PHBHHx

PHBHHX： Aeromonas hydrophila 4AK4 is the strain that synthesizes poly (3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) , one of the member of polyhydroxyalkanoates (PHA), from lauric acid

嗜水氣單胞菌Aeromonas hydrophila 4AK4能夠合成3-羥基丁酸和3-羥基己酸共聚物

Poly（3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate） 3-羥基丁酸與3-羥基己酸共聚酯

由於PHBHHx的生物降解性, 而且具有比PHB及PHBV更加優良的力學性能，可望就此在醫學、農業、食品、日用消費品等方面開發出各種各樣的用途。

● 在上：在，典型的PHBHHx應用是做生物材料，如手術試紙、繃帶及手術用手套的潤滑粉。也可做與血液相容性的膜。還可用做血管移植物或脈管替代物以及骨裂固定盤等，同時，還可作為新型醫學材料如骨板、骨釘，以及做出三維支架用於組織工程應用。

● PHBHHx可開發為高檔包裝材料和複合材料。如高級化妝品的包裝材料。

● PHBHHx在農業領域，作為藥物或農藥的緩釋載體。

● 利用PHBHHx作為靜電印刷的上色劑，解決紙張回收中遇到的塑性油墨難以與紙脫離的問題。

● PHBHHx的氣體阻隔性使其適於食品包裝，或代替PET做飲料瓶。

● PHBHHx還可用做紙和膜上的塗層材料，

●截至2013年，PHBHHx已經被成功的紡成纖維絲，用於製備高保溫的衣服。

● 另外PHBHHx還是優良的塑料增塑劑。

發展背景

由於國內外形勢的發展，石油將成為一種價格不斷攀升的原料，以石油為基礎的材料合成將會變得越來越貴。因此，開發以可持續發展方法的原料來得到大量使用的材料成為實現可持續發展的重要保證；用生物原料如澱粉和單糖等可合成大量性能各異的材料，滿足各種應用。由於生物合成是乾淨的綠色合成，所以，發展綠色合成取代以石油為基礎的化學合成，有利於保護環境；

PHA，包括PHBHHx作為至2013年惟一的完全由生物合成的生物可降解塑料，發展勢頭越來越快，學術論文的數量每年以28%的速度增加，專利申請最近幾年更是以89%的年增長速度遞增。

我國的發展現狀

我國在近幾年發展也很快，國際學術論文和專利申請分別以230%和97%的年增長速度發展，但必須加強投入，避免我國在PHA領域由於投入少又處於落後狀態；

2000年我國首次工業化成功地生產了新一代PHA材料PHBHHx，使我國的PHA研究領域處於世界前列，已經有美國寶潔公司(P&G)，杜邦(Du Pont)，羅門哈斯公司(Rohm and Haas Company)，美國Metabolix和Tepha公司以及德國BASF公司決定在中國有關實驗室投資PHA的研究。為保持在本領域的前沿地位，我們有必要重視新型PHA的研究與開發；

在廣東建立的PHA生產基地－聯億生物工程公司，將在2004年年底建成世界上第一條PHA專門生產線，可以提供大量的各類PHA樣品，供材料、高分子、化學、醫學、電子和物理專業的應用開發之用，由此將產生各類PHA的應用專利，使我國在PHA領域繼續處於領先地位。

關於聚羥基脂肪酸PHA

定義 在微生物細胞，特別是細菌細胞中，大量地存在著一種高分子聚酯─聚羥基脂肪酸（Polyhydroxyalkanoates，簡稱PHA）。截止至2013年，已經發現PHA聚酯有至少125種不同的單體結構，並且新的單體被不斷地發現出來。

性能 由微生物合成的PHA有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、壓電性和光學活性等。另外，根據單體結構或含量的不同，PHA的性能可從堅硬到柔軟到彈性變化。PHA有許多潛在的應用前景，國內外都對其進行大量的基礎和應用開發研究。

清華大學領先在國內外成功地實現了一種性能優良的PHA─3-羥基丁酸和3-羥基己酸的共聚物PHBHHx的工業化生產，為開發這種新型材料的應用提供了原料基礎。

研究歷史及成果

1996～2001年，清華大學生物系、化工系和高分子研究所組成聯合攻關小組，共同承擔國家“九五”重大攻關項目“生物塑料的研發和中試”。經過5年的努力，我們不但完成了攻關任務，而且開發了新一代的生物塑料及其一些應用。“生物塑料PHBHHx的研製與開發”項目還榮獲2002年度國家技術發明二等獎。

我們獲獎的這個項目，是由生物系、化工系、高分子研究所共同合作而取得的，是由基礎理論，試驗室小試，中試放大，工業化生產到應用開發一條龍的合作，最後得到產品，並實現了利潤，為合作的工業企業創造了可觀的經濟效益。

本項目的運作，採取了生物系進行理論研究，小試試驗，化工系進行中試放大，工業企業合作者在我校人員的指導下進行工業放大，進入工業化生產。高分子研究所與生物系合作開展產品的應用開發。同時與國外企業取得聯繫，大量出口產品。

立項背景

由於大量的使用一次性的包裝塑料引起的塑料污染“白色污染”正變得越來越嚴重。截至2013年，工業發達國家用於包裝的塑料為100公斤/每人/每年，而我國的這個數字為12公斤/每人/每年。可見隨著我國經濟的發展，用於包裝的塑料將會不斷增加，由此引起的塑料污染問題將不斷惡化。所以，尋求一種真正意義上的無污染塑料，就變成了世界範圍的努力。到目前為止，生物可降解塑料，即生物塑料，被認為是解決塑料污染的最理想的途徑。而使用生物的方法製造塑料，是得到生物塑料的最好的途徑。

另一方面，截至2013年，所有的醫用生物材料沒有一種是由我國自己開發的，特別是用途最廣的聚乳酸PLA，國外的專利覆蓋了其所有的應用領域。在生物材料方面我國知識產權極端薄弱，面對這個具有1200億美元的市場，開發具有自主知識產權的醫學生物材料就顯得十分急迫。

本項目立項時，國際上已經開發成功了兩種生物塑料，即PHB和PHBV，但機械加工性能不佳。“九五”期間，由生物系、化工系、高分子研究所組成的多學科研究隊伍集中精力，致力於開發機械性能比PHB和PHBV更好的新型生物塑料，即PHBHHx。

項目的創新點及技術水平

項目的關鍵是找到能用於生產目的的生產菌種。當時，PHBHHx還只是個概念上的材料，只能通過極其昂貴的化學手段得到。理論上應該有微生物能夠合成PHBHHx。然而，如何從大量的微生物中得到PHBHHx的生產菌是本項目的關鍵。通過與化學系分析中心的孫素琴老師的合作，我們開發傅立葉紅外技術，生物系對來源不同的大量菌種進行了篩選，得到了能有效合成新型生物塑料PHBHHx的生產菌，然後對該菌進行了小試工藝開發，中試放大，最後在合作企業實現了工業化生產。本項目的創新點及技術水平主要體現在：

1）獨立開發了傅立葉紅外技術，使快速地對大量菌種進行篩選工作成為可能，最終得到了能有效合成新型生物塑料PHBHHx的生產菌－親水單胞菌；

2）接著，在清華大學實驗室開發成功了PHBHHx的小試生產工藝；通過與廣東江門生物技術開發中心的合作，實現了PHBHHx的中試生產；

3）最後在25噸的發酵罐中實現了第三代生物塑料PHBHHx的工業化生產。

項目完成後馬上有了國外的客戶。在項目研發過程中形成了有自主知識產權的專利。在研發過程中，清華大學生物系、化工系和高分子研究所以及合作企業-江門生物技術開發中心緊密合作，首次開發了該材料作為組織工程材料的應用，使我國在組織工程領域有了自主知識產權的新材料。所以，本成果被“九五”攻關驗收組評價為“國際水平”。