轮胎制造与生物异戊二烯技术 13307090092王乐天 生物异戊二烯技术是近期新兴起的一种生物技术,虽然应用还不广泛,但 是它能成为以生物技术大批量生产橡胶产品的基础,而且相对于传统方法更节能, 少污染,所以这种技术已被全球知名相关企业所关注和青睐,前景相当广阔 生物异戊二烯技术的原理比较简单,简而言之,就是利用生物技术批量产 生异戊二烯聚合酶,利用酶使廉价的碳水化合物类物质进行反应,从而大量生成 异戊二烯。在大自然中,有许多植物天然就具有异戊二烯聚合酶,如银白杨,橡 胶树,但是植物中天然产生的异戊二烯数量不多,异戊二烯聚合酶的数量也是有 限的,光靠人工提取异戊二烯或异戊二烯聚合酶有着诸多的限制,所以,在生物 异戊二烯技术中,人们在基因库中可以直接提取能产生异戊二烯聚合酶的植物中 负责表达该酶的DNA片段,或者可以经过分析,根据所选择的用来表达异戊二烯 聚合酶的细菌的密码子偏爱性进行优化,后以化学方式合成改进的DNA(现实生 产中多用后者),不管是以哪种形式取得的DNA,而后都将该DNA与所要重组的 质粒用专门识别该段DNA序列的酶进行酶切(如,采用BamH和NotI双酶切) 及连接,这就完成将该DNA转移到质粒上的过程,然后让重组的质粒在特定的细 菌中及特定的培养基环境下进行表达,如大肠杆菌中进行表达,通过细菌自身可 以对DNA进行表达而产生蛋白质的生物功能,使异戊二烯聚合酶大量产生。随后 利用甘蔗、谷物、谷物穗轴、换季牧草或其他物质,使其中碳水化合物基质脱氧 化,形成C5的类异戊二烯前身物3,3-二甲基烯丙基焦磷酸酯,然后再加入生 物技术所提取的异戊二烯聚合酶进行催化反应,转化为生物异戊二烯产品。由于 现在的异戊二烯大多是石油化工产生的,这种方法的出现可以大大节省能源和保 护环境。 生物异戊二烯技术最大的应用领域就是汽车轮胎制造,只需将生物异戊 烯催化聚合,即异戊二烯在70℃温度下以钛系或锂系催化剂通过阴离子聚合或 配位聚合,(NCH2=C(CH3)CH=CH2==[-CH2-C(CH3)=CH-CH2-]n)就可产生制造轮 胎的橡胶。世界上采用生物异戊二烯技术的第一款概念验证的轮胎由丹尼斯克旗 下的杰能科公司与世界大型轮胎企业固特异公司合作产生,于2009年12月7 日在联合国哥本哈根气候变化会议时亮相,这种轮胎的制造方法首先是可替代石
轮胎制造与生物异戊二烯技术 13307090092 王乐天 生物异戊二烯技术是近期新兴起的一种生物技术，虽然应用还不广泛，但 是它能成为以生物技术大批量生产橡胶产品的基础，而且相对于传统方法更节能， 少污染，所以这种技术已被全球知名相关企业所关注和青睐，前景相当广阔。 生物异戊二烯技术的原理比较简单，简而言之，就是利用生物技术批量产 生异戊二烯聚合酶，利用酶使廉价的碳水化合物类物质进行反应，从而大量生成 异戊二烯。在大自然中，有许多植物天然就具有异戊二烯聚合酶，如银白杨，橡 胶树，但是植物中天然产生的异戊二烯数量不多，异戊二烯聚合酶的数量也是有 限的，光靠人工提取异戊二烯或异戊二烯聚合酶有着诸多的限制，所以，在生物 异戊二烯技术中，人们在基因库中可以直接提取能产生异戊二烯聚合酶的植物中 负责表达该酶的 DNA 片段，或者可以经过分析，根据所选择的用来表达异戊二烯 聚合酶的细菌的密码子偏爱性进行优化，后以化学方式合成改进的 DNA（现实生 产中多用后者），不管是以哪种形式取得的 DNA，而后都将该 DNA 与所要重组的 质粒用专门识别该段 DNA 序列的酶进行酶切（如，采用 BamHI 和 NotI 双酶切） 及连接，这就完成将该 DNA 转移到质粒上的过程，然后让重组的质粒在特定的细 菌中及特定的培养基环境下进行表达，如大肠杆菌中进行表达，通过细菌自身可 以对 DNA 进行表达而产生蛋白质的生物功能，使异戊二烯聚合酶大量产生。随后 利用甘蔗、谷物、谷物穗轴、换季牧草或其他物质，使其中碳水化合物基质脱氧 化，形成 C5 的类异戊二烯前身物 3， 3-二甲基烯丙基焦磷酸酯，然后再加入生 物技术所提取的异戊二烯聚合酶进行催化反应，转化为生物异戊二烯产品。由于 现在的异戊二烯大多是石油化工产生的，这种方法的出现可以大大节省能源和保 护环境。 生物异戊二烯技术最大的应用领域就是汽车轮胎制造，只需将生物异戊二 烯催化聚合，即异戊二烯在 70℃温度下以钛系或锂系催化剂通过阴离子聚合或 配位聚合,（NCH2=C(CH3)CH=CH2===[-CH2-C(CH3)=CH-CH2-]n）就可产生制造轮 胎的橡胶。世界上采用生物异戊二烯技术的第 款概念验证的轮胎由丹尼斯克旗 下的杰能科公司与世界大型轮胎企业固特异公司合作产生，于 2009 年 12 月 7 日在联合国哥本哈根气候变化会议时亮相，这种轮胎的制造方法首先是可替代石
油资源,其次是用不着大量种植橡胶树,不存在扩大橡胶树种植面积的压力,尤 其是橡胶树被引进到东南亚后,一直是以集约化农业的形式栽种,这样可以极大 地节省资源,同时,这种生物异戊二烯生产的橡胶将完全不会有过敏原,这对对 橡胶过敏的人们也是一大福音,更重要的是,用生物技术制造异戊二烯也会减少 通常与橡胶制品生产相关的碳排放量。根据密歇根大学公布的材料,该方法将会 吸收二氧化碳,释放出生物异戊二烯,而仅利用日光作为能量来源。 随着世界特别是新兴市场汽车产业的发展,全球对橡胶轮胎的需求不断增 长,这种具有诸多优势且符合当今世界节能环保主旋律的生物技术定会在我们的 生活中被广泛地使用。 参考文献 《异戊二烯合成酶(ISPS)在大肠杆菌中的表达及其产异戊二烯的研究》《生物 加工过程》第9卷第3期 《杰能科和固特异合作开发从糖类生产生物异戊二烯》《世界橡胶工业》第37 卷第4期
油资源，其次是用不着大量种植橡胶树，不存在扩大橡胶树种植面积的压力，尤 其是橡胶树被引进到东南亚后，一直是以集约化农业的形式栽种，这样可以极大 地节省资源，同时，这种生物异戊二烯生产的橡胶将完全不会有过敏原，这对对 橡胶过敏的人们也是一大福音，更重要的是，用生物技术制造异戊二烯也会减少 通常与橡胶制品生产相关的碳排放量。根据密歇根大学公布的材料，该方法将会 吸收二氧化碳，释放出生物异戊二烯，而仅利用日光作为能量来源。 随着世界特别是新兴市场汽车产业的发展，全球对橡胶轮胎的需求不断增 长，这种具有诸多优势且符合当今世界节能环保主旋律的生物技术定会在我们的 生活中被广泛地使用。 参考文献： 《异戊二烯合成酶(ISPS) 在大肠杆菌中的表达及其产异戊二烯的研究》《生物 加工过程》第 9 卷第 3 期 《杰能科和固特异合作开发从糖类生产生物异戊二烯》 《世界橡胶工业》第 37 卷第 4 期