作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2014-12-8
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中科院生物基材料重点实验室:
生物基材料的绿色工厂

 

■本报记者 沈春蕾

近来年,我国开始重视生物基材料产业的发展。2014年初,由国家发改委、财政部、工信部、科技部、中科院等部门联合推动的“生物基材料重大创新发展工程实施方案”涉及220多亿元的产业投资。

依托中科院青岛生物能源与过程研究所的中科院生物基材料重点实验室于2007年初开始筹建,并于2013年4月26日正式获批成立,实验室旨在开展生物基材料绿色转化的基础与应用研究。

重点实验室学委会主任谭天伟院士指出:“我国在借鉴国外经验的基础上,应深化产业化关键技术的研发和加速技术进步,以便拥有自主知识产权的各种创新型产品,从而推动我国生物基材料产业整体水平向前发展。”

以生物基材料为对象

作为最具发展潜力的材料,生物基材料有着广阔的市场前景。然而,目前我国生物基材料的大面积推广仍存在着较多制约因素。

“一方面,生物基化学品低端市场成熟,只有提升产品品质,才能进军高端市场。”生物基材料重点实验室主任咸漠告诉《中国科学报》记者,“另一方面,新型生物基材料急需推广,如现在国际上认可的PHA(聚羟基脂肪酸酯)、PPS(聚硫化二甲苯)等,在国内下游应用不够成熟,需加强基础应用研究。”

此外,生物基材料还面临着产业规模小、劳动生产率低、技术结构不先进等问题,需要加大力度解决原料、成本问题,并加强工程示范。咸漠指出,我国的生物基材料和产品相关标准的制定和发展显得有些滞后,缺乏规范的行业标准。国家要大力出台扶植政策,从科技、产业结构等方面为生物基材料的发展和大面积推广创造良好的环境。

为此,重点实验室的定位是,开展生物基材料可持续融合转化的应用基础研究。实验室以生物基材料为对象,以化学、生物学、材料学和过程科学为基础,探索融合转化理论与方法,突破转化关键技术,建设国家级新型生物基材料与化学品领域的研发平台,为我国生物基材料的发展提供科技支撑。

经过前期积累和近一年多的发展,实验室在基础研究方面,以非粮生物质为原料,融合生物技术和清洁技术,重点突破了生物基芳香酚、生物基可降解塑料、豆粕基聚氨酯、植物基胶囊等重要生物基化学品和材料合成关键技术;在工程示范方面,生物法合成芳香酚中试系统已顺利完成试车。

用淀粉制备胶囊

近两年“毒胶囊”被推到了舆论的风口浪尖,食品药品安全问题也引起相关部门的重视和反思,寻求新的原料势在必行。

淀粉原料天然、安全无毒,可生物降解,生产工艺简单,这也让生物基材料重点实验室看到植物胶囊的市场前景,从而着手突破关键技术,并进行有效推广,希望从根本上解决胶囊安全问题,占领市场的制高点。

当前,美国有多家制剂生产商采用改性玉米淀粉制作的胶囊壳,而且消费者反映不错。去年美国市场已上市了玉米淀粉胶囊灌装的布洛芬胶囊、萘普生胶囊等消炎镇痛类药物。

数据显示,2012年中国空心胶囊销量超过3000亿粒,约占世界总量的30%,其中植物胶囊不高于10%,主要原因是国内对淀粉胶囊的研究技术大多还停留在实验室研发的阶段,对淀粉胶的结构、胶囊性质及生产工艺仍然缺少认识。生物基材料重点实验室绿色化工技术研究中心经过近两年的技术攻关,打通了从淀粉制备胶囊的技术路线,成功在胶囊厂进行了上机放大实验,可以在明胶胶囊生产线上直接进行生产出批量胶囊产品,并控制胶囊产品相关参数,满足产品要求。

近期,淀粉基胶囊一代产品正在进行后期产品报批国家食品药品监督管理总局,进行相关产品标准的确定和检测,二代产品研发也在继续,并针对胶囊淀粉胶的构建和制备工艺申请了专利保护。

咸漠表示:“如果能够率先实现后期产业化推广,我们将在国内乃至国际上树立领先地位。”

多样的生物基产品

传统的边坡防护有两种方式,一种是直接用水泥封上,这样将无法生长植被;另一种是栽种植物,却没法解决砂土脱落的难题。

结合市场和企业的实际需求,经过近10个月的攻关,生物基材料重点实验室先进可持续材料研究中心开发出新型聚氨酯材料,这种材料不仅可以保水,还有一定的机械强度,在把砂土牢牢“拴住”的同时,也不耽误植被的生长,被誉为“生态发胶”。

据咸漠介绍,随着项目的完成,打破了日本对该行业垄断,实现了新型聚氨酯材料的国产化,预计2~3年可实现产业化生产,将大大降低边坡防护材料成本。

同时,聚氨酯水凝胶不仅可以应用于边坡生态防护,还有望在荒漠化防治方面发挥作用。

在医药、化工、印染等行业,同样有生物基材料的身影。其中,芳香酚作为重要的芳香族化合物,就在上述领域有重要应用。咸漠指出,传统化学生产工艺存在诸多瓶颈问题,如生产危险性较高、环境污染大、品质不佳等,致使芳香酚产品长期处于产不足需的状态。

生物基材料重点实验室材料生物技术研究中心经过前期数年的研究积累,建立了一条利用葡萄糖为原料,经生物催化合成生物基芳香酚的新途径,突破了从实验室到放大生产的技术攻关,相关技术指标达到国际领先水平,成本较现有化学制备法大幅降低。

目前,生物基芳香酚已建成了吨级工程化系统,并实现连续稳定运行,为顾客提供了吨级合格产品,得到相关用户的高度评价。

《中国科学报》 (2014-12-08 第8版 平台)
 
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