客观日本

为微生物准备“单间”,高效生产各种化学物质

2020年12月28日 生物医药

利用微生物制造难以合成的有用化合物的技术开发正在进行中。日本理光公司利用在印刷领域积累的技术,开发了可大量制作分离和培养微生物的小“房间”技术,能大大减少管理工作量。预计到2030年就可以利用微生物自由制造各种物质。

“这些颗粒每一颗的内部都含有液体。”在位于日本神奈川县海老名市的理光开发基地,开发负责人岩崎航治晃了晃装有粉末的小瓶子,瓶中的粉末发出沙沙的响声。这些粉末乍一看跟面粉差不多,但实际上粉末内部含有液体。

这种用粉末包裹微量液体使其变得易于处理的物质被称为“液体弹珠”,是法国研究人员开发出来的。可作为化学反应实验和胶囊材料使用,受到了广泛关注,全球都在推进研究。在日本,大阪工业大学的藤井秀司教授是该领域首屈一指的研究者,成功制作出了各种形状。

title

用颗粒包裹住液体的粉末状弹珠(左)与带颜色的液体(右)

一般来说,液体弹珠的颗粒越小,强度越高。实用化时存在的课题是,如果颗粒大小不均匀,相互之间会融合变大,导致强度减弱,从而在遇到弹力时破裂。

此次,理光成功制作了含微生物和培养液的液体弹珠,利用的是打印机喷墨技术的基础——大量制作极其微量且大小均匀的液滴的技术。通过在液滴外面裹上特殊粉末,制作出了球状液体弹珠。

以前一直在大容器中放入培养液和微生物来生产有用物质。但如果有部分微生物死亡,受其影响,剩余的微生物大多也会接连死亡。而用液体弹珠给微生物分出“单间”的话,就可以防止这种情况。

另外,传统方法为了向微生物提供充足的原料和空气,需要搅拌培养液并消除产生的气泡。而液体弹珠的表面积比较大,能有效吸收原料和空气,因此省去了这些工作。

理光实施了用醋酸菌制作醋酸,用酵母菌制作乙醇的实验。据介绍,使用液体弹珠技术时,提取效率达到传统方法的2倍以上。

今后的课题是平衡液滴的大小和强度。液体弹珠的颗粒越小,越容易向微生物供应原料和空气,颗粒的强度也越高。要想封入较大的微生物,需要更大的颗粒,但强度会减弱。今后将改良粉末的材料等,解决这些课题。理光计划从2021年4月开始提供样品,在不久的将来实现实用化。

以前一直依赖化学合成法来制造有用的化合物。为促进反应,需要调节温度和压力,会消耗大量的能源。如果能换成在常温常压下使用微生物制造的方法,就能减少化石燃料等的使用。这样,还有助于实现到2050年将二氧化碳(CO2)等温室气体的排放量实际削减为零的目标。

还可用于酿酒和印刷技术

液体弹珠虽然在用微生物生产物质方面大有可为,但目前还不十分清楚适合哪种微生物。今后需要进一步开展研究。

理光等还在探索液体弹珠的其他用途。第一个可能实现的用途是食品生产。理光在实验中利用酵母菌成功发酵了糖分,有望利用生产效率高的特点,制造酒精浓度比较高的酒水等。

利用印刷技术开发的液体弹珠技术还有望用来改良纸张的印刷技术。例如,把含特定颜料的液体弹珠放到纸上,通过施加压力破坏液体弹珠,可以一口气完成一幅绘画。

理光在12月9~11日于东京有明国际会展中心(东京江东区)举行的国际纳米科技综合展及技术会议上发布了该技术,还展示了液体弹珠实物。

理光的松山刚组长表示,“希望能与大家一起探索其他用途”,将通过发布和展示来寻找联合研究伙伴和销售伙伴。

日文:三隅勇气、《日经产业新闻》,2020年12月4日
中文:JST客观日本编辑部

专题网页