可生物降解聚羥基脂肪酸酯專利技術(shù)分析

摘 要：文章探討了可生物降解聚羥基脂肪酸酯（PHA）領(lǐng)域的研究情況，分析了PHA的研發(fā)應(yīng)用熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢、專利的申請(qǐng)情況趨勢及主要申請(qǐng)人的申請(qǐng)情況。

關(guān)鍵詞：生物降解；聚羥基脂肪酸酯；技術(shù)分析

聚羥基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates，簡稱PHA）是一類由微生物合成的羥基脂肪酸組成的線性聚酯，是一種在適當(dāng)?shù)淖匀画h(huán)境條件下，能夠被微生物分解從而變成低分子化合物的可生物降解材料。近年來，由于全球面臨資源不斷耗竭和環(huán)境日益惡化的威脅，開發(fā)利用環(huán)境友好的生物可再生和生物可降解PHA材料，有助于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，逐漸受到了各國政府的重視。

1 可生物降解聚羥基脂肪酸酯（PHA）專利技術(shù)的統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)數(shù)據(jù)庫收集的文獻(xiàn)量及分布特點(diǎn)對(duì)中文和外文數(shù)據(jù)庫進(jìn)行選擇，其中中文專利數(shù)據(jù)庫選擇CNABS數(shù)據(jù)庫，非專利數(shù)據(jù)庫選擇CNKI，外文專利數(shù)據(jù)庫選擇VEN數(shù)據(jù)庫。

1.1 可生物降解聚羥基脂肪酸酯（PHA）全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢分析

圖1為PHA全球?qū)＠暾?qǐng)趨勢統(tǒng)計(jì)圖。由圖可見，在1990年以前，申請(qǐng)量很少；1990年至1996年，申請(qǐng)量出現(xiàn)持續(xù)增長，這可能是受到全球的石油資源枯竭和石油昂貴價(jià)格的影響，全球掀起了可生物降解材料的研發(fā)高潮；在1997-1999年間數(shù)據(jù)有所下降，這可能由于這期間石油價(jià)格并未大幅上漲，導(dǎo)致許多公司PHA相關(guān)項(xiàng)目的終止；從2000年開始，申請(qǐng)量再次持續(xù)快速增長，并在2012年達(dá)到頂峰，這與在能源危機(jī)的影響下，各國政府和各大企業(yè)再次重視PHA相關(guān)項(xiàng)目密切相關(guān)；2013、2014年的數(shù)據(jù)有所下降，這可能是由于一方面，其他新型可降解材料的出現(xiàn)，對(duì)該技術(shù)的研發(fā)熱度有所下降，另一方面，2014年申請(qǐng)的一些相關(guān)專利還未公開。

1.2 國內(nèi)主要申請(qǐng)人

國內(nèi)主要申請(qǐng)人排序：（1）清華大學(xué)（申請(qǐng)量64）；（2）寶潔公司（申請(qǐng)量57）；（3）東華大學(xué)（申請(qǐng)量43）；（4）巴斯夫歐洲公司（申請(qǐng)量31）；（5）同濟(jì)大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、株式會(huì)社鐘化（申請(qǐng)量分別為22）；（6）中國科學(xué)院化學(xué)研究所（申請(qǐng)量20）；（7）諾瓦蒙特股份公司（申請(qǐng)量18）；（8）中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所、北京工業(yè)大學(xué)、深圳市意可曼生物科技有限公司（申請(qǐng)量分別為16）；（9）佳能株式會(huì)社（申請(qǐng)量15）；（10）伊斯曼化學(xué)公司（申請(qǐng)量14）。

從上可以看出，主要申請(qǐng)人都集中在高校、科研院所、以及個(gè)別大公司。國內(nèi)申請(qǐng)占比例最高的是清華大學(xué)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，這些專利主要出自清華大學(xué)的陳國強(qiáng)教授課題組，該課題組主要從事可生物降解聚羥基脂肪酸酯的合成及應(yīng)用研究，特別是生物應(yīng)用方面；申請(qǐng)量前14位中有6個(gè)來自國外的企業(yè)，國外大企業(yè)加強(qiáng)在中國申請(qǐng)專利，從一個(gè)側(cè)面也反映出其對(duì)可生物降解聚羥基脂肪酸酯的開發(fā)的重視。

2 可生物降解聚羥基脂肪酸酯（PHA）的應(yīng)用專利與技術(shù)分析

2.1 生物可降解塑料

PHA 材料具有類似于塑料的物化性質(zhì)，可以用作日常消費(fèi)塑料制品或包裝材料，其替代現(xiàn)有大規(guī)模使用的石油來源的不可降解塑料，將會(huì)有助于解決如白色污染等環(huán)境問題。

美國專利（專利申請(qǐng)?zhí)朠CT/US91/06299）通過在充分機(jī)械攪拌下熔融加工PHA/相容劑/聚合物組合物，得到一種呈溶液狀或極其均勻的小顆粒摻合物的均勻組合物，然后，用常規(guī)技術(shù)如溶液澆鑄、擠壓或吹管產(chǎn)生通常約0.01～2mm的均勻厚度薄膜，制備了可生物降解的薄膜產(chǎn)品。

中國專利（專利申請(qǐng)?zhí)朇N201410480237.4）制備了一種高強(qiáng)度可降解的3D打印材料，該高強(qiáng)度可降解的3D打印材料包括：100份的聚羥基脂肪酸酯/羥基磷灰石的復(fù)合物和0.2～2份的白蠟油，其具有可完全降解的同時(shí)，無酸性代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，能有效避免目前臨床上內(nèi)固定材料所產(chǎn)生的無菌性炎癥反應(yīng)并發(fā)癥的發(fā)生，同時(shí)，羥基磷灰石可有效提高內(nèi)固定材料的機(jī)械強(qiáng)度，擴(kuò)大目前臨床上內(nèi)固定材料的使用范圍。

2.2 生物醫(yī)療應(yīng)用

PHA材料具有良好的生物相容性和生物可降解性，在高附加值的細(xì)胞組織工程領(lǐng)域有很大的應(yīng)用前景。中國專利（專利申請(qǐng)?zhí)朇N00123465.X）涉及一種由包括生物降解高分子聚羥基脂肪酸酯的組合物制成的神經(jīng)再生誘導(dǎo)支架，神經(jīng)再生誘導(dǎo)支架組合物具有雙層孔結(jié)構(gòu)、材料中包含有促進(jìn)神經(jīng)再生功能的生長因子或細(xì)胞、且在離兩端為2.5毫米處有2-4個(gè)直徑為0.2毫米的小孔，其用于各種斷離周圍神經(jīng)的修復(fù)重建。

PHA也可以用作藥物的緩釋載體。中國專利（專利申請(qǐng)?zhí)朇N00122863.3）制備了一種長效環(huán)孢素釋放體系，包括環(huán)孢素和藥物載體聚羥基脂肪酸酯，二者的重量比為0.1∶0.9-0.9∶0.1，釋藥周期為一周到一年，可用于眼科預(yù)防和治療高危角膜移植后的排斥反應(yīng)，同時(shí)也可用于慢性葡萄膜炎、白塞氏病等眼科自身免疫性疾病。

2.3 作為生物能源的應(yīng)用

PHA本身具有可燃性，可以用于制備生物燃料。如果能夠利用活性污泥生產(chǎn)等廉價(jià)的方式獲得PHA，將能使其開發(fā)成為一種有競爭力的生物燃料。

中國專利（專利申請(qǐng)?zhí)朇N201010540208.4）將打撈后太湖藍(lán)藻經(jīng)預(yù)處理后，與厭氧微生物菌群在酸化罐內(nèi)混合并通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫，氫氣經(jīng)排水集氣法收集；酸化罐內(nèi)的發(fā)酵液經(jīng)泵打入偶聯(lián)的好氧發(fā)酵罐內(nèi)產(chǎn)生PHA。其成本低，生產(chǎn)的PHA可作為一種有競爭力的生物燃料使用。

2.4 PHA手型單體的應(yīng)用

PHA 的單體多為手性的（R）-3-羥基脂肪酸，可以作為手性合成的前體，用于多種抗生素和維生素等的合成。韓國專利（專利申請(qǐng)?zhí)朘R10-2000-0026158）以順方向插入的編碼聚羥基烷酸（PHA）生物合成酶的基因和編碼胞內(nèi)PHA解聚酶基因的重組質(zhì)粒，以及通過將所述質(zhì)粒導(dǎo)入E.coli中并培養(yǎng)重組微生物制備了光學(xué)純（R）-羥基羧酸。

3 結(jié)束語

基于PHA的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)是一個(gè)高科技、綠色、可持續(xù)的產(chǎn)業(yè)鏈，隨著石油價(jià)格的不斷上漲和國家對(duì)能源安全的重視，以可再生資源為原料的PHA材料逐漸為政府和企業(yè)界日漸重視。國內(nèi)對(duì)PHA微生物生產(chǎn)的研究也正逐步降低材料成本，同時(shí)一些高附加值的應(yīng)用開發(fā)也取得了初步的成果，逐漸與國際前沿靠攏，一些大型發(fā)酵企業(yè)也加入到PHA的研發(fā)和生產(chǎn)中，推動(dòng)了產(chǎn)、學(xué)、研的有機(jī)結(jié)合。因此，進(jìn)一步降低PHA的生產(chǎn)成本和拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域是今后研究的主要方向和焦點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

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