Вы можете чувствовать себя незнакомы, когда дело доходит до PHA.
Но если я скажу вам, что PHA начал использоваться во многих областях, таких как посуда, упаковка для пищевых продуктов, 3D -печать, текстильные волокна, медицинские устройства и т. Д., Вы почувствуете, что это не далеко от нашей жизни.
«PHA-это семейство материалов из полигидроксиалканоата, которое представляет собой новый материал, выращенный из клеток. Он полностью разлагается по своей природе и не токсичный и безвредный». Чен Гоцян, профессор школы наук о жизни в Университете Цинхуа и директор Центра синтетической и системной биологии, представил его таким образом, когда он дал интервью репортеру из науки и технологий ежедневно.
Еще в 30 лет назад Чен Гоцян определил, что PHA является направлением будущих зеленых материалов и без колебаний приступил к исследованию и разработке биопроизводства PHA. «Это процесс непрерывной пробной версии и ошибок. Мы снова и снова попадаем в стену и снова и снова прорывались». Он сказал.
Решите боль «бактериального загрязнения»
Чтобы уменьшить использование пластиков на основе нефти и избежать большего количества белого загрязнения, исследователи искали разлагаемые альтернативные материалы. Биопроизводство является одним из признанных путей производства альтернативных материалов.
«Биопроизводство, как следует из названия, заключается в перепроектировании и трансформации организмов для получения клеток шасси с превосходной производительностью, а затем использовать эти клетки в качестве фабрик для производства различных материалов, необходимых для людей». Чен Гоцян сказал журналистам.
Среди многих биоматериалов PHA обладает преимуществами биосовместимости, термопластичности и разлагаемости. Основываясь на разведке и практике предыдущих нескольких лет, в 1994 году Чен Гоцян, который завершил постдокторские исследования за рубежом, пришел в Университет Цинхуа, чтобы сформировать команду и сосредоточиться на изучении того, как достичь массового производства PHA.
«В лаборатории многие проблемы нелегко разоблачить. На фабрике, как только масштаб будет увеличена, все проблемы возникнут». Чен Гоцян обнаружил, что первой проблемой было «загрязнение» - в процессе развития микробных клеток, другие грибы и микроорганизмы будут расти вместе с ними.
Как только микробные клетки «загрязнены», весь процесс ферментации должен начинаться все сначала, с огромными потерями. Чтобы предотвратить заражение клеток, необходимо выполнять строгая асептическая операция, которая требует оборудования и персонала и имеет высокое энергопотребление.
«Мы пробовали много видов микроорганизмов, но мы не могли решить эту проблему». Чен Гоцян вспомнил, что случайно он думал о экстремальных микроорганизмах.
Экстремальные микроорганизмы обычно растут в экстремальных средах, где обычным микроорганизмам трудно выжить, и их не легко заражать другими микроорганизмами. С помощью этого процесс производства PHA может быть относительно открытым, без необходимости сложных и громоздких операций стерилизации.
Таким образом, Чен Гоцян обратил свое внимание на галофильные микроорганизмы, которые трудно «загрязнять».
К сожалению, члены команды обыскали во многих местах, но все вернулись напрасно. Лишь в 2006 году они, наконец, изолировали штамм с солевой толерантностью и быстрыми характеристиками роста из образца почвы, извлеченным из Соленого озера с низкой широтой, большой разницей температуры между днем и ночью и более высокой соленостью, чем морская вода. Это галофильные бактерии.
Создание основания «шасси»
При правильном штамме построение клеток шасси стало ключом к достижению биопроизводства.
«Клетки шасси могут преобразовать возобновляемую биомассу, такую как глюкоза, крахмал и растительное масло в PHA в процессе ферментации». Чен Гоцян сказал: «Они похожи на машины на фабрике, которые могут постоянно производить необходимые полимерные материалы».
Для получения клеток шасси гены галофильных бактерий должны быть разобраны и собраны. Последовали новые проблемы - галофилы слишком особенные и не имеют готовых инструментов молекулярной манипуляции.
«Молекулярные скальпели», «Молекулярные иглы для шва» и «Молекулярные переносчики» - это необходимые инструменты ». Чен Гоцян объяснил: «Они несут ответственность за разрезание, рекомбинацию и транспортировку микробных генов соответственно».
Без инструментов галофилы похожи на «черный ящик», который можно увидеть, но не использовать.
Плазмидные векторы обычно используются «молекулярные транспортеры», которые ответственны за введение рекомбинированных генов в клетки -реципиенты. «Только этот инструмент потреблял много нашей энергии». Чен Гоцян сказал журналистам, что команда попробовала сотни существующих плазмид, но ни один из них не был успешным.
Что делать? Только расширяйте объем и найдите новые плазмиды. После неожиданных усилий все просмотрели более 200 плазмид с потенциалом, проверили их одну за другой и, наконец, открыли поворотный момент - 3 из них можно использовать!
С плазмидами был открыт «черный ящик» микробной генетической модификации.
Исходя из этого, команда разработала ряд инструментов для редактирования генов, метаболической регуляции и оптимизации сети, которые могут изменять и регулировать производительность клеток шасси с разных уровней.
Команде исследований и разработок потребовалось целые десять лет, чтобы разработать инструменты молекулярной манипуляции. «Этот процесс очень болезнен». Чен Гоцян признал, что секретом успеха является вера и настойчивость.
Наконец, клетки шасси были построены командой.
«Следующим шагом является проверка производства. Мы потратили еще семь или восемь лет, чтобы преодолеть трудности улучшения процесса ферментации, преобразования морфологии бактерий, разделения материалов и экстракции, а также пересек промышленное усиление». Познашитель в Школе наук о науках в Университете Цинхуа, представил.
Ступенька на дорогу "трансформации"
Во время промышленного усиления в 2018 году Чен Гоцян впервые предложил «промышленные биотехнологии следующего поколения» на международном уровне, и он был подтвержден в «мелких испытаниях», «экспериментальных испытаниях» и крупномасштабном производстве.
Но это не означает, что эта технология может быть признана предприятиями. Команда сталкивается с новой трансформацией уровня результатов.
«Промышленная биотехнология следующего поколения» использует систему непрерывной ферментации, которая не требует стерилизации для производства. У нее есть преимущества открытой, высокой эффективности, низкого потребления энергии и сохранения воды. Это 2,0 модернизированная версия традиционной технологии биоманского производства ». Ву Фуцин сказал, что эти подрывные характеристики вызвали переживание традиционных ферментационных компаний.
«Он всегда был строго запечатан и стерилизован при высокой температуре. Вы сказали, что он вам не нужен, так что он вам не нужен?» Некоторые компании даже думают, что команда исследований и разработок "обманывает".
После нескольких поворотов команда, наконец, нашла большую ферментационную компанию, желающую попробовать. Чтобы развеять опасения другой стороны, тест на ферментацию проводился на месте.
200 кубических ферментационных резервуаров, первый тест, успех!
Инженер другой стороны подозревал: есть ли фактор «удачи»? Тогда попробуйте еще раз, это все равно будет успешным! Сотрудничество было успешно достигнуто.
В 2021 году была создана преобразование достижений Enterprise-Beijing Weiguochang Biotechnology Co., Ltd. (далее как «Weiguochang»), и индустриализация вошла в быструю дорожку.
«После создания компании под руководством рынка прогресс лабораторных научных исследований был ускорен». Оуян Пенгфей, вице -президент Weiguochang, сказал: «В прошлом штаммы имели три поколения за 9 лет; в последние годы они были итеральными три поколения в течение одного года; в этом году ожидается, что это будет итерация от 4 до 5 поколения. "
Итерация дала штаммам лучшую производительность и заложила более прочную основу для индустриализации.
В Шуни, Пекине была построена интеллектуальная производственная демонстрационная линия с ежегодной выходом в 1000 тонн, и в Ичанге была установлена производственная база с годовой производительностью 30 000 тонн. Биотехнология для содействия применению медицинской промышленности PHA и создания «фабрики маяка» в Хефэй, Аньхой, для изучения различных сценариев применения ». Ouyang Pengfei представил.
В 2023 году, основываясь на разработке и использовании галофильных бактерий и вкладе «промышленной биотехнологии следующего поколения» в отрасль, Международное общество метаболической инженерии присудило Чен Гоцян «Международную метаболическую инженерную награду». Сегодня связанные технологии широко использовались в открытом производстве биопроизводства.
На недавно проведенной Национальной конференции по науке и технике, Национальной конференции по науке и технологиям, и на конференции академиков двух академий Генеральный секретарь Си Цзиньпин подчеркнул, что мы должны стремиться к командным высотам будущей науки, технологии и промышленного развития, Ускорить научные и технологические инновации в области информационных технологий нового поколения, искусственного интеллекта, квантовых технологий, биотехнологии, новой энергии и новых материалов, а также развивать и развивать развивающиеся отрасли и будущие отрасли.
Заглядывая в будущее, Чен Гоцян полон уверенности: «Мы будем твердо способствовать глубокой интеграции научных и технологических инноваций и инноваций в промышленности, продолжаем улучшать уровень индустриализации PHA и способствовать реализации моей страны« двойного углерода » Цель и зеленая разработка! "
