天生我材| 生物可降解材料—pha

石油化工類塑料(簡稱石化塑料)為人們的衣食住行帶來了巨大的進步，在家用電器、包裝材料、建筑設施、醫療器械等領域都有廣泛利用。但是石化塑料降解緩慢乃至不能降解，生態“白色污染”問題愈演愈重。

圖片來源：Biocatalysis

如何開發應用1種能代替石化塑料的可降解材料成了科學家們的研究熱門。

聚羥基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoates，PHA)，是1類生物可降解塑料，由于其優良的諸多性能，在眾多可降解材料中脫穎而出，接下來讓我們1起走近這類材料。

簡 介

PHA是由微生物合成的1種生物基材料(bio-based materials)，是細菌在生長條件不平衡時的產物，其生理功能首先是作為細菌體內的碳源和能量的貯存物資。于1926年被法國科學家Lemoigne發現，他首次在巨大芽孢桿菌中發現了聚3-羥基丁酸(PHB)天然高份子

PHA最大的特點是幾近在任何環境(堆肥、土壤、海水)中都可以被微生物分解,可望成為1種環境友好型高份子材料, 為解決“白色污染”帶來希望。

圖片來源：danimerscientific

合成方式

聚羥基脂肪酸酯(PHA)的合成方法有生物合成法和化學合成法2種。

生物合成法

細菌合成法：不同的微生物在適合的條件下可將不同的發酵底物轉化為PHA 。

基因工程法：將合成PHB 的產堿桿菌屬富營養細菌的有關酶引入油料植物中，取得轉基因植物, 從這些轉基因植物的細胞或質體中克隆合成PHB?；蚍ㄊ〉袅思毦ㄖ蠵HB和細菌的分離提純步驟，可下降合成本錢。

化學合成法

β-丁內酯的開環聚合進程有2種方式:

方式1：前言內酯環中的羰基與氧原子之間鍵斷裂, 產物中外消旋體很少;

方式2：內酯環中的β-碳原子與氧原子之間的鍵斷裂, 能夠產生對映體產生外

消旋作用。

種 類

PHA由于其單體是手性R型的羥基脂肪酸，單體可以有多種側鏈、多種碳鏈長度，所以其聚合構成的PHA也就多種多樣，目前已有100多種不同的單體被報導。

根據PHA單體碳原子數的不同，可以將PHA分為兩類：

近10年來，由兩種或兩種以上單體組成的PHA已引發諸多關注。因此，根據單體的種類，可以講PHA分為兩類。

不同PHA性能比較

利用領域

作為1種新型功能材料, PHA 可制成膜、瓶及注射模壓件, 也能紡成纖維, 制成織物, 因此可廣泛利用于地膜、矯形外科、個人衛生用品、藥物控釋、特殊包裝等領域。但因目前本錢較高, 因此主要用于生物醫藥及化裝品領域如手術縫合線、藥物釋放體系等。

由PHA 制成的1次性塑料制品, 其廢棄物在生態環境中很容易被眾多微生物如細菌、真菌和藻類等分解為CO2和H2O,不污染環境。

圖片來源：danimerscientific

由于PHA 具有良好的生物相容性。在醫學上,可用作外科手術縫合線及藥物控制釋放體系的載體;在平常生活中可制造化裝品用微珠。

圖片來源：engineering

PHA 可用作動物和人體組織的移植物, 將其做成某些組織的支架植入體內。

可制成骨科手術中的骨釘、骨棒等固定骨架材料,它具有增強作用,粗糙的表面可增進人體組織生長,其孔隙可供滲透和交換之用,當新的組織長出后, PHA 逐步降解,分解出的產物可被人體吸收,不會引發不良反應。

骨骼軟組織

PHA人工心臟瓣膜

圖片來源: 藍晶實驗室

PHA可用于制造能分解的纖維和紡織品。

采取普通的濕法紡絲方法可制成纖維。如制成紗布,對傷口愈合有極好的作用;以PHA 為材料，可制成醫用手套、包扎材料、止血塞、醫用薄膜等醫療用品。

圖片來源: 杜邦

圖片來源: 杜邦

圖片來源: danimerscientific

PHA 具有光學活性,每個結構單元都有1個手性碳,可用于色譜分析,以分離光學異構體。

PHA具有壓電性, 可制成壓電元件, 用于壓力傳感器、點火器、聲學儀器和振蕩產生器等,還可用作換能元件, 特別是生物體內的換能器。

圖片來源: wageningen

PHA 具有氣體阻隔性質(CO2和O2只能緩慢透過)，合適做包裝材料。

圖片來源：danimerscientific

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