一文了解生物基降解材料（PHA）

PHA，又叫聚羟基脂肪酸酯，是一种天然高分子材料，和塑料的性能相似，是一种热塑性材料，可以说它是唯一的一种既是天然材料又可以跟现有的塑料加工工艺融合的材料。PHA在可生物降解的包装材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及医疗材料方面有广阔的应用前景。开发PHA原材料的商业应用可以在市场上获得溢价，也支持PHA生产的经济可行性，进而经过良性循环，扩大PHA的商业规模，为未来的投资和发展创造更有利的环境。

在未来的研究中，PHA的应用重点应该是PHA取代散装塑料的使用并实现绿色低碳经济，以及在医疗领域的高价值植入物的应用。

1、PHA作为生物聚合物的优点和局限性

PHA是一种能用糖或植物油等可再生原料进行发酵的塑料，一般以颗粒形式储存在细菌中，在不同领域具有不同的作用。例如，不同单体的PHA聚合物和共聚物可以作为可生物降解、无毒环保的塑料替代品，用于包装、农业等行业。

因为，PHA的生物相容性、无毒性和无害分解以及抗菌特性使其可应用到医疗领域，包括药物输送和组织工程。同时，PHA还具有植物固氮能力，使其适用于农业领域。

PHA表现出广泛的应用特性，使得PHA较源自于纤维素普通生物基材料更具有优势以及适用范围。但是，从成本方面来看，PHA生产中，涉及的微生物发酵过程比合成塑料的传统化学工艺更昂贵。

2、PHA多样化的结构和性质

不同的微生物产生具有各种分子结构、单体比例和分子量的PHA。根据碳原子的数量，PHA可分为短链长度PHA（Scl PHA）和中链长度PHA（Mcl PHA）。Scl PHA由具有3-5个碳原子的单体组成，Mcl PHA 由具有6至14个碳原子的羟基链烷酸酯单体组成。其中最常见的有聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)及PHB和PHV的共聚物(PHBV)。

3、PHA的生产

PHA的生产涉及一个多步骤的过程，PHA可以在多种生物体中自然合成，包括Cupriavidus, Ralstonia, Pseudomonas, Halomonas等。使用Bluephagenesis进行PHB的7L发酵试生产。经过发酵条件，温度、pH值的调节可以大幅增加菌体中的PHA产量。

发酵结束时，为了将PHA与细胞蛋白、脂质和核酸分离并释放PHA颗粒，需要破碎细胞并使用机械或化学方法提取破碎的细胞团。最后，将PHA加工成颗粒，片材，薄膜或线，加工成颗粒和粉末形式的PHA。

4、PHA的多种应用

01、PHA作为环保包装材料

PHA在包装行业的应用范围已扩大到包括包装薄膜、购物袋、盖子和桶等容器。PHA还可用于纸杯的可回收。PHA在食品工业中也有多种应用，例如乳制品包装中的涂层和薄膜，咖啡和茶包装以及其他干粮包装。此外，PHA还可用于如美容行业的类乳胶、热敏胶和智能凝胶，例如无纺布PHA基质可用于去除面部油脂。

02、PHA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韧性从而适用于3D打印材料，使用PHA最广泛的3D打印技术是选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积建模（FDM），立体光刻光化学工艺也开始使用PHA。

03、PHA作为化妆品和抗菌材料

在化妆品领域，PHA已在各种产品中得到应用，包括美容面膜和卫生巾。例如在欧盟推出的polybioskin产品中。含有α-羟基酸（AHA）的PHA材料能够结合大量的水，并通过抑制金属蛋白酶和螯合性能成为卓越的抗氧化剂。

04、PHA在医疗应用中的应用

由于其生物降解性和生物相容性，PHA在医用植入材料的应用越来越广泛。PHA和基于PHBHHx的纳米复合材料，已被广泛用于各种医疗植入物，从螺钉、订书钉和手术网到骨板、神经导管、皮肤替代品和粘附屏障。PHA 还可用于伤口敷料、吊带、骨移植替代品和眼细胞植入物。

05、PHA在服饰、家访应用中的应用

生物基纤维以其独有的优势，成为了市场上的一股新兴力量。

5、PHA的主要企业

随着“限塑令”的进一步进行以及“碳达峰”、“碳中和”的理念的不断深入人心，中国大量生产PHA的公司都在不断的发展建设当中。

6、未来展望

PHA与传统塑料的成本竞争仍有多方面的因素需要考虑，例如，原料成本、工艺优化和发酵技术的等因素，未来人们可以通过合成生物学和其他技术手段来得到高产PHA的底盘菌、建立按需合成PHA的低成本生产平台，最终推进PHA的广泛应用。

开发PHA原材料的商业应用可以在市场上获得溢价，也支持PHA生产的经济可行性，进而经过良性循环，扩大PHA的商业规模，为未来的投资和发展创造更有利的环境。在未来的研究中，PHA的应用重点应该是PHA取代散装塑料的使用并实现绿色低碳经济，以及在医疗领域的高价值植入物的应用。

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