PHA簡介：
聚羥基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoates) ?近20多年迅速發(fā)展起來的生物高分子材料——聚羥基脂肪酸酯(PHA)，是很多微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，是一種天然的高分子生物材料。PHA是一種聚羥基脂肪酸酯(Polyhydroxyalkanoates，簡稱PHAs)材料，是意可曼公司以領(lǐng)先的基因工程技術(shù)，利用可再生的農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，通過微生物發(fā)酵直接在微生物體內(nèi)合成的一種生物高分子材料。 PHA具有生物相容性、生物可降解性、壓電性等高附加值性能，具有良好的使用與加工性能，其基本性能與聚丙烯類似，可在傳統(tǒng)塑料加工設(shè)備上進(jìn)行注塑、擠片、吹膜、拉絲、模壓等工藝加工成型，可替代絕大部分石油基塑料。 PHA的生物降解速率可根據(jù)不同的應(yīng)用需要，由其共聚物的組分來控制。在土壤、海水或堆肥條件下可完全生物降解。
在微生物細(xì)胞，特別是細(xì)菌細(xì)胞中，大量地存在著一種高分子聚酯─聚羥基脂肪酸(Polyhydroxyalkanoates，簡稱PHA)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)PHA聚酯有至少125種不同的單體結(jié)構(gòu)，并且新的單體被不斷地發(fā)現(xiàn)出來。由微生物合成的PHA有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、壓電性和光學(xué)活性等。另外，根據(jù)單體結(jié)構(gòu)或含量的不同，PHA的性能可從堅硬到柔軟到彈性變化。PHA有許多潛在的應(yīng)用前景，國內(nèi)外都對其進(jìn)行大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用開發(fā)研究。最近，清華大學(xué)領(lǐng)先在國內(nèi)外成功地實現(xiàn)了一種性能優(yōu)良的PHA─3-羥基丁酸和3-羥基己酸的共聚物PHBHHx的工業(yè)化生產(chǎn)，為開發(fā)這種新型材料的應(yīng)用提供了原料基礎(chǔ)。
PHA家族中由于單聚物、共聚物及共混物種類的眾多。同時有具備了多種多樣的性能，原則上，PHA能夠滿足多種人體組織器官的需求，如:心血管系統(tǒng)、角膜胰腺、胃腸系統(tǒng)、腎臟、泌尿生殖系統(tǒng)、肌肉骨骼各系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、牙齒與口腔、皮膚等等。目前已經(jīng)商品化的PHA產(chǎn)品主要有PHB、PHBV和PHBHHx。
已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的PHA目前只有PHB以及羥基丁酸與羥基戊酸的共聚物PHBV，分別由奧地利林茨化學(xué)公司(Chemie Linz AG)和英國帝國化學(xué)工業(yè)公司(ICI，現(xiàn)在稱為Zeneca)在八十年代實現(xiàn)。從1998年以來，清華大學(xué)微生物實驗室與廣東江門生物技術(shù)開發(fā)中心合作，在國內(nèi)外首次開發(fā)成功了羥基丁酸與羥基己酸的共聚物PHBHHx的工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，為這種新型材料的應(yīng)用開發(fā)打下了物質(zhì)基礎(chǔ)。
對于PHA聚合物的生物相容性的研究，主要針對于PHB和PHBV兩種聚合物，早期的研究表明，當(dāng)將這兩種聚合物植入體內(nèi)時，可以引起長時間的急性及慢性免疫反應(yīng)。以PHB三維泡沫材料作為軟骨細(xì)胞載體材料，在體外培養(yǎng)過程中，細(xì)胞在材料上保持了正常的形態(tài)，附著生長迅速，同時分泌軟骨特有基質(zhì)成分，并在動物體內(nèi)進(jìn)一步成功和培養(yǎng)出具有三維立體形態(tài)及組織學(xué)特征良好的新生軟骨組織，并且體內(nèi)移植未見明顯免疫排斥反應(yīng)，另外其材料孔隙率較高，孔徑大小適合細(xì)胞長入，孔度均勻，具有良好的生物降解性，體內(nèi)完全降解的時間在三個月左右。但PHBV共聚物還存在機械性能差、細(xì)胞結(jié)合力弱等問題。為改善這些缺點，有人將可溶性磷酸鹽玻璃、HA、磷酸三鈣(TCP)等與PHBV組成復(fù)合物?？扇苄?a target="_blank" rel="noopener noreferrer">磷酸鹽玻璃雖然有助于提高機械強度，但其光滑表面不利于與PHBV的物理結(jié)合，且早期溶解率高，釋放出大量Na+、P5+和Ca2+，引起較強的組織反應(yīng)，軟組織增生，而新骨生長被抑制。HA可以提供粗糙表面，有利于PHBV與之結(jié)合，且HA還具有良好的骨結(jié)合力，有利于新骨組織長入，但存在降解難的問題。相比之下，TCP具有較好的生物降解及良好的骨結(jié)合力，用TCP作為PHBV的添加劑既有效地增加了機械強度，又提高了骨結(jié)合力，對PHBV的降解影響較小。
