生物聚酯国际会议ISBP 2004简介

清华大学生物系供稿

联系人：陈国强（13901026792） 吴琼（13911529784）

2004年8月23-27日，在北京由清华大学和汕头大学共同组织举行了生物聚酯国际会议（The International Symposium on Biological Polyesters 2004 缩写为 ISBP 2004 )，200余名世界各国生物聚酯领域的专家，多个跨国公司的高层代表出席了该会议。该国际会议始于1990，后两年一届举办，先后在西班牙、德国、加拿大、瑞士、日本、美国、德国等国召开。此次是首次由中国承办，这表明了国际生物聚酯界对我国研究水平以及未来该材料市场前景的重视。会议主要交流的议题包括了生物可降解聚酯的相关最新研究，特别是由微生物合成的系列新型聚酯－聚羟基脂肪酸酯（简称PHA）在生物合成方面的生物化学、分子生物学、工业生产以及这类新材料的开发应用，其在未来中国乃至全世界可能面对的材料和能源危机以及环境保护的挑战中将发挥积极的作用。

生物聚酯PHA是由微生物或者植物生产的新型高分子材料，可以通过微生物的大规模发酵得到（图一）。PHA具有类似于化工塑料的物化特性，并具有可控的生物可降解性，已经被作为环境可降解的环保绿色塑料得到应用。由于化学合成的塑料引起的白色污染日益加重，随之而来对环境污染的日益关注，以及石油资源的不可再生性，用可持续发展的生物合成法得到环境友好的材料以代替传统非降解塑料的生物聚酯备受关注；然而，相对较高的造价使PHA的应用一直收到限制，多数的应用研究主要集中在利用生物聚酯PHA的生物可降解性、生物相容性、非线性光学活性、压电性、气体相隔性等高附加值性能，研究的重点集中在医疗、制药、电子等高附加值领域。目前已有多种医用植入材料正在进行临床开发（图二）。最近，由于石油的价格不断升高，进一步刺激了产业界和学术界对可持续发展的新材料的研发投入和市场化的加速。世界最大的包装材料公司美国宝洁公司(P&G)最近已经开发成功了作为缝合线，无纺布，纸张涂层和各种包装用材料的PHA系列产品及其多种应用。美国最大的农产品加工公司Cargill与跨国高分子公司Dow组成了世界最大的生物聚酯生产公司Cargill Dow，并在美国投资十几亿美元建成了年产十几万吨的生物聚酯生产厂。该厂可以利用玉米淀粉生产性能优良的生物聚酯PLA。

生物聚酯PHA分子结构多样性强，因此其性能也具有很强的可变性和操作性，通过基因工程技术开发各种超强微生物合成平台（图三），目前已发现的聚合物组成单体超过150种，各种单体的不同结构将为生物聚酯材料带来许多功能以及应用。与此同时，生物聚酯的另一个重要领域就是其单体的应用，目前生物聚酯的可变手性单体已经被看作是手性药物制备的良好工具，可以被广泛用于化学药品合成的结构元件，例如抗生素、维生素、芳香素和信息素等；并已经有部分单体作为临床药物被采用。对病人来说手性药物更安全、更有效、使用剂量更小，而利用生物聚酯单体来生产手性药物将大大降低传统化学合成的成本。

生物法合成新型高分子材料生物聚酯已经成为一个新的材料生产、开发和应用的方向，该领域的研究充分体现了多领域、跨行业的现代科技产业特点，需要生物科学、材料科学、高分子科学、医药科学等不同领域专家的合作，需要产业界的大力推动，相信在他们的不懈努力和追求下，获得更加丰硕的科研成果和社会效益指日可待。人们可以期望在不久的将来，生物聚酯做为一种新型材料，被广泛地应用于生活的方方面面，给未来的环境保护、人们的生活和健康带来极大的便利。

图一：在清华大学和汕头大学正在进行和即将进行的多学科合作研究生物新材料PHA的过程说明

首先，在自然界中进行菌种的筛选，得到能合成所需PHA的菌株（见细胞内白色的颗粒）。如果该微生物合成PHA的能力强而且合成的PHA具有所需的性能，则对菌株进行工艺开发和放大的工作。如果菌株合成PHA不能满足要求，则可通过对其分子生物学进行研究，确定其合成基因和代谢路径，通过基因工程得到合成能力强，所需PHA结构合理的重组微生物。进一步筛选后得到生产菌，再进行工艺开发和放大，为大规模生产做准备。

图二：通过大规模发酵和后续的提取纯化工作，就可以对所得到的PHA新材料进行应用开发。

这包括：一次性使用的包装材料，医用植入材料、农用药物或生长促进剂的缓释材料以及电子工业用材料等。

图三：超强微生物PHA合成系统：一个细胞可以合成出占细胞本身重量90％以上的生物聚酯PHA。通过培养条件的控制和基因工程技术，可以得到多达150种以上的PHA高分子单体结构，从而产生出150种性能各异的新材料。