继蓝晶后，微构工场再融2.5亿，PHA：曾经的冷板凳逐渐变热
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继不久前PHA主要厂商蓝晶微生物宣布完成8亿元B3轮融资，拟建2.5万吨/年的超级工厂后，2022年1月17日，北京微构工场生物技术有限公司（以下简称“微构工场”）宣布完成2.5亿人民币的A轮融资。
该笔投资由中国国有企业混合所有制改革基金有限公司（简称“混改基金”）领投，国中资本、GRC SinoGreen Fund（富华资本）、众海投资和顺义区国有投资平台临空兴融跟投，老股东红杉中国及SEE FUND（无限基金）继续追加投资。
本轮融资结束后，微构工场在成立未满1年的时间内，顺利完成天使轮及A轮融资，累计融资3亿元人民币。
A轮融资完成，微构工场将在北京市顺义区全面建设新一代生物可降解材料PHA国际研发总部，完成千吨智能示范线高效投产，同步在全国启动寻找年产万吨PHA及高值化合物绿色智能制造基地。
PHA材料为什么能获得资本青睐，在下游应用领域有哪些潜力，国际竞争格局（第四部分）如何？本文将带你一一分析。文末附PHA最新产能及原料统计。
1.微生物的“脂肪颗粒”，优异的碳减排能力
聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoate，简称PHA）是一类由微生物合成的高分子聚酯的统称，它在自然界大量存在，是细菌在生长条件不平衡时的产物，其生理功能首先是作为细菌体内的碳源和能量的储存物质，类似于植物的淀粉，被称为微生物的“脂肪颗粒”。
1925年，一位名叫Lemoigne的法国人，首次在巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）中发现了一种后来被命名为聚3-羟基丁酸（缩写为PHB，为PHA家族中的一员）的天然高分子。
目前PHA生产存在生物制造和化学制造两条路线，但无论是国际上还是我国国内，生物制造都是主流，化学制造PHA相对少见。其中美国Novomer公司主推化学合成PHA（去年被Danmier收购），通过生物质发酵生产二氧化碳和乙醇，经由电化学作用合成PHA。国内也有相关研究发现：PHA化学合成创新！浙大课题组最新研究
PHA降解材料是可再生资源，具有其他石油基材料并不具备的可持续发展特性。对比市面上常见的生物塑料，PHA的碳中和指数为100%，PLA70%，PBAT30%，在环境影响上也具有更大优势。
PHA在细菌细胞细胞质中大量存在，图中白色部分
另外，PHA优良的降解性能和相容性也是它的特殊之处。PHA在堆肥、土壤、海水等几乎所有环境中都可以被微生物分解，且与人体也具有良好的相容性，对人体无毒，无刺激特性，在医用材料领域具有巨大的应用前景。
2.特种嗜盐菌株，开放、连续培养不染菌
在PHA产业化方案中，成本控制一直是一个核心难点。微构工场在合成生物技术平台的助力下，通过对嗜盐生产菌株进行全方位的重新设计和构建，开创了一整套全新的PHA生产技术，称为“下一代工业生物技术”。
独特的“新方案”中突显三大核心技术优势：“开放、连续培养不染菌”发酵技术、可控形态学工程“自凝絮和自沉降”以及发酵废水的多次回用下游关键技术。嗜盐生产菌的合成生物学改造产生了多种PHA的结构，带来多种不同的材料性能和应用场景。
▲下一代工业生物技术
“ 染菌”，是指除了生产菌外的杂菌在培养液中进行生长代谢，它不仅与生产菌竞争生存资源，还会严重影响目标产物的产量，给发酵过程带来极大的经济损失。因此，在发酵流程中需要利用高温高压蒸气对整个发酵设备进行彻底灭菌，是发酵工程中的能耗大户。
而开放培养不染菌，则可以在不影响正常生产的情况下去规避这一成本。值得一提的是，该技术是全球目前唯一一个制造过程开放、连续和不染菌的技术。
在生产过程中，微构工场的技术能做到“开放培养不染菌”，其关键在于生产 PHA 的独有的盐单胞菌菌株。通常情况下，细菌喜欢在渗透压适当、酸性或者弱酸性的环境下生长，而微构工场的嗜盐生产菌株则与众不同，它耐高渗、耐高碱，同时还能够实现快速生长，这些特性都是基于全球领先的盐单胞菌合成生物学技术改良而成的。
清华大学和微构工场研究人员对该菌株进行了多种工程化改造，使其对渗透压变化的适应能力更强、生长速度更快，其它微生物通常很难竞争，保证了过程的开放但纯菌种生长过程。
此外，在发酵过程中，分离和纯化是生产成本的重要组成部分。细菌与细菌之间会通过静电排斥而各自稳定地悬浮在液体中，不会凝絮到一起。清华大学的研究人员通过采用“敲除电荷蛋白基因”的专有技术，使得改造后的菌种不再带电，不会相互排斥，能够凝絮到一起。这样的技术实现了下游产物自动分离和纯化，大大简化了生产流程。
3.PHA的良好应用前景
目前，微构工场拥有由学界、商界和产业界所组成的专业团队，核心成员在其各自领域均有着丰富经验。申请和获得专利70多项。
一方面，公司与清华大学继续紧密合作，同时利用自身的产业化技术优势进行多条不同产品管线的推进、扩展与优化；另一方面，公司将对已经成熟的PHA新型产品（PHA三聚物P34HBHV）进行规模化放大生产，并逐步推进研发的多个PHA家族产品的生产。
PHA家族主要的系列产品
PHA 具有优良的热塑加工性、生物相容性和生物可降解性，对水蒸气和空气中大多数气体的阻隔性能类似于PET，被认为在高端医用材料、中端包装材料与低端快递、一次性用品领域有着巨大的应用前景。
但是PHA也存在疏水性强、热稳定性差、加工窗口窄、脆性大、后结晶严重等缺陷，需要与其他生物基可降解高分子如聚乳酸 (PLA)、透明质酸 (HA)、壳聚糖 (CS)等进行共混，可有效改善其疏水性、热稳定性、结晶性能等问题，从而满足更多领域的需求。
▲微构工场产品和部分应用
医用材料
PHA 是存在于微生物细胞内的天然聚酯，与人体具有良好的相容性，在医疗领域的优势是其无需通过二次手术取出。例如 PHB 可完全降解成属于人体血液中正常成分的 3HB，不会引起排斥或产生毒性。2007 年，以 P4HB 为原料的可吸收缝合线(TephaFLEX®) 获美国 FDA 批准上市，成为首个商品化的 PHA 医疗产品。
我国宁波天安以及微构工场的兄弟公司——珠海麦德发，其PHA材料就主要定位于高端医用材料。目前，PHA 已被用于组织工程、植入材料、药物缓释、医疗保健等多个领域的研究。
纺织纤维
将PLA与PHA进行共混能够显著改善纤维的耐热性、抗菌防螨等特性，南京禾素将PLA/PHA的共混纤维命名为禾素，用于抗菌婴童面料、抗菌牛仔面料、 抗菌无纺布等产品的生产。
检测显示，禾素纤维对金黄色葡萄球菌、肺炎杆菌、宝色念珠菌的抗菌率都超过99.99%、对耐药性金黄色葡萄球菌的抗菌率超过99.97%；对H1N1和H3N2病毒的灭活率也超过99.99%，灭活指数大于4.0。
来源：南京禾素时代
包装材料
因为PHA有良好的复合性，PHA可以与其他材料复合使用，比如PHA可以与纸张复合，制造具有特殊性能的包装纸，还能与铁铝锡等金属材料复合，也能与粉煤灰复合进而改善PHA的热性能和韧性。可以用于婴儿使用的一次性尿布，或者一些液体的防漏包装、包装金属的收缩性薄膜。
4.PHA材料竞争格局讨论
随着碳中和概念及禁塑令的提出，PHA材料的入局者开始增多。既有老牌厂商日本钟化、也有PHA新星美国Danimer、韩国CJ集团，我国的中粮集团等大企业。
目前，限制PHA广泛应用的主要因素在成本高，5~6万元/吨，相较于PLA等降解材料不具价格优势。同时尽管涉足厂家多，但当前总体产能仍然较低，在供应上与其他生物基/降解材料难以竞争。简化原材料的生产工艺，降低生产成本是推广PHA材料应用的首要因素。
原料方面，我国PHA生物发酵的原料以糖类物质居多，来源主要是玉米等粮食作物。国外PHA制造公司，因油料资源丰富，多使用大豆油、棕榈油等植物油。此外，如 Newight Technologies 公司创造性地使用海底中的甲烷做原料，有利于碳的减排。微构工场、蓝晶微生物等公司还在积极探索厨余垃圾用作发酵原料的可能性。总的来说，原料来源的非粮食化是一大趋势。
Newight公司在2013年，首次大规模尝试利用海洋中的微生物合成PHB，先后获得了相关发明奖项。随后Newight将其PHB产品命名为AirCarbon，意寓“减碳”。
PHA材料品种和结构的多样化，为其在通用塑料、纤维领域和医用材料的应用提供了无限的可能。为了适应更广泛的应用需求，需要和其他生物降解材料进行共混改性。国际上，美国Danimer与道达尔签订了PLA的供应协议，专门生产PLA/PHA的改性料。
在下游应用领域，Danimer与百事、保洁等消费品公司签订了合作协议，共同探索PHA材料在消费品包装领域的应用前景。 看中PHA材料的负碳性，耐克公司选择与Newight Technologies 展开合作，谋求PHA在鞋材等领域的应用前景。除此之外，另有研究者将PHA材料用于汽车领域。
可以预见，随着大量资本的入局，PHA产能的进一步提升，在原料价格方面无后顾之忧以后，PHA将在未来几年真正迎来它的大爆发！
TK生物基统计
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