颠覆性生物技术：尿液变身高价值生物材料 或催生35亿美元新产业
尔湾讯
一项由多个研究机构组成的团队成功研发出一种基于酵母的技术平台，可将污水中的人类尿液转化为羟基磷灰石（Hydroxyapatite，HAp）– 一种高价值的生物兼容性材料，广泛用于牙科和骨科植入物，以及考古文物修复等领域。研究人员预计，这项技术有望在2030年前形成一个价值达35亿美元的产业。
该研究团队中包括一位来自尔湾加大的材料科学家。根据他们近期发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊上的研究成果，这项生物转化技术不仅有助于减少尿液对水源地的污染，还能制造出一种市场前景广阔的高附加值产品。
“这一过程实现了双重目标，”尔湾加大材料科学与工程教授基塞勒斯（David Kisailus）表示，“一方面，它有助于从污水流中清除尿液，缓解环境污染和过剩营养的累积问题；另一方面，它还能制造一种可广泛应用并具商业价值的材料。”
该论文作者团队还包括来自劳伦斯伯克利国家实验室、伊利诺伊大学香槟分校，以及日本北海道大学和东京农业工业大学的科学家们。他们利用合成酵母细胞开发了一种仿生系统，并将其命名为“骨酵母”（osteoyeast），用于驱动尿液向HAp的转化。
在哺乳动物中，名为成骨细胞（osteoblasts）的特殊细胞会从体液中提取磷酸钙并生成HAp。但研究人员指出，这种细胞并不适合进行工业规模的HAp生产。相比之下，骨酵母通过酶分解尿素，提高周围环境的pH值，触发其细胞内小腔体中钙和磷酸盐的积累，并最终分泌形成结晶的羟基磷灰石。
科学家发现，该方法每升尿液可产出约1克HAp。
“这一转化过程不到一天就能完成，”基塞勒斯指出，“使用酵母作为基础平台具有成本低廉、可在低温环境中大规模发酵等优势——就像酿造啤酒一样。这种模式不需大型基础设施，尤其适合发展中经济体推广使用。”
基塞勒斯在晶体生长机制和仿生无机材料制造方面拥有深厚研究背景，他在此项目中的主要任务是评估骨酵母平台中HAp的结晶路径。
据研究人员介绍，羟基磷灰石复合材料质轻但机械强度高，具有出色的韧性和耐久性。如果能以经济可行的方式大规模生产这种“源自尿液”的合成材料，它将成为塑料等建筑材料的可再生、生物可降解替代品。
“我目前正与本研究的通讯作者之一、劳伦斯伯克利国家实验室的吉国谷康雄（Yasuo Yoshikuni）教授继续合作，探索使用该平台制造更多材料，包括用于能源领域的材料，”基塞勒斯补充道，“我们还在开发结合3D打印技术和结构设计的新策略，利用该酵母平台制造多功能结构材料。”
该研究项目获得了美国能源部、高等研究计划署（DARPA）以及美国空军科学研究办公室的资助。
