Je kunt je onbekend voelen als het gaat om PHA.
Maar als ik je vertel dat PHA is begonnen te worden gebruikt op veel gebieden, zoals servies, voedselverpakkingen, 3D -printen, textielvezels, medische hulpmiddelen, enz., Voel je dat het niet ver van ons leven is.
"PHA is een familie van polyhydroxyalkanoate materialen, een nieuw materiaal dat uit cellen is gekweekt. Het is volledig afbreekbaar van aard en is niet-giftig en onschadelijk." Chen Guoqiang, professor van de School of Life Sciences aan de Tsinghua University en directeur van het Centre for Synthetic and Systems Biology, introduceerde het op deze manier toen hij dagelijks werd geïnterviewd door een verslaggever van wetenschap en technologie.
Al 30 jaar geleden stelde Chen Guoqiang vast dat PHA de richting was van toekomstige groene materialen en begon aan het onderzoek en de ontwikkeling van Biomanufacturing PHA zonder aarzeling. "Dit is een proces van continue vallen en opstaan. We raken de muur keer op keer en braken steeds opnieuw door." Zei hij.
Los de pijn op van "bacteriële besmetting"
Om het gebruik van petroleumgebaseerde kunststoffen te verminderen en te voorkomen dat meer witte vervuiling wordt veroorzaakt, zijn onderzoekers op zoek naar afbreekbare alternatieve materialen. Biomanufacturing is een van de erkende productiepaden van alternatieve materialen.
"Biomanufacturing, zoals de naam al doet vermoeden, is om organismen opnieuw te ontwerpen en te transformeren om chassiscellen met uitstekende prestaties te verkrijgen en deze cellen vervolgens als fabrieken te gebruiken om verschillende materialen te produceren die mensen nodig hebben." Chen Guoqiang vertelde verslaggevers.
Van de vele biomaterialen heeft PHA de voordelen van biocompatibiliteit, thermoplasticiteit en afbreekbaarheid. Op basis van de exploratie en praktijk van de voorgaande jaren, in 1994, kwam Chen Guoqiang, die postdoctoraal onderzoek in het buitenland had voltooid, naar de Tsinghua University om een team te vormen en zich te concentreren op het bestuderen van het bereiken van een massaproductie van PHA.
"In het laboratorium zijn veel problemen niet gemakkelijk bloot te leggen. In de fabriek, zodra de schaal is vergroot, zullen alle problemen komen." Chen Guoqiang ontdekte dat het eerste probleem "verontreiniging" was - in het proces van het cultiveren van microbiële cellen, andere schimmels en micro -organismen zullen daarmee groeien.
Zodra de microbiële cellen zijn "vervuild", moet het hele gistingsproces opnieuw beginnen, met enorme verliezen. Om te voorkomen dat de cellen worden geïnfecteerd, moet een strikte aseptische operatie worden uitgevoerd, die eisend is voor apparatuur en personeel, en een hoog energieverbruik heeft.
"We hebben veel soorten micro -organismen geprobeerd, maar we konden dit probleem niet oplossen." Chen Guoqiang herinnerde eraan dat hij toevallig dacht aan extreme micro -organismen.
Extreme micro -organismen groeien over het algemeen in extreme omgevingen waar gewone micro -organismen het moeilijk vinden om te overleven en niet gemakkelijk worden besmet door andere micro -organismen. Hiermee kan het PHA -productieproces relatief open zijn, zonder dat complexe en omslachtige sterilisatie -bewerkingen nodig zijn.
Dus Chen Guoqiang richtte zijn aandacht op halofiele micro -organismen die moeilijk te "zijn".
Helaas zochten de teamleden op veel plaatsen, maar kwamen ze allemaal tevergeefs terug. Het was pas in 2006 dat ze eindelijk een spanning geïsoleerd met zowel zouttolerantie als snelle groeimannen uit een bodemmonster dat werd opgehaald uit een zoutmeer met een lage breedtegraad, een groot temperatuurverschil tussen dag en nacht en een hoger zoutgehalte dan zeewater. Dit zijn de halofiele bacteriën.
Het construeren van de basis van het "chassis"
Met de juiste stam is het construeren van chassiscellen de sleutel geworden tot het bereiken van biomanfabricage.
"Chassiscellen kunnen hernieuwbare biomassa zoals glucose, zetmeel en plantaardige olie omzetten in PHA tijdens het gistingsproces." Chen Guoqiang zei: "Ze zijn als machines in een fabriek, die continu de polymeermaterialen kunnen produceren die we nodig hebben."
Om chassiscellen te verkrijgen, moeten de genen van halofiele bacteriën worden gedemonteerd en geassembleerd. Nieuwe problemen gevolgd - Halofielen zijn te speciaal en missen kant -en -klare moleculaire manipulatiehulpmiddelen.
"'Moleculaire scalpels', 'moleculaire hechtingsnaalden' en 'moleculaire transporters' zijn allemaal noodzakelijke hulpmiddelen." Chen Guoqiang legde uit: "Ze zijn verantwoordelijk voor respectievelijk het snijden, recombineren en transporteren van microbiële genen."
Zonder gereedschap zijn halofielen als een "zwarte doos" die te zien is maar niet gebruikt.
Plasmide -vectoren worden vaak gebruikt "moleculaire transporters" die verantwoordelijk zijn voor het introduceren van gerecombineerde genen in ontvangende cellen. "Alleen al deze tool heeft veel van onze energie verbruikt." Chen Guoqiang vertelde verslaggevers dat het team honderden bestaande plasmiden heeft geprobeerd, maar geen van hen was succesvol.
Wat te doen? Breid de reikwijdte alleen uit en vind nieuwe plasmiden. Na niet -aflatende inspanningen heeft iedereen meer dan 200 plasmiden vertoond met potentieel, ze een voor een getest en uiteindelijk een keerpunt ingeluid - 3 van hen kunnen worden gebruikt!
Met plasmiden is de "zwarte doos" van microbiële genetische modificatie geopend.
Op basis hiervan heeft het team een reeks tools ontwikkeld voor genbewerking, metabole regulatie en netwerkoptimalisatie, die de prestaties van chassiscellen van verschillende niveaus kunnen wijzigen en reguleren.
Het kostte het R & D -team een volledige tien jaar om moleculaire manipulatietools te ontwikkelen. "Dit proces is erg pijnlijk." Chen Guoqiang gaf toe dat het geheim van succes geloof en doorzettingsvermogen is.
Ten slotte werden de chassiscellen door het team geconstrueerd.
"De volgende stap is de productieverificatie van de productie. We hebben nog zeven of acht jaar besteed aan het overwinnen van de problemen van verbetering van de gistingsproces, bacteriële morfologie -transformatie, materiaalscheiding en extractie en de industriële versterking overgestoken" Death Valley. "Wu Fuqing, een teamlid en Associate Researcher aan de School of Life Sciences van Tsinghua University, geïntroduceerd.
Stappen op de weg van "transformatie"
Tijdens de industriële versterking stelde Chen Guoqiang in 2018 voor het eerst internationaal "de industriële biotechnologie" van de volgende generatie voor en werd het geverifieerd in "kleinschalige proeven", "pilootproeven" en grootschalige productie.
Maar dit betekent niet dat deze technologie door ondernemingen kan worden herkend. Het team wordt geconfronteerd met een nieuwe niveau-transformatie van resultaten.
"'De volgende generatie industriële biotechnologie' maakt gebruik van een continu gistingssysteem dat geen sterilisatie vereist voor productie. Het heeft de voordelen van open, hoog rendement, laag energieverbruik en waterbehoud. Het is een 2.0 verbeterde versie van traditionele biomanfabricage-technologie." Wu Fuqing zei dat deze subversieve kenmerken van traditionele gistingsbedrijven zich zorgen hebben gemaakt.
"Het is altijd strikt verzegeld en gesteriliseerd bij hoge temperatuur. Je zei dat je het niet nodig hebt, dus je hebt het niet nodig?" Sommige bedrijven denken zelfs dat het R & D -team "voor de gek houdt".
Na verschillende wendingen vond het team eindelijk een groot gistingsbedrijf dat bereid was het te proberen. Om de bezorgdheid van de andere partij te verdrijven, werd de gistingstest ter plaatse uitgevoerd.
200 kubieke gistingstank, de eerste test, succes!
De ingenieur van de andere partij vermoedde: is er een "geluk" -factor? Probeer het dan opnieuw, het zal nog steeds slagen! De samenwerking werd met succes bereikt.
In 2021 werd de prestatietransformatie-onderneming-beijing Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (hierna aangeduid als "Weiguochang") opgericht en de industrialisatie kwam de snelle baan binnen.
"Na de oprichting van het bedrijf is onder begeleiding van de markt de voortgang van laboratoriumwetenschappelijk onderzoek versneld." Ouyang Pengfei, vice -president van Weiguochang, zei: "In het verleden hadden de stammen drie generaties in 9 jaar; in de afgelopen jaren zijn ze drie generaties in één jaar herhaald; dit jaar wordt verwacht dat ze 4 tot 5 worden herhaald generaties. "
Iteratie heeft de spanningen betere prestaties gegeven en een meer solide basis gelegd voor industrialisatie.
Een intelligente productiedemonstratielijn met een jaarlijkse output van 1.000 ton is gebouwd in Shunyi, Beijing, en een productiebasis met een jaarlijkse output van 30.000 ton is vastgesteld in Yichang, Hubei ... "We hebben ook de handen ineen gebracht met Chuan Ning Biotechnologie om de toepassing van de PHA-industrie van medische kwaliteit te bevorderen en een 'vuurtorenfabriek' te bouwen in Hefei, Anhui om verschillende toepassingsscenario's te verkennen. " Ouyang Pengfei introduceerde.
In 2023, gebaseerd op de ontwikkeling en het gebruik van halofiele bacteriën en de bijdrage van "volgende generatie industriële biotechnologie" aan de industrie, heeft de International Society for Metabolic Engineering Chen Guoqiang de "International Metabolic Engineering Award" toegekend. Tegenwoordig zijn gerelateerde technologieën op grote schaal gebruikt bij de open productie van biomanufacturing.
Tijdens de onlangs gehouden National Science and Technology Conference, de National Science and Technology Awards Conference en de Conference of Academicans of the Two Academies, benadrukten generaal secretaris Xi Jinping dat we moeten streven naar de commandanthoogten van toekomstige wetenschap en technologie en industriële ontwikkeling, Versnel wetenschappelijke en technologische innovatie op het gebied van nieuwe generatie informatietechnologie, kunstmatige intelligentie, kwantumtechnologie, biotechnologie, nieuwe energie en nieuw materiaal, en cultiveren en ontwikkelen opkomende industrieën en toekomstige industrieën.
Kijkend naar de toekomst, is Chen Guoqiang vol vertrouwen: "We zullen de diepe integratie van wetenschappelijke en technologische innovatie en industriële innovatie stevig bevorderen, het niveau van PHA -industrialisatie blijven verbeteren en bijdragen aan de realisatie van mijn land van de" dubbele koolstof " Doel en groene ontwikkeling! "