NAMI研细菌制染料减污染(图)
发布 : 2024-10-28 来源 : 明报新闻网
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明报记者 薛伟杰
摄影 赖俊杰
纳米及先进材料研发院（NAMI）技术经理柯颖年表示，从定义来说，可持续染料可来自植物、微生物、昆虫、贝壳生物，甚至矿物等。但实际上，昆虫类染料、贝壳类染料、矿物类染料的产量十分有限，生产成本亦较高，纺织制衣业使用的可持续染料主要来自植物类染料。近100年，植物类染料产量亦无?x??付纺织制衣业的产量，主要只在小规模生产的艺术品或手工艺品使用；工业化生产的纱线和成衣绝大多数都是使用化学染料（又称「合成染料」）。
两年后有望商业化
植物类染料的色牢度亦较差，可能在洗涤或阳光暴晒下褪色。此外，还有多个缺点，包括：植物收成时间长；受气候和环境限制，产量不稳定；成本偏高；每批次的颜色不统一；需要很大的种植面积；会消耗部分粮食或中草药，有与民争粮、与粮争地等问题。这些都限制了植物类染料的应用。
至于以微生物制造可持续染料的研究，在1990年代便开始受到关注，主要是利用细菌、真菌、微藻等天然微生物生产环保染料。其中又以细菌最为主流。因为细菌繁殖快速，容易控制和培养，在大量生产中具优势。除了使用天然菌株外，研究人员亦会创建基因改造细菌，以加强染料的能力。其中一种常用方式，就是以经过基因改造的大肠杆菌作载体，以某种胺基酸作基材。前者经过改造的基因会产生某些?蛋白作催化剂，将那种胺基酸转化成为预先设想的色素。
藉基因改造提升细菌效率
要让细菌产生色素，需要提供适合的生长环境，包括：温度、酸硷值（pH）、氧气浓度、营养物质。在特定情?下，还需要增加额外的刺激。例如，限制营养、改变盐度、增添金属离子等。至于细菌的色素提取则相对容易。但要获得高纯度的色素，通常都需经过多道工序，包括杀菌，以及用水清洗杂质。
NAMI大约两年前开始这方面的研究。现时已经发现很多可生产色素的微生物，并正在培养能够产出红、黄、蓝三种主色色素的细菌，尤其是广泛应用于牛仔衫裤的靛蓝色。NAMI设计和构建生产靛蓝色素的基因改造细菌，嵌入两组特别的基因，以产生两种高效率的?蛋白作催化剂，令靛蓝色素的含量达到大约30%，是植物提取靛蓝的1.5倍。
正向中美欧等地申请专利
NAMI的另一项突破，是通过在同一种细菌的培养过程中加入某些添加剂，改变染料中红色素和蓝色素的比例，令色调可控及更丰富。现时，NAMI正在中国内地、美国及欧盟等地区申请专利。除了色素含量较高外，NAMI以基因改造细菌生产的靛蓝染料，每5日至7日就可以收获。从植物提取的靛蓝染料，则需要一年才可收获。植物的生长受气候和环境影响，可能不太稳定。细菌制造的染料，则可以透过准确控制各种培养条件，重复产出，所需的面积亦比种植植物小。此外，植物染料的色彩范围有限，细菌制造的染料可以透过基因工程定向设计及在细菌培养过程中添加活性物质，来控制染料的色调，染料的颜色比较丰富。
植物染料有时染上布后色彩不均匀，色牢度也较差，可能在洗涤或阳光暴晒下褪色，影响持久性，亦有可能引发过敏反应。NAMI以基因改造细菌制造的染料染上织物后色彩均匀，水洗色牢度和摩擦色牢度达ISO 105标准的4至5级，亦不会引起皮肤刺激和致敏反应，符合ISO 10993标准。
以基因改造细菌来制造染料，排放物可能有水、有机副产物、残留的细胞等，但不会释放有毒金属、强酸、强硷等。相对于生产化学染料，这些排放物已少得多和环保得多。NAMI已成功将细菌产生的可持续染料应用在棉、麻、Tencel、真丝、羊毛等天然纤维上，但暂时未在化学纤维上试验。