(qu)湖(hu)水中的“嗜(shi)盐菌”，现正在已成为用于生产PHA的“打工菌”。只要给它投喂葡(pu)萄糖或(huo)者醋酸(suan)，就可以生产出(chu)种种百般、性能不同的PHA材料。从一个个微生物细胞(bao)，怎样变身成为新型塑料PHA的呢？
微构(gou)工厂研发(fa)工程师杨(yang)继帅：这是它内(nei)部的一个发(fa)酵罐，通(tong)过这个去(qu)操纵它的一些参数，比如操纵温度、溶氧、pH，让它（嗜(shi)盐菌）达到一个更好(hao)的生长状态，它会把一些原料转化成PHA，就是细胞(bao)工厂的概念。
这个工厂笼盖了(le)PHA材料从小试、中试到大规模(mo)生产的整个环节。经过一步(bu)步(bu)海选，最终(zhong)优选出(chu)来的合成方案将会正在这样一个常温常压的大罐子里进行发(fa)酵，走入量产。现正在年产千吨的智能生产树模(mo)线正在北京顺义(yi)建成，年产3万吨的生产基(ji)地也正在湖(hu)北设立，未来有望正在不断地突(tu)破下，真(zhen)正完成绿色环保生物材料的产业(ye)化。
降本钱
微生物“吃”二氧化碳生产PHA
科研团队(dui)还介绍，现正在市场上卖的PHA产物比传统塑料产物要贵。现正在，他们(men)正正在研究用更便(bian)宜的原材料来生产PHA，比如，利用氛围中的二氧化碳作为原料，就是他们(men)最新的研究结果。
正在清华大学的实验室内(nei)，科研人员为我们(men)展示了(le)用二氧化碳作为原料，生产PHA的过程。这个大罐子里贮存的就是二氧化碳气体。而之所以能够拿二氧化碳做原料，也得益于团队(dui)开发(fa)的超级菌株的超级特性。菌株能够正在高盐和高碱环境中，利用二氧化碳转化为自身物质。团队(dui)正在这个能力上不断研发(fa)，最终(zhong)让这种能力转化为生产PHA材料。
清华大学性命科学学院教授(shou)陈国强(qiang)：未来用二氧化碳制造(zao)PHA，就得跟大型的工厂互助，比如电(dian)厂、钢厂、水泥厂或(huo)者垃圾点火(huo)厂，它们(men)才有大量的二氧化碳。PHA制造(zao)过程华夏料本钱占(zhan)了(le)百分之五六(liu)十，所以若是原料这一块不用钱的话，这材料的本钱马上就下来了(le)，它有一天可以跟我们(men)传统材料有个竞争的。
想不到的变废为宝
“万物皆可生物合成”
不单单是用微生物合成新型塑料PHA，专家预测，未来大概70%的产业(ye)产物都可能由生物制造(zao)替代，可以说(shuo)，“万物皆可生物合成”。合成生物作为一项高科技产业(ye)，正正在快速发(fa)展，也成为未来产业(ye)之一。为了(le)能够降低生产本钱，科研人员研究出(chu)了(le)种种利用生物制造(zao)“变废为宝”的路径，比如，让产业(ye)废气酿成动(dong)物饲料蛋白，让废弃秸秆酿成生物航空燃料，还有更多你想象不到的“变废为宝”。
微生物“吃”产业(ye)废气 变身酵母蛋白
正在工厂的生产过程当中会产生大量的废气，包(bao)含了(le)许多的一氧化碳和二氧化碳，而微生物则会把这些废气作为原料吃进去(qu)，生产出(chu)有效的酵母蛋白。这些酵母蛋白可以被添加做动(dong)物饲料中的蛋白，被遍及地使用。
微生物“吃”甲醇 用于纺织(zhi)和轮胎制造(zao)
新动(dong)力发(fa)电(dian)过程当中产生的一些多余的电(dian)能，通(tong)过固(gu)碳储能的方式转化成为甲醇，而有一些改造(zao)后的微生物正是以甲醇作为重要的食材，生产出(chu)许多的新材料用于纺织(zhi)、轮胎制造(zao)等诸多领域。
微生物“吃”废弃秸秆 生产生物航空燃料
粮食生产过程中产生的大量废弃秸秆也可以成为改造(zao)后的微生物的重要食材，生产成木质素，而木质素具有遍及的应(ying)用场景，可以做成生物塑料、涂料和黏合剂，正在动(dong)力领域还可以作为生物燃料的原材料，加工成为生物航空燃料。
合成生物制造(zao) 带(dai)来更多绿色低碳产物
作为一个计谋性新兴产业(ye)发(fa)展方向(xiang)，各地近年来也正在加紧合成生物产业(ye)的结构(gou)。北京、上海、深圳等地都正在围绕合成生物领域结构(gou)创新中心、研发(fa)平台(tai)，打造(zao)合成生物产业(ye)链，正在资本整合和政策的支(zhi)持下，我国合成生物制造(zao)可以快速迭代发(fa)展，会给我们(men)的生产、生存带(dai)来更多绿色、低碳、高效的可能。
编纂/朱葳
