(本文转载自中国化工信息周刊(ID：CCN-weekly))
日前，合成生物学初创公司北京微构工场生物技术有限公司(以下简称“微构工场”)宣布完成近5000万元的天使轮融资，由红杉中国种子基金领投(以下简称“红杉种子”)，无限基金SEE Fund等跟投。
据了解，微构工场成立于2021年2月4日，在其成立才不到半年的第一轮融资中，便得到红杉种子这样顶级投资机构的青睐，究竟是何原因呢?
微构工场表示，本次融资将用于合成生物学研发中心和千吨聚羟基脂肪酸酯(PHA)示范线的建设。
产业化品种已有4代
PHA是聚羟基脂肪酸酯类材料的总称，是由微生物通过各种碳源发酵而合成的不同结构的脂肪族共聚聚酯，是细菌在生长条件不平衡时的产物。其化学通式和生产流程分别如下：
PHA的化学通式
PHA生产流程
PHA的大多数单体是链长为3～14个碳原子的3-羟基脂肪酸，侧链是高度可变的饱和或不饱和、支链或直链、脂肪族或芳香族的基团，可以是同一种脂肪酸的均聚物，也可以是不同脂肪酸的共聚物。其中，最常见的有聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)，以及PHB和PHV的共聚物——聚3-羟基丁酸酯/3-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)。
不同类型的PHA可以通过不同的生物合成途径，由微生物的细胞中提取，然后再经过加工成型，制备出各种性能的塑料制品。微生物合成PHA的过程中主要受碳源、菌种、发酵过程控制和提取纯化技术4大因素影响。
目前，PHA的产业化品种已有4代。第一代产品的典型代表为PHB，该材料脆性大，很难大规模应用。为改善加工性能而研发了第二代产品PHBV、第三代产品3-羟基丁酸酯/3-羟基己酸酯共聚物(PHBHHx)以及第四代产品聚3-羟基丁酸酯/4-羟基丁酸酯共聚物(P34HB)。
PHA的4代产业化品种
100%可生物降解，产业化受限于生产成本
我国在2020年相继提出升级版限塑令和双碳目标后，替代塑料已逐步提上日程。在众多可降解材料中，PHA的降解方式是最特别和最温和的，使用完后可100%在生物体内降解成β-羟基丁酸、二氧化碳和水，降解时间大概 1～5 年不等。与当前偏主流的生物可降解材料PLA和PBAT相比，PHA结构多元化，可通过改变菌种、给料、发酵过程来方便调控其组成，而组成结构多样性带来的性能多样化使其在应用中具有明显优势。
PHA特性与应用范围
PHA在包装、医疗、农膜等领域均有良好的应用，用于鲜品保鲜包装时的性能甚至可与PET、PP等传统塑料产品相媲美。此外，PHA可与其他性能优良的生物可降解材料互补，如PHBV通过与PLA共混，可用作纤维和纤维制品，能够高效抗菌，在医疗保健行业具有良好的应用。
去年，美国公司WinCup开发出的新型突破性的可降解吸管phade就是由PHA制成，可海洋生物降解或家庭堆肥，并且保持了传统塑料吸管的手感和用户体验。
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。
6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。
此外，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。
尽管我国在PHA研究方面介入较早，处于世界先进水平，但目前仅有为数不多的几家企业拥有完整PHA生产链。由于成本高、产量小，PHA一直未能得到规模化应用，在可降解塑料市场中占有率仅为2%，暂时主要用于医疗器械等高附加值领域。
我国PHA产能情况 kt/年
下一代工业生物技术使PHA生产成本下降30%以上
据了解，造成PHA生产成本高的因素主要有三方面：原料成本较高、设备运行成本较高(生物反应的时间较长，需要密闭环境并严格控制温度、pH值等，还需要防止杂菌生长)以及产物纯化成本较高。当前，迫切需要利用合成生物学技术改造菌株，使PHA能与其他可降解塑料，甚至是石油基材料(塑料)在成本上能竞争。
清华大学教授陈国强团队针对PHA制造成本居高不下的问题，于2006年开始研究基于嗜盐菌的整套PHA生产技术和工艺——“下一代工业生物技术”，解决了发酵生产中高耗能、易染菌、过程复杂、产物难提取、生产成本高等难题，并已成功应用于生物可降解塑料PHA的工业化生产，使发酵产品成本降低30%以上。
下一代工业生物技术低成本生产PHA示意图
未来5年占比将由2%提高至11.5%
陈国强教授表示，随着PLA、PBAT、PBS、PPC和淀粉基材料等的大力发展，PHA必然被带动。相对于其他绿色材料，PHA的降价空间和性能可调都为最大，降低PHA生产的复杂程度和制造成本，将带来PHA发展的黄金时代。
另据European bioplastic conference数据统计显示，2020年PHA在全球生物塑料产能中占比不超过2%，而到2025年PHA生物塑料占比将上涨至11.5%，与PBAT、PLA的使用量相接近。
当前，PHA和相关技术正在形成一个从发酵、材料、能源到医学领域的工业价值链。未来，随着成本的进一步降低以及高附加值应用的开发，PHA必将成为一种成本可被市场接受的多应用领域生物材料，成为可降解材料未来的主要发展方向之一。
