Sunresin-합성생물학에서의 흡착 및 분리 기술의 응용

1. 합성생물학이란 무엇인가

"제3차 생명공학 혁명"의 중요한 운반자로 알려진 합성생물학은 21세기에 떠오르는 학제간 분야입니다. 그 본질은 세포를 인간을 위해 일하고 원하는 물질을 생산하는 것입니다. 이 기술을 사용하면 우리가 일상 생활에서 마주치는 많은 제품을 생물학적 방법을 사용하여 합성할 수 있습니다.

합성생물학은 생물학적 시스템의 설계, 구축 및 응용에 주로 초점을 맞춘 새로운 학제간 분야입니다. 이는 공학 및 생물학과 같은 다양한 분야의 지식과 방법을 결합하여 생체 분자 및 생물학적 반응과 같은 자연에 존재하는 생물학적 메커니즘과 기술을 활용하는 것을 목표로 합니다. 생물학적 시스템을 설계 및 구축하고 제어 가능한 유전자 조절 네트워크를 설계함으로써 세포 내 분자 수준에서 체계적인 생물학적 조절을 달성합니다.

2. 탄소 중립 달성을 위한 합성 생물학의 엄청난 잠재력

합성생물 제조는 유망한 친환경 생산 방법이며, 지구 온난화와 다양한 국가에서 탄소 중립을 제안하면서 의심할 여지 없이 잠재적인 최적 솔루션 중 하나가 되었습니다. 합성생물 제조는 산업 공정에서 에너지와 재료 소비를 줄이고 폐기물 배출과 대기, 수질, 토양 오염을 줄이는 동시에 생산 비용을 크게 줄이고 산업 경쟁력을 강화할 수 있습니다.

"탄소 중립"에 대한 세계적 및 국가적 옹호의 맥락에서 합성 생물학은 의심할 여지 없이 매우 좋은 해결책을 제공합니다. 2014년 경제협력개발기구(OECD)는 "합성 생물학의 새로운 정책 문제"라는 보고서를 발표하여 미래에 화학 물질 및 기타 산업 제품의 35%가 생물학적 제조와 관련될 수 있다고 예측했습니다.

선레진이 종사하는 흡착 및 분리 기술은 강력한 환경 친화성, 높은 자동화 및 우수한 운영 정확성을 갖춘 고효율 분리 및 정화 플랫폼 기술입니다. 흡착 및 분리 기술 산업의 선도적인 글로벌 기업으로서, 우리는 흡착 및 분리 분야에서 20년 이상 축적된 연구 개발과 기술적 이점을 국가 탄소 중립 경로와 통합하여 이중 탄소 목표 달성에 기여하고 하류 응용 공정을 최적화하고 업그레이드하는 방법을 적극적으로 고려하고 있습니다.

3. 합성생물학에서의 흡착·분리기술의 응용

합성생물학 제품을 생산하는 동안 원료는 미생물 발효를 통해 표적 제품으로 변환되고 발효액에 존재합니다. 합성생물학 제품의 생산과 적용을 제한하는 핵심 요소는 표적 제품의 분리 및 정제입니다.

현재 분리정제 공정에서는 등전점 결정법, 이온교환(고정층), 막분리 등의 방법이 주로 사용되고 있다. 그러나 이러한 방법은 낮은 목표 생성물 수율, 높은 화학 시약 소모, 대량의 폐수 배출, 심각한 환경 오염 등의 문제점을 가지고 있다.

선레진은 발효액의 분리 및 정제를 위한 일련의 분리소재를 개발하였으며, 다양한 사용 사례에 맞는 응용 공정 및 시스템 장비를 개발하여 고객에게 종합적인 솔루션을 제공하고 있습니다.

3.1 탈염, 탈색 및 탈단백질화:
양이온과 음이온 수지의 조합인 이온 교환 수지는 일반적으로 전도도를 목표 수준으로 낮추는 데 사용됩니다. 강산, 약산, 강염기 및 약염기 수지는 산 및 알칼리 안정성, 수지 유지와 같은 재료의 특성에 따라 사용됩니다.

강한 염기성 음이온 교환 수지 또는 대공극 흡착 수지는 일반적으로 탈색에 사용됩니다. 또한 일부 단백질을 제거할 수도 있습니다.

3.2 제품 및 불순물의 흡착:
특정 작용기를 가진 수지는 제거를 위해 표적 물질과 불순물에 선택적으로 결합하는 데 사용될 수 있습니다. 대공극 흡착 수지와 이온 교환 수지는 일반적으로 흡착에 사용되고, 그 다음에 용매 또는 산-염기 분석이 이어집니다.

3.3 크로마토그래피 분리:
이온 교환 수지 또는 대공극 수지는 특정 용량으로 제품과 불순물을 흡착하는 데 사용됩니다. 불순물은 구배 세척으로 제거하고 제품은 중간 농도의 용매 또는 산-염기 용액으로 분석합니다. 수지는 고농도의 용매 또는 산-염기 용액으로 재생됩니다.

3.4 크로마토그래피 분리:

3.4.1 담수화, 불순물 제거, 탈색 및 모액 회수를 위한 연속 크로마토그래피 SSMB;

3.4.2 중고압 제조 크로마토그래피.

4. 부탄디산의 합성생물학적 응용 

부탄디산의 하류 응용 분야는 주로 PBS와 BDO의 합성에 있습니다. "듀얼 카본" 정책의 배경을 바탕으로 생분해성 플라스틱은 생물 기반 분해성 플라스틱으로 전환되고 있으며, 생물 기반 PBS에 대한 미래 증분 시장을 개척하고 있습니다. BDO에 대한 기존 시장은 이미 거대하지만, 현재의 생산 방식은 "듀얼 카본" 개념과 맞지 않습니다.

PBS와 BDO 합성에 대한 하류 수요에 의해 주도되어, 특히 합성 생물학을 통해 생산된 부탄디오산에 대한 부탄디오산에 대한 엄청난 잠재 수요가 있습니다. 부탄디오산을 생산하는 전통적인 화학적 방법은 용량 확장이 제한적이며, 합성 생물학 방법은 이미 비용 이점을 입증하여 미래의 개발 추세가 되었습니다. 부탄디오산은 미래의 엄청난 하류 수요를 충족하기 위해 합성 생물학을 통해 생산될 것입니다.

부탄디산의 화학 합성법 (I)

화학 합성 방법 I: 전기화학적 방법은 전기화학적 산화환원 반응을 통해 부탄디산을 합성하는 방법입니다.

가장 큰 단점은 높은 에너지 소비와 정책적 제한, 높은 장비 비용, 복잡한 장비 작동과 같은 요소로 인해 대규모 생산과 산업적 생산에 적용하기 어렵다는 점입니다.

부탄디산의 화학 합성법 (II)

말레산 무수물의 수소화 반응은 촉매의 존재 하에 cis-부텐디산 무수물을 수소로 수소화하여 부탄디산을 생성하는 과정입니다.

이 반응은 특정 온도와 수소 압력에서 수행됩니다. 이 공정의 개발에 영향을 미치는 주요 제한 요인에는 과도한 탄소 배출, 순도 및 재 불순물 수율, 니켈 또는 기타 귀금속 촉매의 선택이 포함됩니다.

부탄디산의 합성생물학적 공정

부탄디산의 합성 생물학적 공정은 녹색이고 환경 친화적인 생산 방법입니다.

효모나 대장균과 같은 미생물의 대사공학에 미생물 균주를 사용하는 것은 그 과정 자체가 지속 가능하고 재생 가능하여 환경 오염을 크게 줄이고 지속 가능한 개발을 위한 더 나은 솔루션을 제공합니다.

생물학적 합성 과정에서 균주는 유전적으로 변형되고 조절될 수 있으며, 심지어 혐기성 환경에서 인공 진화를 통해 성능을 최적화하여 부탄디산의 최고 수율을 생산하는 최적의 균주를 선택할 수 있습니다. 이를 통해 순도가 더 높고 화학적 오염이 없는 제품이 탄생합니다.