95%可回收！中國團隊破解生物基材料世紀(jì)難題，這種"會自愈"的新材料要火
文章來源：賢集網(wǎng) 更新時間：2025-04-15 15:42:56
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在過去五年間，生物基材料領(lǐng)域熱度飆升，其中生物基聚合物作為生物制造產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵節(jié)點以及新質(zhì)生產(chǎn)力的重點新材料之一，吸引了諸如微構(gòu)工場、藍(lán)晶微生物、海正生材、經(jīng)海緯象等眾多企業(yè)布局。除了大眾熟知的PLA、PHA、PEF等材料外，生物基vitrimer（類玻璃高分子）這一新興生物基材料正迅速崛起，成為替代石油塑料的有力競爭者，在全球范圍內(nèi)引發(fā)廣泛關(guān)注。 嶄露頭角：神奇“類玻璃”的崛起之路 2007年，法國科學(xué)家發(fā)明了vitrimer，最初它被應(yīng)用于航空玻璃制造等領(lǐng)域。直至2020年前后，該領(lǐng)域研究論文數(shù)量從原本不足10篇迅猛增長至近60篇，引發(fā)業(yè)界高度關(guān)注。生物基vitrimer作為其衍生的新型材料，在材料科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域中脫穎而出，核心在于它巧妙地解決了“如何讓材料既堅固又可多次回收”這一長期難題。  常溫下，生物基vitrimer呈現(xiàn)出堅固、耐熱的熱固性塑料形態(tài)，能承受較大外力與高溫環(huán)境而不發(fā)生明顯變形或損壞；當(dāng)溫度升高，它又如同熱塑性塑料般開始流動，變得易于加工成型。 正如其“類玻璃高分子”的中文譯名所體現(xiàn)，高溫下它類似玻璃，熔化成液態(tài)時分子網(wǎng)絡(luò)依然保持完整，這意味著每次冷卻成型都如同使用原始材料，且依據(jù)配方不同，部分生物基vitrimer還具備生物降解或堆肥的特性，極大地減少了化工行業(yè)對化石燃料的依賴，從源頭上推動了材料領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。 在原料選擇上，環(huán)氧大豆油成為熱門之選，天然桃膠也展現(xiàn)出巨大潛力，以此為原料生產(chǎn)的產(chǎn)品有望取代石油基環(huán)氧樹脂，開辟材料生產(chǎn)的綠色新路徑。 全球角逐與技術(shù)突破：生物基 vitrimer 的創(chuàng)新征程 在生物基 vitrimer 的應(yīng)用與技術(shù)探索之路上，歐盟、美國與中國展現(xiàn)出各自的特色與優(yōu)勢，同時，賦澈生物以其卓越的技術(shù)創(chuàng)新，在這一領(lǐng)域留下濃墨重彩的一筆。 全球多點發(fā)力，應(yīng)用各有千秋 歐盟資助的 EOLIAN 項目，作為生物基 vitrimer 應(yīng)用探索的重要行動，規(guī)劃了 3 - 5 年的研發(fā)周期，全力開發(fā)生物基含量超 60% 的 vitrimer 材料，目標(biāo)直指陸上和海上風(fēng)力渦輪機葉片制造。風(fēng)力渦輪機長期處于復(fù)雜的自然環(huán)境中，葉片極易出現(xiàn)小裂縫，而生物基 vitrimer 的自愈特性在此找到了絕佳的應(yīng)用場景。 通過在葉片中巧妙內(nèi)置加熱系統(tǒng)，技術(shù)人員能夠在遠(yuǎn)程輕松實現(xiàn)對小裂縫的修復(fù)。這一創(chuàng)新應(yīng)用，極大地提升了風(fēng)力渦輪機的維修便利性，以往需要耗費大量人力、物力進(jìn)行現(xiàn)場檢修的難題得到有效緩解。同時，及時修復(fù)裂縫避免了損傷的進(jìn)一步擴大，延長了葉片乃至整個風(fēng)力渦輪機的使用壽命，從根本上降低了能源浪費，推動了風(fēng)電行業(yè)的高效、可持續(xù)發(fā)展 。 美國華盛頓大學(xué)另辟蹊徑，聚焦電子行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，探索用 vitrimer 替代電路板玻璃纖維中的樹脂，成功研發(fā)出 “vPCB”。電子行業(yè)在高速發(fā)展的同時，面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)，電路板制造過程中的高碳足跡以及致癌物排放問題亟待解決。 “vPCB” 的誕生恰逢其時，它可通過浸入沸點相對較低的有機溶劑實現(xiàn)回收，這一創(chuàng)新回收方式大幅減少了電路板制造過程中的碳排放量，同時降低了致癌物對環(huán)境和人體的潛在危害，為電子行業(yè)邁向綠色制造提供了切實可行的新方案，有望引領(lǐng)電子材料領(lǐng)域的變革潮流 。 中國的賦澈生物在生物基 vitrimer 領(lǐng)域同樣成績斐然。公司成功完成數(shù)百萬美元天使輪融資，專注于研發(fā)生物質(zhì) Vitrimer（類玻璃化環(huán)氧樹脂）。這種材料在性能上與石油基塑料旗鼓相當(dāng)，卻在環(huán)保與資源循環(huán)利用方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢，可回收率高達(dá) 95%，且回收成本大幅降低。  在室溫條件下，將其置于鹽酸環(huán)境中，便能觸發(fā)完全解聚反應(yīng)，分解后的生物質(zhì)產(chǎn)品可直接作為新原料重新投入塑料生產(chǎn)循環(huán)，為長期困擾塑料行業(yè)的回收利用難題提供了創(chuàng)新性、高效的解決方案，為中國在生物基材料領(lǐng)域的發(fā)展注入強大動力 。 技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)航，生物制造破局 賦澈生物的創(chuàng)立源自國際合成生物學(xué)產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域開拓者 Jay Keasling 實驗室成員的智慧與抱負(fù)。聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官王子龍以及聯(lián)合創(chuàng)始人、首席技術(shù)官 Seokjung Cheong 均為加州伯克利大學(xué) Jay Keasling 實驗室博士后，他們在蛋白工程、菌株改造等核心技術(shù)領(lǐng)域積累了豐富且深厚的經(jīng)驗。在 Jay Keasling 的悉心科技指導(dǎo)以及凱賽生物前董事兼技術(shù)主任 Howard Chou 擔(dān)任發(fā)酵量產(chǎn)顧問的有力支持下，賦澈生物在技術(shù)研發(fā)的道路上一路高歌猛進(jìn) 。 在材料聚合方式上，傳統(tǒng)塑料多采用線性聚合，在機械性能強度等方面存在一定局限。賦澈生物研發(fā)的生物質(zhì) Vitrimer 創(chuàng)新性地采用 “三維延展聚合”，這一獨特結(jié)構(gòu)如同為材料構(gòu)建了堅固的立體支撐網(wǎng)絡(luò)，賦予材料更高的機械性能強度，使其能夠滿足更多復(fù)雜、嚴(yán)苛場景的應(yīng)用需求，極大地拓寬了應(yīng)用范圍，無論是在高強度要求的工業(yè)領(lǐng)域，還是對材料性能有特殊要求的新興行業(yè)，都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景 。 為實現(xiàn) Vitrimer 的生物制造，賦澈生物成功研發(fā)出聚酮合酶這一復(fù)合蛋白酶。這一成果堪稱生物制造領(lǐng)域的一項重大突破，聚酮合酶就如同打造了一座高度智能化、自動化的新能源汽車智能制造車間。 在酶催化過程中，其精密而高效的運作機制如同在一條精心設(shè)計、高度集成的生產(chǎn)線上，源源不斷地產(chǎn)出高純度環(huán)內(nèi)酯。在菌株選擇上，賦澈生物選用大腸桿菌、酵母菌等模式菌株，這些菌株具有生長迅速、易于培養(yǎng)等優(yōu)點。 制造 Vitrimer 的化合物分子會自然分泌到細(xì)胞外，在中低濃度時便會過飽和結(jié)晶析出，更為關(guān)鍵的是，其發(fā)酵環(huán)境呈中性，整個生產(chǎn)過程無需復(fù)雜地改變發(fā)酵環(huán)境酸堿度，也無需進(jìn)行破壁提取產(chǎn)物等繁瑣且成本高昂的操作，極大地簡化了生產(chǎn)流程，節(jié)省了純化成本，為生物基 vitrimer 的大規(guī)模、低成本生產(chǎn)奠定了堅實基礎(chǔ) 。 前景展望：商業(yè)化征程開啟 塑料回收與循環(huán)利用一直是全球關(guān)注的焦點問題，無論是石油基塑料還是生物基塑料，在生產(chǎn)過程中均耗費大量原料資源。尤其生物基塑料生產(chǎn)多依賴葡萄糖、棕櫚油等糧食轉(zhuǎn)化而來的碳源，從人體健康、糧食安全以及能源安全等多維度考量，實現(xiàn)高效、低成本、大規(guī)模的塑料回收利用迫在眉睫。 賦澈生物研發(fā)的生物質(zhì)Vitrimer不僅具備高回收率，還在性能調(diào)控上取得突破。在加州伯克利大學(xué)AI平臺支持下，能夠自由微調(diào)分子結(jié)構(gòu)并精準(zhǔn)預(yù)測材料性能，實現(xiàn)塑料溶解溫度等特性的定向調(diào)控。目前，賦澈生物已積極投身商業(yè)化應(yīng)用探索，與包裝、汽車、打印、家居等行業(yè)頭部品牌展開合作，嘗試供應(yīng)高性能、高回收率的再生塑料制品。 在汽車制造領(lǐng)域，針對塑料與金屬混合零部件回收難的問題，應(yīng)用這種高性能可循環(huán)塑料，只需將零部件置于鹽酸環(huán)境，塑料快速溶解，即可輕松分離出金屬，大幅降低回收成本。在打印機墨盒回收方面，大型打印機品牌每年需回收上億個墨盒，傳統(tǒng)機械處理方式塑料再利用率低，而新型可回收塑料在性能和成本可控的前提下，有望成為理想替代品。 生物基vitrimer作為一種極具潛力的新材料，在解決材料可持續(xù)性、推動各行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型等方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢。隨著全球科研人員與企業(yè)不斷深入探索和創(chuàng)新，生物基vitrimer必將在未來材料市場中占據(jù)重要地位，引領(lǐng)材料科學(xué)邁向更加綠色、高效的新時代，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展注入強大動力。 原文鏈接：https://www.xianjichina.com/special/detail_572743.html 來源：賢集網(wǎng) 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請注明出處。 |
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