- 天大研發(fā)新型DNA生物塑料
- 發(fā)布日期：2021-12-07
12月6日獲悉，天津大學(xué)仰大勇教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中石油石化研究院研發(fā)出新型DNA生物塑料，有望在部分應(yīng)用領(lǐng)域替代石油基塑料。該成果已發(fā)表于權(quán)威期刊《美國化學(xué)會志》。
“DNA的本質(zhì)是一種化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能都能精準(zhǔn)可控的綠色天然生物高分子，具有生物相容性好等優(yōu)勢，是極具發(fā)展?jié)摿Φ男滦凸δ懿牧希貏e是面向生命健康領(lǐng)域的生物醫(yī)用材料。”仰大勇在接受記者采訪時(shí)表示，近年來其團(tuán)隊(duì)聚焦DNA生物功能材料化學(xué)組裝與智能制造，并用于生命分析和疾病治療，取得了突出成果。
在DNA生物塑料的開發(fā)方面，仰大勇團(tuán)隊(duì)提出可持續(xù)DNA生物塑料的概念，發(fā)展了生物質(zhì)DNA與可再生離聚物組裝的新策略，利用DNA與離聚物之間的非共價(jià)鍵相互作用形成復(fù)合水凝膠，并開發(fā)了一種低溫加工DNA材料的新方法，進(jìn)而將DNA/離聚物復(fù)合水凝膠轉(zhuǎn)化為生物塑料，生產(chǎn)、使用和回收全過程均與生態(tài)環(huán)境友好兼容。
這種塑料原料均來源于生物可再生資源，包括天然DNA和離聚物，原料來源豐富。與石油基塑料熔融加工策略相比，這種新型DNA塑料的加工能耗僅不到5%，還可以通過無損回收策略制成新的塑料制品使用，也可以在DNA酶作用下實(shí)現(xiàn)可控降解。
據(jù)仰大勇介紹，現(xiàn)有的工業(yè)化設(shè)備可以快速地從植物、藻類和細(xì)菌中大量提取生物質(zhì)DNA，利用這些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)DNA年產(chǎn)量達(dá)數(shù)十萬噸，新型DNA塑料有巨大的量產(chǎn)化潛力。
在應(yīng)用方面，DNA生物塑料的可折疊性和低溫穩(wěn)定性優(yōu)異，可加工成多腔室微結(jié)構(gòu)，有望在生物傳感、藥物遞送和組織工程等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。仰大勇團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了含有多種功能模塊的DNA網(wǎng)絡(luò)水凝膠，實(shí)現(xiàn)腫瘤浸潤T細(xì)胞的高效、特異性和無損分離，取得了顯著的免疫治療效果，為分離重要生物顆粒提供了新策略，為重大疾病的免疫治療開拓了新路徑。
DNA塑料還可被加工成生物貼片，結(jié)合DNA分子獨(dú)特的生物學(xué)特性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮作用。DNA塑料優(yōu)異的可折疊性和低溫穩(wěn)定性，在柔性電子皮膚和軟機(jī)器人等領(lǐng)域也展現(xiàn)出良好應(yīng)用前景。隨著水溶性聚合物薄膜應(yīng)用日益廣泛，DNA塑料還可以應(yīng)用于日常生活中。
中石油石化研究院張坤玉教授介紹說，新型功能化離聚物不僅可以用于DNA塑料合成，也可以作為其他天然高分子材料和生物基塑料的改性原料，制備高性能多元材料，拓寬聚乳酸等生物基塑料的應(yīng)用范圍。目前，中石油石化研究院正致力于離聚物—天然高分子—可降解樹脂的新型綠色材料的開發(fā)與應(yīng)用。
中石油石化研究院何盛寶院長表示，研究院目前已成立了氫能、生物化工和新材料研究所，旨在探索顛覆性的新能源新材料，以應(yīng)對全球新一輪產(chǎn)業(yè)革命的到來和日益嚴(yán)峻的環(huán)境能源危機(jī)。此次與天津大學(xué)合作研發(fā)的DNA可持續(xù)生物塑料是該領(lǐng)域的創(chuàng)新性成果之一。
塑料工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，我國每年進(jìn)口的石油資源約1/3用于合成塑料制品，塑料加工制品的產(chǎn)量和消費(fèi)量均居世界第一。塑料原料提取過程耗能高、污染高，產(chǎn)生大量溫室氣體和化學(xué)副產(chǎn)物。目前全球每年產(chǎn)生幾千萬噸塑料垃圾，且這一數(shù)字正以驚人的速度逐年增加。
大量石油基塑料的廢棄是對不可再生資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)也極大加劇能源危機(jī)。發(fā)展可循環(huán)使用的生物基塑料成為解決塑料污染、緩解碳排放問題的有效手段，特別是發(fā)展生態(tài)環(huán)境友好材料，成為目前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的前沿研究熱點(diǎn)。
DNA是生命遺傳物質(zhì)，在大自然中廣泛存在，是一種取之不盡、用之不竭的生物高分子。據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球目前DNA總儲量約為500億噸。如果將其中的小部分DNA轉(zhuǎn)化為DNA塑料，理論上可以有效緩解日益增長的塑料使用需求。
DNA生物塑料原料中的DNA來自廢物生物質(zhì)分離提取，離聚物來源于生物柴油副產(chǎn)品甘油。而且采用低溫加工方法將DNA、離聚物復(fù)合水凝膠轉(zhuǎn)化為生物塑料，過程無副產(chǎn)物產(chǎn)生和有機(jī)溶劑的使用。DNA塑料回收不涉及高分子鏈斷裂，是一種無損、低能耗的簡易塑料回收策略。
