光学膜|住友化学运用AI和转基因微生物技术制造高功能薄膜

CINNO Research产业资讯,利用生物技术进行化学产品创新生产的时代即将开始。住友化学与一家美国初创公司共同研发了一项技术,使用转基因微生物生产用于移动终端的高功能薄膜。该技术可望在2021年内应用于主要制造商的移动终端。如果消耗大量能源的化学合成能够被生物生产所取代,将有助于减少二氧化碳(CO2)的排放。

美国Zymergen和住友化学利用AI和转基因技术开发的高功能薄膜(照片来源:Zymergen)

根据日媒日本经济新闻报道,住友化学利用新技术研发的是一种名为Hyaline的薄膜材料。它是一种无色透明树脂,厚度为几十微米,可作为智能手机等设备的触摸面板的薄膜材料。住友化学与位于美国加州的纳斯达克上市公司Zymergen共同研发了使用微生物的制造技术。

住友化学公布称:“Zymergen的数据库记录了微生物以糖等物质为食所产生的各种物质数据,通过运用人工智能(AI)和转基因技术,研发出了Hyaline薄膜材料”。

为了使微生物有效地生产薄膜材料,Zymergen按照人工智能的指令将其进行了基因组编辑操作。如果把这些微生物放在罐子里培养,它们将继续生产树脂材料。

与传统的石油化工生产方式相比,利用微生物生产的新材料更加透明,并具有耐久性和易于导电的优越性。新材料即使在折叠时性能也不会下降,因此适用于可折叠的智能手机等便携式设备。据Zymergen称,未来将从石油基生产转向微生物生产。

Zymergen表示,「使用Hyaline薄膜材料将实现比现有传统产品更明亮、更清晰、电池寿命更长的显示器」。2019年4月,住友化学与Zymergen开始了业务合作。

住友化学表示:「利用此技术除了能够实现温室气体排放为零的碳中和外,还可以开发出只有通过生物技术才能生产的高功能材料」。

由于Zymergen拥有基因数据库,才实现了使用微生物制造这种新材料。Zymergen的优势在于,已经积累了大量微生物特性变化的数据,即哪些基因被激活以及以何种方式激活时,微生物的特性会如何变化的数据。

基于这些数据,AI可以有效的选取一种基因操作方法,以实现目标物质生产。利用基因组编辑,可以自由地改变基因的工作方式。虽说这是一项尖端技术,但对于研究人员来说由于使用方法很简单,所以正被越来越多地用于化学和医疗等领域。

Zymergen正吸引着各行各业的关注。除三菱化学和东丽等化学制造商外,Zymergen还与美国谷物公司嘉吉等大型食品和农业相关公司进行合作。有众多的公司希望将其技术用于本公司的生产。2016年,软银集团与其他风险基金共同向Zymergen投资1.3亿美元(约人民币8.27亿元)。

充实的基因数据库将是未来竞争力的关键。因此Zymergen计划在使用机器人的自动化实验设施中,以每月数千个单位对微生物的基因进行改变,以此积累数据,来寻找能够高效生产所需物质的微生物。Zymergen强调说:“与使用石化材料的企业相比,可以用一半的时间和更低的成本将新产品投入市场”。

传统的石油化工行业利用化学反应,从石油和天然气中制造塑料、合成纤维、洗涤剂以及其他产品。制造过程复杂,且消耗大量能源并排放二氧化碳。据美国世界资源研究所的报告,2016年全球温室气体排放总量按照二氧化碳计算约为500亿吨,其中化学产业占大约6%。 如果生物制造方法普及,将有助于减少碳排放。

现在这种努力正在不断发展。地球环境产业技术研究所(RITE)和住友电木在京都府木津川市合资成立了一家成环境方面的初创公司-绿色化学(Green Chemicals),将基因改造后的棒状杆菌用于生产化学原料。

绿色化学通过将多个遗传基因放入棒状杆菌中,成功地制造出用于电子线路板的合成树脂原料。通过试生产,确认新材料在成本方面与石油衍生材料具有竞争力。目前绿色化学已经向一些材料和化学品制造商提供了样品。

棒状杆菌通过简单地加入玉米芯、烧酒生产中的压榨渣滓和废纸制成的糖等来生产化学原料。地球环境产业技术研究所的(RITF)项目负责人乾将行说:“如果使用微生物来生产原材料,我们可以将二氧化碳排放量减少到三分之一以下”。

今年2月,日本经济产业省(METI)的一个专家小组编制了一份关于生物经济的报告,称生物技术融合了转基因、人工智能和信息技术(IT),以生物技术支持各个产业的全球生物经济社会正在形成。联合国也指出,在可持续发展目标(SDGs)中规定的17个目标中,指出生物技术可以对气候变化、粮食问题等的10个以上作出贡献。

经济合作与发展组织(OECD)预测,生物经济在2030年市场规模将扩大到约200万亿日元(约人民币11.6万亿元)。2019年约为40万亿日元(约人民币2.32万亿元),主要集中于药品等方面,但今后有可能扩大到化学品和食品等行业。

着眼于这个巨大的市场,对有潜力的企业进行投资和合作的 "青田收购"(注:稻谷成熟前收购/提前内定)也将迅速增加。

据与《日本经济新闻》有业务合作关系的美国市调机构CB Insights称,Zymergen的竞争对手美国马萨诸塞州的Ginko Bioworks已经从机构投资者那里筹集了8亿美元(约人民币50.97亿元)。并且该公司已与包括瑞士制药巨头罗氏在内的多家公司展开了合作。美国风险投资协会的一份报告显示,与生物技术有关的初创企业的投资额已经是仅次于软件业的第二大投资。

精通生物经济学的日本神户大学近藤昭彦教授指出:"像Zymergen和Gingko这样的企业,有可能成为受世界各地大公司委托,制造并提供有用微生物的平台运营商”。

近藤教授于2020年3月在神户市成立了通过转基因组编辑制造有用微生物的公司Bacchus Bio innovation。该公司由罗斯制药等公司资助,旨在作为一家日本公司迎头赶上。争夺生物经济霸权的战斗已经开始。

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