合成生物学在化工新材料领域的应用及展望

doi:10.19586/j.2095-2341.2022.0098

生物技术进展 ›› 2023, Vol. 13 ›› Issue (1): 39-45.DOI: 10.19586/j.2095-2341.2022.0098

合成生物学在化工新材料领域的应用及展望

陈洁(), 黄永康, 王希

上海市质量监督检验技术研究院，上海 201114

收稿日期:2022-06-08 接受日期:2022-06-22 出版日期:2023-01-25 发布日期:2023-02-07
作者简介:陈洁 E-mail: carina0725@163.com

Application and Prospect of Synthetic Biology in the Field of New Chemical Materials

Jie CHEN(), Yongkang HUANG, Xi WANG

Shanghai Institute of Quality Inspection and Technical Research，Shanghai 201114，China

Received:2022-06-08 Accepted:2022-06-22 Online:2023-01-25 Published:2023-02-07

摘要/Abstract

摘要：

材料是一切经济活动的基础，每一次社会变革都伴随着材料的更新迭代。化工材料多以石油为原料制得，但是这种工艺路线碳排放量大。合成生物学的发展得益于学科交叉和技术创新，是新一轮的材料革命推动者，用生物合成的方式，改变传统的石油化工生产工艺，为材料科学的发展注入了新的动力。围绕合成生物学在化工新材料中的应用，重点介绍了合成生物学在高分子材料领域的发展和产业化情况，以期探究未来新材料在碳中和背景下的发展路径。

关键词: 合成生物学, 化工新材料, 碳中和

Abstract:

Materials are the basis of all economic activities， and every social change is accompanied by the update and iteration of materials. Chemical materials are mostly made from petroleum， but this process is very carbon-intensive. The development of biosynthesis benefits from interdisciplinary and technological innovation， and it is the promoter of a new round of material revolution. Biosynthesis could change the traditional petrochemical production process and injects new power into the development of material science. This paper focused on the application of biosynthesis in new chemical materials， mainly introduced the development and industrialization of synthetic biology in the field of polymer materials， which was expected to explore the development path of new materials in the future under the background of carbon neutrality.

Key words: synthetic biology, new chemical materials, carbon neutralization

中图分类号:

Q503

陈洁, 黄永康, 王希. 合成生物学在化工新材料领域的应用及展望[J]. 生物技术进展, 2023, 13(1): 39-45.

Jie CHEN, Yongkang HUANG, Xi WANG. Application and Prospect of Synthetic Biology in the Field of New Chemical Materials[J]. Current Biotechnology, 2023, 13(1): 39-45.

图/表 5

图1 合成生物学和材料合成生物学主要里程碑时间表

Fig. 1 Timeline of major milestones in synthetic biology and materials synthetic biology.

图2 当前主要生物基化学产品注：PHA—聚羟基脂肪酸酯，PA—聚酰胺，PE—聚乙烯，PET—聚对苯二甲酸乙二醇酯，PLA—聚乳酸，PBS—聚丁二酸丁二醇酯，PTT—聚对苯二甲酸丙二醇酯，PBAT—聚丁二酸/对苯二甲酸乙二醇酯。

Fig.2 Currently the main biological based chemical products.

图3 合成生物学的一般途径

Fig. 3 A general approach to synthetic biology.

图4 中国合成生物材料相关政策时间线

Fig. 4 China's policy timeline on synthetic biomaterials.

表1 2017—2024年全球合成生物学市场规模[23]

Table 1 2017—2024 global synthetic biology market size[23]

行业	2017年	2018年	2019年	2024年（预测）	2019—2024年复合增长速率
总计	3 892.6	4 523.5	5 319.8	18 884.7	28.8
医药与健康	1 704.7	1 897.4	2 109.3	5 022.4	18.9
学术	1 250.8	1 514.6	1 481.9	3 961.1	21.7
工业化学	850.4	965.4	1 110.2	3 747.2	27.5
食品与饮料	90.8	127.5	213.1	2 575.2	64.6
农业	100.2	149.1	187.0	2 232.7	64.2
消费品	160.7	173.1	218.3	1 346.1	43.9

参考文献 23

1	李若彤.“合成生物学”研究前沿与发展趋势[J].科学大众(科学教育),2019(3):12-42.
2	于勇.微生物细胞工厂生产大宗化学品及其产业化进展[J].生物产业技术,2019(1):13-18.
3	曾艳, 赵心刚, 周桔. 合成生物学工业应用的现状和展望[J]. 中国科学院院刊, 2018, 33(11): 1211-1217.
4	MAJA R, LUKA R, HUIJUAN G, et al.. Biosynthesis, synthesis, and activities of barnesin A, a NRPS-PKS hybrid produced by an anaerobic Epsilonproteo bacterium [J]. ACS Chem. Biol., 2018, 13(8): 1990-1995.
5	马晓焉, 王雪芹, 马炼杰, 等. 高级醇的微生物绿色制造[J]. 生物工程学报, 2021, 37(5): 1721-1736.
6	CUI M, SUN T, LI S, et al.. NIR light-responsive bacteria with live bio-glue coatings for precise colonization in the gut[J/OL].Cell Rep., 2021, 36(11): 109690[2022-06-14]. .
7	钱秀娟.合成生物学助力废弃塑料资源生物解聚与升级再造[J].合成生物学,2021(2):161-180.
8	TANG Z, PAREKH P, TURNER P, et al.. Generating aptamers for recognition of virus-infected cells[J]. Clin. Chem., 2009, 55, 813-822.
9	张安.用微生物对核废料进行无害化处理介绍[J].环境保护科学,2003(5):34-35.
10	赵田鑫,钟超.合成生物学技术在材料科学中的应用[J].生物工程学报,2017,33(3):494-505.
11	王昕,王静,陈可泉,等.合成生物技术制备脂肪族二元胺的研究进展[J].合成生物学,2020(1):71-83.
12	王盼.合成生物学在蛋白质功能材料领域的研究进展[J].合成生物学,2021(1):46-58.
13	任杰,曾安平. 基于二氧化碳的生物制造:从基础研究到工业应用的挑战[J]. 合成生物学,2021,2(6):854-862.
14	田光,李豫川,屠呦呦.青蒿提取物对伯氏疟原虫超微结构的影响[J].寄生虫与医学昆虫学报,2008,15(4):202-204.
15	TU Y Y. The discovery of artemisinin (qinghaosu) and gifts from Chinese medicine[J]. Nature Med., 2011, 17(10): 1217-1220
16	ZHANG C, GE L L, ZHANG X C, et al.. A uniform molecular low-density parity check decoder[J]. ACS Synth. Biol., 2019, 8(1):82-90.
17	贾建华,李泉文,郭鹏虎,等.荧光响应型稀土单分子磁体[C]//中国大连:中国化学会第八届全国配位化学会议, 2017.
18	赵国屏.合成生物学:开启生命科学“会聚”研究新时代[J]. 中国科学院院刊, 2018, 33(11):1135-1149.
19	李祯祺.中国工业生物技术行业现状分析与发展前景[J].生物产业技术,2017(6):7-16.
20	吴昌华.能源变革,应对气候变化的唯一选项[J].风能,2016(2):20-22.
21	MINISTER P. Department for business, energy & industrial strategy[J]. Energy Focus, 2019, 36(2):19.
22	朱康有.把生物安全纳入国防教育体系[J].前进,2020(6):34-36.
23	Insights CB. 合成生物学全球初创公司图谱, 万亿美金市场现状梳理[R]. DeepTech, 2020.

[1]	门佩璇, 肖宇锋, 张玢. 基于计量学方法分析数字PCR技术的临床应用现状与技术热点[J]. 生物技术进展, 2022, 12(4): 606-613.
[2]	胡妍, 陈玲. 基于生物膜干涉技术检测PDL1抗体与PDL1抗原的亲和力[J]. 生物技术进展, 2021, 11(6): 795-801.

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