PHA概述
基本介紹
聚羥基烷酸酯( polyhydroxyalkanoates 簡稱PHA)  ， PHA是由微生物通過各種碳源發酵而合成的不同結構的脂肪族共聚聚酯 ， 其基本結構如下圖 。

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PHA具有不同的單體結構 ， 因此種類繁多 。既有由短鏈單體組成的PHA ， 也有由中長鏈單體組成的PHA ， 還有由不同種類單體組成的共聚物 。其中最常見的有聚3-羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯(PHV)及PHB和PHV的共聚物(PHBV) 。由于 PHA單體種類繁多 ， 彼此之間鏈長差別很大 ， 造成不同 PHA的材料學性質也大不相同（如下圖） 。


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不同種類PHA和通用塑料的物理性能對比
PHA的發展史
PHA的研究 ， 從1925年被一個叫Lemoigne的法國人發現而開始 ， 他首次在巨大芽孢桿菌（Bacillus megaterium）中發現了一種后來被命名為聚3-羥基丁酸（縮寫為PHB ， 為PHA家族中的一員）的天然高分子 。


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PHB是PHA家族中擁有“最”頭銜最多的成員 ， 如最早被發現（1926年被發現）、結構最簡單、最常見（大部分天然的PHA都含有PHB的成分）等等 。
1958年williamson用微生物巨大芽孢桿菌 ， 通過葡萄糖發酵 ， 高效合成了聚-β-羥基丁酸酯 。
1980年英國帝國化學公司（ICI）（后改為Zeneca）公司從戊酮和葡萄糖出發 ， 用微生物產堿桿菌發酵合成了以β-羥基丁酯和β-羥基戊酯為聚合單元的共聚物—聚（β-羥基丁酯/β-羥基戊酯）共聚物[P（β-HB-co-β-HV） ， P（3-HB-co-3-HV）] 。


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國內對PHA 的研究開始較早 ， 并得到了科技部重大科技項目以及國家自然基金委、國家發改委等的研究支持 ， 經過多年的投入 ， 技術已處于世界領先水平 ， 曾利用現代基因工程技術 ， 在世界上首次實現了基因工程菌生產聚β?羥基丁酸（PHB）和3?羥 基丁酸與3?羥基己酸的共聚酯（PHBHHx） 。
PHA的生物合成路線
微生物代謝的多樣性決定了合成PHA的路線也不盡相同 ， 基質的變化也會使其合成路線出現差異 ， 下圖為一些微生物利用不同基質合成PHA的主要途徑 。


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在不同微生物中從不同基質合成PHA的主要途徑
①真養產堿桿菌及多數細菌從糖合成PHB；
②深紅紅螺菌從糖合成PHB；
③食油假單胞菌等從中鏈烷、醇及酸合成PHAs；
④一株產堿桿菌從長鏈偶碳數脂肪酸合成PHB；
⑤銅綠假單胞菌等從糖質碳源(如葡萄糖酸)合成PHA；
⑥真養產堿桿菌等利用糖+丙酸合成PHBV
PHA的降解機理
PHA的降解機理可以間接地指明產品的應用方向和最終處理方法 ， 下面以PHB為例簡述其降解機理 ， PHB的降解分為兩種 ， 一種是胞內分解 ， 一種是胞外分解 。
①胞內分解
PHB在細胞內的分解是一個以營養條件為變化依據的循環過程 ， 當營養失衡又有碳源存在時 ， 細胞就會大量積累PHB ， 而當營養重新平衡時, PHB又會被分解 ， PHB的代謝途徑如下圖所示 。
【PHA的發展史 phb是什么】

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PHB分子鏈的分解是從外端即羥基端開始的 ， 在PHB代謝中 ， 最關鍵的酶是3-酮硫酯酶 ， 它是一個雙向調控酶 ， 既參與合成有參與分解 。
②胞外分解
PHB的水解(不排除其植入人體后誘導其產生物分解酶酶解的可能性)對其作為生物醫用材料的應用(如手術縫線、骨針、骨板、藥物緩釋載體等)非常重要 。
與聚乳酸的水解完全不同, PHBV的水解是從表面開始逐漸往內進入,而聚乳酸卻是內外同時水解 。
PHB在環境中的分解主要為酶分解 。通常情況下, PHB出現在環境中后,經過一定的遲滯期,微生物生成的PHB解聚酶會逐漸增多,活力升高,分解速率也會明顯加快 。
PHA性能與應用
PHA的性能
作為一種天然的高分子材料 ， PHA當然具有常見高分子的基本特征 ， 如熱可塑性或可熱加工性 。同時 ， PHA還具有一些特殊的材料學特征 ， 如：非線性光學活性、壓電性、氣體阻隔性等 ， 其基本性能與聚丙烯相似 。
最重要的是 ， PHA作為一種生物材料 ， 還具有非常重要的兩大屬性：
（1）良好的生物可降解性
（2）良好的生物相容性


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PHA的應用
正因為PHA有千奇百怪的支鏈 ， 所以這一家族也匯集了眾多的優良性能 ， 其潛在的應用領域也是五花八門 。目前已知的PHA可用于醫療、藥物、化妝品等高附加值領域 ， 也在環保包裝材料、噴涂材料、衣料服裝、器具類材料、電子通信、快速消費品、農業產品、自動化產品、化學介質等領域有廣泛的應用前景 。


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隨著PHA多樣性的日益拓寬, PHA的應用領域也必然越來越廣 。然而PHA的大規模產業化和商業化一直受到生產成本的制約,特別是新型PHA的生產成本大大高于傳統PHA,在一定程度上限制了對其應用研究的開展 。
通過合成與系統生物學、藍水生物技術等手段整合各種PHA的合成,實現一種底盤菌、多個代謝途徑、按需合成某一種的PHA低成本生產平臺,最終將有可能降低所有種類PHA的生產成本,從而促進不同類型PHA應用于不同領域 。


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來源：全球生物降解塑料資訊

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