合成生物学驱动的新材料创新研究

朱孟宇1，戈钧1,2,3，黄海霞,4，张闳肆5（1.清华大学化学工程系/工业生物催化教育部重点实验室；2.绿色生物制造全国重点实验室；3.清华大学合成与系统生物学研究中心；4.中国石油天然气集团有限公司；5.中国工程院战略咨询中心）

摘要：合成生物学作为一门新兴前沿交叉学科，正逐渐成为驱动新材料绿色创新的关键引擎。合成生物学方法依托“设计-构建-测试-学习”（DBTL）循环体系，通过基因路线重构、代谢途径优化与高性能酶设计，构建可预测、可调控的微生物细胞工厂，为材料制造开辟了向生物基材料跨越的新路径。本文系统梳理了合成生物学赋能新材料的技术基础，重点分析了微生物细胞工厂合成新材料的机理、生物合成的优势，以及关键生物元件在新材料合成中的功能。在此基础上，综述了合成生物学在生物基材料、智能与功能材料、材料循环与生物降解材料等领域的典型应用，揭示了合成生物制造在材料绿色化和智能化转型中的重要作用。最后，展望了该领域的未来发展趋势并提出发展建议。合成生物学驱动新材料创新需进一步加强多学科交叉融合、加速科技成果产业化转化、推进平台化与模块化开发策略，从而为我国实现“双碳”目标与新材料产业的高质量发展提供科技支撑和战略保障。

关键词：合成生物学；微生物细胞工厂；新材料；生物基材料