PHA多樣化的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，PHA的多種應(yīng)用

PHA，又叫聚羥基脂肪酸酯，是一種天然高分子材料，和塑料的性能相似，是一種熱塑性材料，可以說，PHA是唯一的一種既是天然材料，又可以跟現(xiàn)有的塑料加工工藝融合的材料。PHA（聚羥基脂肪酸酯）在可生物降解的包裝材料、組織工程材料、緩釋材料、電學(xué)材料以及醫(yī)療材料方面有廣闊的應(yīng)用前景。

1、PHA（聚羥基脂肪酸酯）作為生物聚合物的優(yōu)點(diǎn)和局限性

PHA（聚羥基脂肪酸酯）是一種能用糖或植物油等可再生原料進(jìn)行發(fā)酵的塑料，一般以顆粒形式儲存在細(xì)菌中，在不同領(lǐng)域具有不同的作用。例如，不同單體的PHA聚合物和共聚物可以作為可生物降解、無毒環(huán)保的塑料替代品，用于包裝、農(nóng)業(yè)等行業(yè)。

因?yàn)?，PHA（聚羥基脂肪酸酯）的生物相容性、無毒性和無害分解以及抗菌特性使其可應(yīng)用到醫(yī)療領(lǐng)域，包括藥物輸送和組織工程。同時(shí)PHA還具有植物固氮能力，使其適用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。

PHA（聚羥基脂肪酸酯）表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用特性使得PHA（聚羥基脂肪酸酯）較源自于纖維素普通生物基材料更具有優(yōu)勢以及適用范圍。但是，從成本方面來看，PHA（聚羥基脂肪酸酯）生產(chǎn)中涉及的微生物發(fā)酵過程比合成塑料的傳統(tǒng)化學(xué)工藝更昂貴。

2、PHA（聚羥基脂肪酸酯）多樣化的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

不同的微生物產(chǎn)生具有各種分子結(jié)構(gòu)、單體比例和分子量的PHA。根據(jù)碳原子的數(shù)量，PHA可分為短鏈長度PHA（Scl PHA）和中鏈長度PHA（Mcl PHA）。Scl PHA由具有3-5個(gè)碳原子的單體組成，Mcl PHA 由具有6至14個(gè)碳原子的羥基鏈烷酸酯單體組成。其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)及PHB和PHV的共聚物(PHBV)。

3、PHA（聚羥基脂肪酸酯）的生產(chǎn)

PHA（聚羥基脂肪酸酯）的生產(chǎn)涉及一個(gè)多步驟的過程，PHA可以在多種生物體中自然合成，包括Cupriavidus, Ralstonia, Pseudomonas, Halomonas等。使用Bluephagenesis進(jìn)行PHB的7L發(fā)酵試生產(chǎn)如圖1d所示。經(jīng)過發(fā)酵條件，溫度、pH值的調(diào)節(jié)可以大幅增加菌體中的PHA產(chǎn)量。

發(fā)酵結(jié)束時(shí)，為了將PHA（聚羥基脂肪酸酯）與細(xì)胞蛋白、脂質(zhì)和核酸分離并釋放PHA（聚羥基脂肪酸酯）顆粒，需要破碎細(xì)胞并使用機(jī)械或化學(xué)方法提取破碎的細(xì)胞團(tuán)。最后，將PHA（聚羥基脂肪酸酯）加工成顆粒，片材，薄膜或線，加工成顆粒和粉末形式。

4、PHA（聚羥基脂肪酸酯）的多種應(yīng)用

01、PHA（聚羥基脂肪酸酯）作為環(huán)保包裝材料

PHA（聚羥基脂肪酸酯）在包裝行業(yè)的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到包括包裝薄膜、購物袋、蓋子和桶等容器。PHA還可用于紙杯的可回收。PHA（聚羥基脂肪酸酯）在食品工業(yè)中也有多種應(yīng)用，例如乳制品包裝中的涂層和薄膜，咖啡和茶包裝以及其他干糧包裝。此外，PHA（聚羥基脂肪酸酯）還可用于如美容行業(yè)的類乳膠、熱敏膠和智能凝膠，例如，無紡布PHA（聚羥基脂肪酸酯）基質(zhì)可用于去除面部油脂。

02、PHA（聚羥基脂肪酸酯）用于3D打印材料

PHBV、P（3HB-co-3HHx）和P（3HB-co-4HB）的共聚物可降低脆性并增加柔韌性從而適用于3D打印材料，使用PHA最廣泛的3D打印技術(shù)，是選擇性激光燒結(jié)（SLS）和熔融沉積建模（FDM），立體光刻光化學(xué)工藝也開始使用PHA。

03、PHA（聚羥基脂肪酸酯）作為化妝品和抗菌材料

在化妝品領(lǐng)域，PHA已在各種產(chǎn)品中得到應(yīng)用，包括美容面膜和衛(wèi)生巾。例如在歐盟推出的polybioskin產(chǎn)品中。含有α-羥基酸（AHA）的PHA材料能夠結(jié)合大量的水，并通過抑制金屬蛋白酶和螯合性能成為卓越的抗氧化劑。

04、PHA（聚羥基脂肪酸酯）在醫(yī)療應(yīng)用中的應(yīng)用

由于其生物降解性和生物相容性，PHA（聚羥基脂肪酸酯）在醫(yī)用植入材料的應(yīng)用越來越廣泛。PHA（聚羥基脂肪酸酯）和基于PHBHHx的納米復(fù)合材料，已被廣泛用于各種醫(yī)療植入物，從螺釘、訂書釘和手術(shù)網(wǎng)到骨板、神經(jīng)導(dǎo)管、皮膚替代品和粘附屏障。PHA 還可用于傷口敷料、吊帶、骨移植替代品和眼細(xì)胞植入物。

05、PHA（聚羥基脂肪酸酯）在服飾、家訪應(yīng)用中的應(yīng)用

生物基纖維以其獨(dú)有的優(yōu)勢，成為了市場上的一股新興力量。

6、未來展望

PHA（聚羥基脂肪酸酯）與傳統(tǒng)塑料的成本競爭仍有多方面的因素需要考慮，例如，原料成本、工藝優(yōu)化和發(fā)酵技術(shù)的等因素，未來人們可以通過合成生物學(xué)和其他技術(shù)手段來得到高產(chǎn)PHA（聚羥基脂肪酸酯）的底盤菌、建立按需合成PHA（聚羥基脂肪酸酯）的低成本生產(chǎn)平臺，最終，推進(jìn)PHA（聚羥基脂肪酸酯）的廣泛應(yīng)用。

開發(fā)PHA（聚羥基脂肪酸酯）原材料的商業(yè)應(yīng)用可以在市場上獲得溢價(jià)，也支持PHA（聚羥基脂肪酸酯）生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行性，進(jìn)而經(jīng)過良性循環(huán)，擴(kuò)大PHA（聚羥基脂肪酸酯）的商業(yè)規(guī)模，為未來的投資和發(fā)展創(chuàng)造更有利的環(huán)境。在未來的研究中，PHA（聚羥基脂肪酸酯）的應(yīng)用重點(diǎn)，應(yīng)該是PHA（聚羥基脂肪酸酯）取代散裝塑料的使用并實(shí)現(xiàn)綠色低碳經(jīng)濟(jì)，以及在醫(yī)療領(lǐng)域的高價(jià)值植入物的應(yīng)用。

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