将细菌变成塑料

“微生物是一个很奇妙的东西,是很多生产环节的中坚力量,利用得当,可以生产许多材料、化学药品、燃料,而且都是环境友好型的产品。”清华大学生命科学学院微生物实验室(以下简称实验室)主任陈国强在接受《中国科学报》记者采访时表示。

近日,记者走进这所于1986年成立的实验室,这里的科研人员从事的是以微生物为基本原料的生物化工技术研究,这些技术并没有都停留在实验阶段,不少早已得到产业化应用。

经历转型

1994年,陈国强来到微生物实验室,担当主任一职。

由此,实验室开始转向以微生物生物聚酯“聚羟基脂肪酸酯”科研为主,并进入快速发展期,从二元酸研究发展到以分子生物学和基因工程为基础,工业微生物学为支柱,基础研究和应用开发为最终目的的综合实验室。

实验室的研究人员组成,也从单一的微生物专业人员发展到有分子生物学、微生物学、化学、高分子科学和材料科学等专业的多学科队伍。

如今,实验室研究的课题主要是微生物法合成新型材料、手性药物中间体的微生物合成和微生物合成材料的组织工程应用等。这些课题培养了多位能掌握从分子生物学基础出发,到发酵生产工艺建立和产品回收等技能的专业人才。

这里的科研人员利用基因工程、代谢工程,以及合成生物学的方法,得到了很多可以制造不同类型材料的微生物菌种。

陈国强谈到:“我们也与工业界开展合作,使用菌种生产不同类型的材料。国内现在大部分生物聚酯方面的材料,使用的是我们实验室的技术。”

最初的合作研究发展

实验室初期经历过困难时期。陈国强谈到,在2000年以前,实验室得到的科研经费非常少,也正是在那时,与企业的应用开发成为获得研究经费的主要手段。

1997年左右,美国宝洁公司希望实验室能提供一项制造聚羟基脂肪酸酯PHA共聚物的技术。这是一种利用微生物合成技术生产的高分子生物材料,通俗而言就是一种环保塑料,材料的名字叫3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物,简称PHBHHx。那时还没有人能够大规模生产这种材料。

在那之前,宝洁生产的产品每年要产生上百万吨塑料废品。这些塑料都是石油化工所制,由于不可降解性会对环境造成污染。他们期望利用PHBHHx制成产品外包装,从而减轻环境压力。

“那是我们实验室第一次做技术转化,开发出了一个菌种,当时还拿到广东的一个发酵厂去做发酵。”陈国强谈到。PHA的优点是生物可降解,利用的是可持续发展的原料,比如淀粉、纤维素材料、脂肪酸等来做发酵原料,培养细菌,通过一定的制备工艺生产出PHA。

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集中细菌分解聚乙烯

加拿大16岁的高中生丹尼尔·伯德研究发现,通过一种神奇的假单细胞菌,可以将塑料袋的自然降解过程缩短至3个月!分解过程中亦不会产生大量污染物,只会产生水和少量二氧化碳。

据加拿大媒体7月3日报道,由于塑料袋造成的“白色污染”早已成为地球公害,因此它被称为“人类最糟糕的发明”。然而加拿大年仅16岁的高中生丹尼尔·伯德通过潜心研究,发现通过一种神奇的方法,可以将塑料袋的自然降解过程从最多上千年缩短至短短3个月。

 

据报道,现年16岁的少年丹尼尔·伯德是加拿大安大略省沃特卢市一名普通高中生。他的研究理念来自日常生活的经历:每当他打开存放洁具的柜子时,放在最上层的塑料袋就会如雪崩般飞散。于是,烦不胜烦的他开始研究如何能令塑料袋“消失”。 经了解,塑料袋的自然分解时间很长,通常从20到1000年不等。 但伯德认为,它始终会被微生物分解,所以只要找出可以分解塑料袋原料——聚乙烯的细菌,再将这些细菌集中便行了。 在老师的指导下,他发现将绿脓杆菌和甲氰菊酯降解菌混合使用,将会令分解塑料袋的速度大大加快。 分解只产生水和二氧化碳 在实验过程中,伯德从当地一个垃圾场获取泥土样本,并将泥土样本跟聚乙烯和一些促进细菌生长的溶液混合。他将溶液浓缩多次及培养12星期后,试验培养液对塑料袋碎片的分解效果。结果,他发现上述两种细菌分解聚乙烯最为有效。

 

随后,伯德分离出这两种细菌并混和醋酸钠,然后将温度调节至摄氏37度。他惊喜地发现,细菌在这样的环境下,6周内就能分解43%的塑料袋碎片。按照这个速度,伯德认为塑料袋只需3个月便可以完全被分解。 伯德又测试了这个分解塑料袋的方法能否大规模应用,结果发现,只要好好控制温度,令细菌变得活跃,它们便能大量分解塑料袋,所需成本极低。分解过程中亦不会产生大量污染物,只会产生水和少量二氧化碳。 希望申请专利挣大学学费 伯德认为,他的发现将令人类对塑料袋的处理方法向前跨进一大步,只要塑料袋可以被快速分解,就不怕大量塑料袋会弃置于填埋区,对环境造成污染,亦可减少海洋垃圾。

 

伯德想象将来可以设立大型的塑料袋分解站,所谓分解站其实就是一个大型容器,里面放置溶液和细菌,可将放进去的塑料袋快速分解。 据悉,伯德将继续研究加速分解塑料袋的方法,希望可以进一步缩短塑料袋被完全分解的时间。 虽然目前这项研究仍然处于实验阶段,但伯德已经有更长远的想法:他希望能够为此申请专利,将这种技术打进市场。不过伯德也承认要将这种技术商业化,仍然要花很多工夫。

另外,伯德还有另外一个心愿,那便是通过出售专利挣够学费,然后攻读一所理想的大学,以便继续从事科学研究。 日前,被誉为“塑料袋克星”的伯德在“全加拿大科学展”上勇夺第一名,并且获得3万美元的奖金。目前,他已经得到多所大学的奖学金。