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PHA多样化的结构和性质，PHA的多种应用

PHA，又叫聚羟基脂肪酸酯，是一种天然高分子材料，和塑料的性能相似，是一种热塑性材料，可以说，PHA是唯一的一种既是天然材料，又可以跟现有的塑料加工工艺融合的材料。PHA（聚羟基脂肪酸酯）在可生物降解的包装材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及医疗材料方面有广阔的应用前景。

1、PHA（聚羟基脂肪酸酯）作为生物聚合物的优点和局限性

PHA（聚羟基脂肪酸酯）是一种能用糖或植物油等可再生原料进行发酵的塑料，一般以颗粒形式储存在细菌中，在不同领域具有不同的作用。例如，不同单体的PHA聚合物和共聚物可以作为可生物降解、无毒环保的塑料替代品，用于包装、农业等行业。

因为，PHA（聚羟基脂肪酸酯）的生物相容性、无毒性和无害分解以及抗菌特性使其可应用到医疗领域，包括药物输送和组织工程。同时PHA还具有植物固氮能力，使其适用于农业领域。

PHA（聚羟基脂肪酸酯）表现出广泛的应用特性使得PHA（聚羟基脂肪酸酯）较源自于纤维素普通生物基材料更具有优势以及适用范围。但是，从成本方面来看，PHA（聚羟基脂肪酸酯）生产中涉及的微生物发酵过程比合成塑料的传统化学工艺更昂贵。

2、PHA（聚羟基脂肪酸酯）多样化的结构和性质

不同的微生物产生具有各种分子结构、单体比例和分子量的PHA。根据碳原子的数量，PHA可分为短链长度PHA（Scl PHA）和中链长度PHA（Mcl PHA）。Scl PHA由具有3-5个碳原子的单体组成，Mcl PHA 由具有6至14个碳原子的羟基链烷酸酯单体组成。其中最常见的有聚3-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)及PHB和PHV的共聚物(PHBV)。

3、PHA（聚羟基脂肪酸酯）的生产

PHA（聚羟基脂肪酸酯）的生产涉及一个多步骤的过程，PHA可以在多种生物体中自然合成，包括Cupriavidus, Ralstonia, Pseudomonas, Halomonas等。使用Bluephagenesis进行PHB的7L发酵试生产如图1d所示。经过发酵条件，温度、pH值的调节可以大幅增加菌体中的PHA产量。

发酵结束时，为了将PHA（聚羟基脂肪酸酯）与细胞蛋白、脂质和核酸分离并释放PHA（聚羟基脂肪酸酯）颗粒，需要破碎细胞并使用机械或化学方法提取破碎的细胞团。最后，将PHA（聚羟基脂肪酸酯）加工成颗粒，片材，薄膜或线，加工成颗粒和粉末形式。

4、PHA（聚羟基脂肪酸酯）的多种应用

01、PHA（聚羟基脂肪酸酯）作为环保包装材料

PHA（聚羟基脂肪酸酯）在包装行业的应用范围已扩大到包括包装薄膜、购物袋、盖子和桶等容器。PHA还可用于纸杯的可回收。PHA（聚羟基脂肪酸酯）在食品工业中也有多种应用，例如乳制品包装中的涂层和薄膜，咖啡和茶包装以及其他干粮包装。此外，PHA（聚羟基脂肪酸酯）还可用于如美容行业的类乳胶、热敏胶和智能凝胶，例如，无纺布PHA（聚羟基脂肪酸酯）基质可用于去除面部油脂。

02、PHA（聚羟基脂肪酸酯）用于3D打印材料

PHBV、P（3HB-co-3HHx）和P（3HB-co-4HB）的共聚物可降低脆性并增加柔韧性从而适用于3D打印材料，使用PHA最广泛的3D打印技术，是选择性激光烧结（SLS）和熔融沉积建模（FDM），立体光刻光化学工艺也开始使用PHA。

03、PHA（聚羟基脂肪酸酯）作为化妆品和抗菌材料

在化妆品领域，PHA已在各种产品中得到应用，包括美容面膜和卫生巾。例如在欧盟推出的polybioskin产品中。含有α-羟基酸（AHA）的PHA材料能够结合大量的水，并通过抑制金属蛋白酶和螯合性能成为卓越的抗氧化剂。

04、PHA（聚羟基脂肪酸酯）在医疗应用中的应用

由于其生物降解性和生物相容性，PHA（聚羟基脂肪酸酯）在医用植入材料的应用越来越广泛。PHA（聚羟基脂肪酸酯）和基于PHBHHx的纳米复合材料，已被广泛用于各种医疗植入物，从螺钉、订书钉和手术网到骨板、神经导管、皮肤替代品和粘附屏障。PHA 还可用于伤口敷料、吊带、骨移植替代品和眼细胞植入物。

05、PHA（聚羟基脂肪酸酯）在服饰、家访应用中的应用

生物基纤维以其独有的优势，成为了市场上的一股新兴力量。

6、未来展望

PHA（聚羟基脂肪酸酯）与传统塑料的成本竞争仍有多方面的因素需要考虑，例如，原料成本、工艺优化和发酵技术的等因素，未来人们可以通过合成生物学和其他技术手段来得到高产PHA（聚羟基脂肪酸酯）的底盘菌、建立按需合成PHA（聚羟基脂肪酸酯）的低成本生产平台，最终，推进PHA（聚羟基脂肪酸酯）的广泛应用。

开发PHA（聚羟基脂肪酸酯）原材料的商业应用可以在市场上获得溢价，也支持PHA（聚羟基脂肪酸酯）生产的经济可行性，进而经过良性循环，扩大PHA（聚羟基脂肪酸酯）的商业规模，为未来的投资和发展创造更有利的环境。在未来的研究中，PHA（聚羟基脂肪酸酯）的应用重点，应该是PHA（聚羟基脂肪酸酯）取代散装塑料的使用并实现绿色低碳经济，以及在医疗领域的高价值植入物的应用。