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PHA的应用与行业现状

发布时间:2022-01-18 13:06:42 访问量:1112

PHA(polyhydroxyalkanoates,聚羟基脂肪酸酯)

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        2022 年 1 月 10 日,国内合成生物学赛道领跑者蓝晶微生物(Bluepha)宣布完成 B3 轮融资,至此 B 系列融资总额已达 15 亿人民币。此前,蓝晶微生物分别于 2021 年 2 月和 8 月获得累计近 7 亿人民币的 B1 轮和 B2 轮融资。B 系列融资资金将会用于生物可降解材料 PHA 规模化生产设施的建设运营、工业 4.0 合成生物学研发平台 SynBio_OS 的开发部署、以及再生医学材料与工程益生菌等新产品管线的研发落地。

       在蓝晶微生物完成B轮融资仅一周后,2022年1月17日,北京微构工场生物技术有限公司(以下简称“微构工场”)宣布完成2.5亿人民币的A轮融资,由中国国有企业混合所有制改革基金有限公司(简称“混改基金”)领投,国中资本、GRC SinoGreen Fund(富华资本)、众海投资和顺义区国有投资平台临空兴融跟投,老股东红杉中国及SEE FUND(无限基金)继续追加投资。本轮融资结束后,微构工场在成立未满1年的时间内,顺利完成天使轮及A轮融资,累计融资3亿元人民币。A轮融资完成后,微构工场将在北京市顺义区全面建设新一代生物可降解材料PHA国际研发总部,完成千吨智能示范线高效投产,同步在全国启动寻找年产万吨PHA及高值化合物绿色智能制造基地。

       在一周内,两家国内PHA生产商获得了大笔的资本投入,为何资本如此青睐PHA?下面就对PHA材料及产业现状进行介绍。

一、什么是PHA?

        PHA是一大类材料的统称,由大量细菌合成胞内聚酯。PHA是一种完全可降解的新型生物材料,也是唯一完全生物合成的碳中和生物降解材料,PHA制品进入海洋后,约1-3年即可实现完全自然降解,相比普通塑料动辄数百年的降解周期大大加速。同时,纯的PHA产品对海洋和陆地动物无害,甚至可以被动物食用。由于PHA的单体种类较多,使得PHA的材料学性质变化很大,某些PHA材料具有独特的生物相容性、光学异构性等性能,使其在医学、农业等领域有着广泛的应用潜力。

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二、PHA的应用

环保包装材料

    PHA具有良好的生物降解性、分解产物,可全部被生物利用。具体应用在可降解垃圾袋、购物袋、一次性餐盒等。

    2021 年5月12日,加州的材料创新公司科威(Cove)宣布计划在年内推出首个完全由生物降解材料PHA制成的水瓶,该产品可能会是市面上第一批量产的PHA水瓶。

    2021 年3月,彩虹糖制造商玛氏箭牌宣布将和Danimer Scientific合作,于今年年底或2022年初开始,在美国推出全生物降解的PHA包装。该包装将采用油菜籽和大豆等植物种子提炼制成NodaxPHA聚羟基脂肪酸酯可降解材料。

农业

    PHA具有水解性、生物降解性,具体应用在农业药物的缓释载体、化学肥料、除草剂、杀虫剂、农膜等。

    PHA农膜已在华北、西北、东北区域的多个省份应用于大蒜、棉花、花生、蓝莓、冰菜、旱作水稻等作物,推广面积近3500亩。

医学

    利用PHA的生物相容性、生物降解性、无排斥反应,无毒素等性能,具体应用在缝线、修复装置、维修补丁、绷带、心血管补丁、骨科针、防粘连膜、支架、引导组织修复/再生设备、关节软骨修复支架、神经导管、肌腱修复装置、人造食道及伤口敷料等。

    以P4HB为原料的可吸收缝合线(TephaFLEX),在2007年获美国FDA批准上市,成为全球首个商品化的PHA医疗产品。目前,全球正密集研究PHA在组织工程、植入材料、药物缓释载体等多个领域的应用。

工业

    PHA具有生物降解性、生物相容性,在工业领域被应用在剃面刀、器皿、尿布、女性卫生产品、家居装饰材料、地毯等。

    2021年5月3日,加拿大领先的生物塑料公司TerraVerdae Bioworks宣布在全球推出一种新的PHA基树脂,可用于客户对该材料的应用需求。新的生物基树脂配方可用于吹膜、注塑成型工艺。

    除了上述应用领域外,PHA还应用在化学品、工业酶制剂、能源、环境治理等方面。

    据统计,全球范围内PHA主要的生产企业包括:德国Biomers、日本Kaneka、美国Danimer、新加坡RWDC、美国Newlight和中国的宁波天安生物材料、蓝晶微生物、珠海麦得发生物科技、微构工场等。

三、PHA行业的现状?

        目前全球PHA总产能约为3.6万吨/年,大部分产能来自美国、日本、意大利等西方发达国家。目前PHA的主要产品为短链PHA,例如聚羟基丁酸酯 (PHB)、聚 3-羟基丁酸酯 (P3HB) 和聚羟基戊酸酯 (PHV)等。国内现有的PHA产能较低,主要生产商为蓝晶微生物生物科技有限公司和宁波天安生物有限公司。

四、为什么PHA的产能这么低?

        对比PLA、PBAT等动辄每年十数万吨的产量来看,PHA的产能的确较低。这是因为在PHA产业化方案中,成本控制一直是一个核心难点。在现有工业生物技术中,用于生产PHA的野生型菌株及工程菌株已经得到了详尽的研究。多种不同的菌种分别用于生产不同链长的PHA,工程化的大肠杆菌也常用于几种PHA的生产。尽管成功地进行了工业规模生产,但这些菌株在发酵后仍需要彻底灭菌以杜绝污染。此外,复杂且高成本的CIB生产工艺导致PHA的市场化仍然受到限制。

五、此次两家企业获得大笔资金投入,对PHA行业有什么影响?PHA的应用


        PHA作为合成生物学重要的产品之一,而生物行业的底层技术在发生快速迭代,在「碳中和」的大趋势下,凡是致力于解决资源短缺、环境污染等全球性问题的生物科技公司都受到了市场的看好。

        蓝晶微生物致力于设计、开发、制造和销售新型生物基分子和材料。2022 年 1 月 1 日,蓝晶微生物首个产品管线——生物可降解材料 PHA 的年产 25,000 吨「超级工厂」在江苏省盐城市滨海县正式开工建设。蓝晶微生物在 PHA 的研发和产业化过程中积累了大量的过程数据和工程经验,公司通过自动化、数据化等工业 4.0 技术要素对这些数据和经验进行沉淀,并在后续新产品的研发落地过程中复用,由此形成的飞轮效应将是蓝晶微生物未来的核心竞争力之一。

        微构工场创始人,清华大学陈国强教授在PHA的合成、改性、产业化等方面深耕多年,其课题组在PHA功能化设计和工业化生产等方面取得了一系列成就,一手将我国PHA产业带向世界领先水平。针对PHA工业化生产中成本高的难题,微构工场在合成生物技术平台的助力下,通过对嗜盐生产菌株进行全方位的重新设计和构建,开创了一整套全新的PHA生产技术,称为“下一代工业生物技术”。

        独特的“新方案”中突显三大核心技术优势:“开放、连续培养不染菌”发酵技术、可控形态学工程“自凝絮和自沉降”以及发酵废水的多次回用下游关键技术。嗜盐生产菌的合成生物学改造产生了多种PHA的结构,带来多种不同的材料性能和应用场景。

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