顛覆性生物技術：尿液變身高價值生物材料 或催生35億美元新產業

顛覆性生物技術：尿液變身高價值生物材料 或催生35億美元新產業

爾灣訊

由多個研究機構組成的團隊成功研發出一種基於酵母的技術平台，可將污水中的人類尿液轉化為羥基磷灰石（Hydroxyapatite，HAp）– 一種高價值的生物相容性材料，廣泛用於牙科和骨科植入物，以及考古文物修復等領域。研究人員預計，這項技術預計在2030年前形成一個價值達35億美元的產業。

爾灣加大材料科學與工程教授基塞勒斯（David Kisailus）. UCI

研究團隊中包括一位來自爾灣加大的材料科學家。根據他們近期發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上的研究成果，這項生物轉化技術不僅有助於減少尿液對水源地的污染，還能製造出一種市場前景廣闊的高附加價值產品。

「這個過程實現了雙重目標，」爾灣加大材料科學與工程教授基塞勒斯（David Kisailus）表示，“一方面，它有助於從污水流中清除尿液，緩解環境污染和過剩營養的累積問題；另一方面，它還能製造一種可廣泛應用並具商業價值的材料。”

論文作者團隊還包括來自勞倫斯柏克萊國家實驗室、伊利諾大學香檳分校，以及日本北海道大學和東京農業工業大學的科學家。他們利用合成酵母細胞開發了一種仿生系統，並將其命名為「骨酵母」（osteoyeast），用於驅動尿液向HAp的轉化。

在哺乳動物中，名為成骨細胞（osteoblasts）的特殊細胞會從體液中提取磷酸鈣並生成HAp。但研究人員指出，這種細胞並不適合進行工業規模的HAp生產。相較之下，骨酵母透過酵素分解尿素，提高周圍環境的pH值，觸發其細胞內小腔體中鈣和磷酸鹽的積累，並最終分泌形成結晶的羥基磷灰石。

科學家發現，此方法每公升尿液可產出約1克HAp。

「這個轉化過程不到一天就能完成，」基塞勒斯指出，“使用酵母作為基礎平台具有成本低廉、可在低溫環境中大規模發酵等優勢——就像釀造啤酒一樣。這種模式不需大型基礎設施，尤其適合發展中經濟體推廣使用。”

基塞勒斯在晶體生長機制和仿生無機材料製造方面擁有深厚研究背景，他在此專案中的主要任務是評估骨酵母平台中HAp的結晶路徑。

據研究人員介紹，羥基磷灰石複合材質輕但機械強度高，具有優異的韌性和耐久性。如果能以經濟可行的方式大規模生產這種「源自尿液」的合成材料，它將成為塑膠等建築材料的可再生、生物可降解替代品。

“我目前正與本研究的通訊作者之一、勞倫斯伯克利國家實驗室的吉國谷康雄（Yasuo Yoshikuni）教授繼續合作，探索使用該平台製造更多材料，包括用於能源領域的材料，”基塞勒斯補充道，“我們還在開發結合3D打印技術和結構設計的新策略，利用該酵母平台製造多功能結構材料。”

該研究計畫獲得了美國能源部、高等研究計畫署（DARPA）以及美國空軍科學研究辦公室的資助。