化学品绿色制造核心技术——合成生物学

合成生物学即生物学的工程化,因其打破了非生命化学物质和生命物质之间的界线,推动了生命科学由理解生命到创造生命的革新,因此对科学发展和技术创新起到了颠覆性作用,引发了化学品绿色制造的巨大变革。合成生物学作为化学品绿色制造的核心技术,主要从原料到菌种再到过程进行全链条设计和优化。本文首先从原料多样化、产品的合成与底盘细胞的选择这三个方面,综述了化学品绿色制造过程中合成生物学所起到的关键核心作用。在此基础上系统阐述了人工体系的设计与构建,并对今后如何通过发展合成生物学来促进化学品绿色制造,从“原料、底盘细胞、反应过程”这三个方面提出了相应的展望。     

发酵技术在护肤品行业中的应用与展望——2023版·第5代发酵技术

介绍了发酵的发展历程，综述了以护肤品行业为例，随着更多学科的引入和新兴技术的应用，发酵在不同时期下所呈现出的不同目的、阶段特点、所使用的技术以及代表性发酵产物，提出发酵可分为5个阶段：传统发酵阶段、工程化发展阶段、微生物学应用阶段、合成生物学阶段和智能发酵阶段，同时重点介绍了第5代发酵技术的特点、优势和产物功效，以极地酵母喜默因?为例，阐述了第5代发酵技术通过化学及生物信息学的手段，从“成分-靶点-机制-功效”的角度阐明喜默因多靶点抗老的功效机理。     

合成生物学研究进展

合成生物学是以工程化设计思路,构建标准化的元器件和模块,改造已存在的天然系统或者从头合成全新的人工生命体系,实现在化学品合成(包括材料、能源和天然化合物)、医学、农业、环境等领域的应用。人们利用基本的生物学元件设计和构建了基因开关、振荡器、放大器、逻辑门、计数器等合成器件,实现对生命系统的重新编程并执行特殊功能。模块化处理生物的代谢途径,并在底盘细胞上进行组装和优化,可以实现大宗化学品和精细化学品的合成。目前人们已经在丁醇、异丁醇、青蒿素和紫杉醇等化合物的生物合成上取得了重要进展。近年来还发展了多种基因组编辑和组装技术,可精确地对基因组进行编辑,人们还成功地合成了噬菌体基因组、支原体基因组和酵母基因组。在未来的50～100年内,合成生物学将对人类的医疗、化学品制造(含药品)、军事产生渐进性的、渗透性的但颠覆性的意义。     

生物支架系统在合成生物学中的应用

合成生物学作为一种新兴的工程化生物学,可以在底盘细胞中引入外源基因模块实现新功能。但是如何将多种外源模块（酶）进行有效地组装从而提高其协同催化功能是急需解决的一个重大问题。由于异源酶在新宿主中存在内源环境适应性问题,限制了酶的生物活性。生物支架系统作为一种有效手段,可以提供有效的多酶组装系统。恰当的生物支架能够提供适应环境的柔性平台,实现多酶体系的表达调控,稳定性组装,利于酶与底物结合的区域化设计。本综述对不同类型的生物支架的研究进展进行了系统的总结。文中根据不同类型支架（蛋白型、核酸型）的特点,介绍了典型的应用范例,论述了每种支架的优势与不足,并对生物支架的常见工作机制做了详细讨论。最后对生物支架在人工细胞器设计和复杂聚合物降解等方面的应用做出展望。     

生物基1,4-丁二醇的合成工艺及技术应用研究进展

随着国家“双碳”政策的实施和多地“禁/限塑”法令的颁布，环保、绿色的可生物降解塑料发展迅速，其中以聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)最为突出。PBAT市场产能的巨大释放，极大地促进了合成原料1,4-丁二醇(BDO)的需求，相关企业纷纷布局包括BDO在内的化工产业链。为了进一步地熟悉BDO的合成工艺和发展方向，本文首先概述了目前BDO四种主要工业化生产方法，然后重点介绍了生物法合成BDO的工艺研究和产业化应用进展，最后对生物法合成BDO的未来发展前景进行了展望。     

人工合成微生物混菌体系的研究进展

合成生物学正在从设计构建基本功能元件和模块,逐步向着从头设计人工细胞及构建人工生物群落的方向发展,人工合成微生物混菌体系已经成为未来合成生物学研究的重要方向。本文综述了人工构建微生物群落生态关系、群落时空动态和分布式计算等基础研究的进展。同时,微生物混菌体系在医药、环境、能源等领域发挥着不可替代的作用,人工合成混菌体系在相关领域也表现出巨大的应用潜力。     

国内简讯

<正>中昊晨光化工研究院有限公司完成偏氟醚耐低温氟橡胶工程化技术开发中昊晨光化工研究院有限公司近日完成了偏氟醚耐低温氟橡胶工程化技术开发项目。该项目开发的偏氟醚耐低温氟橡胶的玻璃化转变温度可低至-32℃,能长期在-40℃环境下使用。偏氟醚耐低温氟橡胶合成的关键在于特种改性单体的引入及合成工艺控制技术。中昊晨光化工研究院有限公司通过自有技术成功合成出改性单体,进而研发出偏氟醚耐低温氟橡胶工程化技术,并实现了中试规模的生产。据介绍,氟橡胶的耐高温性能和耐油性在橡胶材料中是最好的,但其弹性较差,耐低温性及耐     

合成生物学在农残检测领域的应用

近年来,合成生物学在多个领域崭露头角,在农残检测中也发挥着越来越重要的作用。基于合成生物学模块化和工程化指导思想,各种基因部件的多样化组合为农残检测提供更多方案。简便、耐用、低成本、原位检测等特点也使其较传统检测手段具有更强的竞争力。但与此同时,合成生物学在农残检测中的应用也受到复杂检测环境和生物安全性等问题的影响。结合目前合成生物学在有机氯、有机磷、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药检测中的应用与创新实例,归纳合成生物学在农残检测中应用的原理,分析并探讨合成生物学技术未来在农残检测中的发展潜力与应用前景。     

合成生物学在医药及能源领域的应用

合成生物学是以工程学思想为指导,对天然生物系统进行重新设计与改造,同时设计并合成新的生物元件、模块和系统的崭新学科。合成生物学是自然科学发展到现阶段的产物,并已经在医药、能源等领域取得了一些显著成果。本文综述了在工程细胞中利用合成生物学方法构建抗疟疾药物青蒿素的前体物青蒿二烯,抗癌药物紫杉醇的前体物紫杉二烯,以及脂肪酸酯、脂肪醇、高级醇的合成途径等研究进展。此外,一些重要的合成生物学相关技术,大大加速工程细胞的重构与进化,为构建应用于生产领域的新功能细胞提供方便实用的工具。     

Joint开发出微生物生产生物燃料

<正>美国能源部下属的Joint生物能源研究院(JBEI)于2010年1月28日宣布,开发出的微生物可从生物质直接生产出先进的生物燃料。JBEI研究人员部署合成生物学工具,使大肠杆菌(Escherichia coli)菌株工程化,从而使其可从脂肪酸生产生物柴油燃料和其他重要的化学品。     

绿色化学和环保是发展我国合成香料的重要举措

随着国际金融危机影响的不断加深,经济的不景气造成香精香料产品需求颓势显现,我国合成香料出口订单大幅减少。与此同时,合成香料的出口又面临越来越严格的环保要求。合成香料行业应如何调整发展战略,提高“抗寒过冬”的能力？     

3-氨基-4-酰胺肟基呋咱合成过程动态模拟

利用ChemCAD间歇动态反应器模块,根据3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)中间体3-氨基-4-酰胺肟基呋咱(AAOF)合成反应实际情况,建立新化合物基础物性数据模型,在采集合成实验数据的基础上,定义工艺模拟流程,输入反应器的模型参数,建立合成动态反应器模型,进行3-氨基-4-酰胺肟基呋咱合成过程动态模拟,得到动态反应器内各组分、热负荷随时间的变化情况和实时数据。计算表明,模拟结果同实验小试的结果相吻合,能够很好地反映合成实际情况,且具有较好的动态特性。通过模拟来分析和考察其合成工艺中相关的复杂物理、化学反应、动力学反应、热量平衡,解释合成实验数据,本研究对AAOF的工艺放大和工程化设计具有十分重要的意义和实用价值。     

1,3,5-三芳基苯的合成及研究进展

1,3,5-三芳基苯因其特殊对称结构以及卓越的光、电、磁特性,被广泛应用于构筑树枝状大分子和各种聚苯化合物的核芯模块。本文主要介绍了1,3,5-三芳基苯合成方法的发展近况,以及几种有代表性的合成方法。     

陶瓷产品的意趣性

本文通过对陶瓷产品设计中意趣性设计这一方面的阐述，分析了陶瓷产品意趣性设计的意义，同时对如何在陶瓷产品设计中增加意趣性提出了几点建议。最终目的是为了使产品设计具有人性化特征，通过对产品的设计达到对人们心理需求的一种满足。文章最后结合自己的毕业设计实践，从切合实际的角度对日用陶瓷如何产生意趣性效果做出进一步的分析与总结。     

中科院合成生物学重点实验室在上海成立

中国科学院合成生物学重点实验室日前在上海正式成立。新成立的中科院合成生物学重点实验室将瞄准现代生物科学与技术的前沿,引领我国合成生物学的原创研究与自主创新,建立合成生物学的关键技术平台,重点针对能源、医药和环境等国家重大需求问题,进行生物学元件、反应系统乃至生物个体的设计、改造和重建的研究与开发。该实验室的研究方向包括生物质合成的分子设计、能源植物改造、能源和医药化工产品的高效生物合成。     

半导体合成生物学的研究进展

半导体合成生物学是研究半导体技术与合成生物学之间协同作用的一门交叉学科。其涉及的活细胞-半导体材料杂合体系具有独特的能量和信号转导机制,不仅维持活细胞的代谢能力,而且保留半导体材料的光电学物理特性,在化工、通讯、计算、能源及医疗等领域具有广阔的应用前景。综述了半导体合成生物学在生物催化、智能生物传感以及新型DNA数据存储领域的最新研究进展,讨论了目前研究面临的技术难题及解决方案,旨在为合成生物学和半导体技术这两个影响化工发展的领域提供有价值的参考。     

刺激响应性聚合物的设计、合成及其应用研究新进展

介绍了研究刺激响应性聚合物的意义,针对水体系中的刺激响应性聚合物,介绍了近年来刺激响应性聚合物的设计与合成中的应用研究新进展,主要从3个方面进行阐述:①单一刺激响应性聚合物,包括温度、pH值、光、其他刺激响应性聚合物;②双重刺激响应性聚合物,包括温度-pH值、温度-光、温度-氧化还原刺激响应聚合物、pH值-氧化还原刺激响应聚合物;③多重刺激响应性聚合物,包括温度-光-pH值、温度-光-氧化还原、温度-pH值-CO₂刺激响应聚合物。着重评述了水体系中双重和多重刺激响应性聚合物的合成研究及应用。最后总结了多重刺激响应性聚合物应用研究的现状及问题,指出开发刺激响应性高度可控、灵敏度高、可逆性好的新型多重刺激响应性聚合物是未来的研究方向。     

桃潜叶蛾性信息素研究进展

对桃潜叶蛾性信息素的研究进展进行了综述。介绍了桃潜叶蛾性信息素的化学组成、活性鉴定、化学结构。重点评述了桃潜叶蛾性信息素-（S）-14-甲基-1-十八碳烯的合成方法（包括手性源法、手性助剂法、手性试剂法、手性催化剂法）。阐明了桃潜叶蛾性信息素在桃潜叶蛾防治中的应用途径，并对其应用前景和研究方向进行了讨论和展望。     

合成香料亟须突破环保制约

随着国际金融危机影响的不断加深，经济的不景气造成香精香料产品需求颓势显现，我国合成香料出口订单大幅减少。与此同时，合成香料的出口又面临越来越严格的环保要求。合成香料行业应如何调整发展战略，提高“抗寒过冬”的能力，有专家指出，我国合成香料行业最为迫切的和可行的应对之策就是采用绿色环保工艺进行改造提升。     

EPS海上工厂整体解决方案研究与应用

为实现十四五期间海上泥浆钻屑减排50%的绿色低碳战略目标,中海油服创新集成多种关键环保处理技术,通过老旧钻井平台改造转型一体化设计,成功打造了国内首个“EPS海上工厂”,实现海上钻井废弃物的实时批量回收处置,同时,具备钻完井液配制功能模块,形成钻完井液的全生命周期资产化管理。主要参数包括：主甲板总面积900 m2,液相舱容900 m3,可变载荷2250 T。根据多种类钻井废弃物回收处置需求,布局了5个功能模块：水基钻井液再生处理模块;水基钻屑分选压滤模块;合成基钻屑热脱附模块;完修井液处理模块和滤液配浆模块,全年回收处置能力超6万吨,实现海上减量超50%,减排效果突出。