HA，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(shuō)它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作為生物聚合物的優(yōu)點(diǎn)和局限性

PHA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(chǔ)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(wú)毒環(huán)保的塑料替代品，用于包裝、農(nóng)業(yè)等行業(yè)。

因?yàn)椋琍HA的生物相容性、無(wú)毒性和無(wú)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表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用特性使得PHA較源自于纖維素普通生物基材料更具有優(yōu)勢(shì)以及適用范圍。但是從成本方面來(lái)看，PHA生產(chǎn)中涉及的微生物發(fā)酵過(guò)程比合成塑料的傳統(tǒng)化學(xué)工藝更昂貴。

2、PHA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(zhǎng)度PHA（Scl PHA）和中鏈長(zhǎng)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(jiàn)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的生產(chǎn)

PHA的生產(chǎn)涉及一個(gè)多步驟的過(guò)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(guò)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與細(xì)胞蛋白、脂質(zhì)和核酸分離并釋放PHA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加工成顆粒，片材，薄膜或線，加工成顆粒和粉末形式的PHA。

4、PHA的多種應(yīng)用

01、PHA作為環(huán)保包裝材料

PHA在包裝行業(yè)的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到包括包裝薄膜、購(gòu)物袋、蓋子和桶等容器。PHA還可用于紙杯的可回收。PHA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還可用于如美容行業(yè)的類(lèi)乳膠、熱敏膠和智能凝膠，例如無(wú)紡布PHA基質(zhì)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(kāi)始使用PHA。

03、PHA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(guò)抑制金屬蛋白酶和螯合性能成為卓越的抗氧化劑。

04、PHA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在醫(yī)用植入材料的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PHA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(shū)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(shì)，成為了市場(chǎng)上的一股新興力量。

5、PHA的主要企業(yè)

隨著“限塑令”的進(jìn)一步進(jìn)行以及“碳達(dá)峰”、“碳中和”的理念的不斷深入人心，中國(guó)大量生產(chǎn)PHA的公司都在不斷的發(fā)展建設(shè)當(dāng)中。

PHA與傳統(tǒng)塑料的成本競(jìng)爭(zhēng)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(lái)人們可以通過(guò)合成生物學(xué)和其他技術(shù)手段來(lái)得到高產(chǎn)PHA的底盤(pán)菌、建立按需合成PHA的低成本生產(chǎn)平臺(tái)，最終推進(jìn)PHA的廣泛應(yīng)用。

開(kāi)發(fā)PHA原材料的商業(yè)應(yīng)用可以在市場(chǎng)上獲得溢價(jià)，也支持PHA生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行性，進(jìn)而經(jīng)過(guò)良性循環(huán)，擴(kuò)大PHA的商業(yè)規(guī)模，為未來(lái)的投資和發(fā)展創(chuàng)造更有利的環(huán)境。在未來(lái)的研究中，PHA的應(yīng)用重點(diǎn)應(yīng)該是PHA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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