2025 年 6 月 17 日 ——加州大学欧文分校的一名材料科学家在内的研究团队设计了一个酵母平台，可以将废水中的人类尿液转化为羟基磷灰石，这是一种高价值、生物相容性的物质，可用于牙科和骨植入物、考古文物修复和其他应用。
在最近发表在《自然通讯》上的一篇论文中 ，研究人员对将尿液（可能严重破坏流域）转化为羟基磷灰石（HAp）的技术进行了技术经济分析。羟基磷灰石是一种磷酸钙矿物，预计到 2030 年其市场价值将超过 35 亿美元。该项目由美国能源部、国防高级研究计划局和空军科学研究办公室资助。
“这个过程同时实现了两个目标，”论文合著者、加州大学欧文分校材料科学与工程教授David Kisailus说道。“一方面，它有助于从废水中去除人类尿液，减轻环境污染和有害营养物质的积累；另一方面，它生产出一种可以在各种环境下进行商业化使用的材料。”
在《自然通讯》的论文中，他和他的合作者——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、日本北海道大学和东京农业技术大学的科学家——讨论了他们如何开发和评估一种基于合成酵母细胞的生物启发系统，他们称之为“osteoyeast”，以驱动尿液到HAp的转化。
在哺乳动物中，一种名为成骨细胞的特殊细胞会从体液中吸收磷酸钙，然后将其加工并分泌为羟基磷灰石 (HAp)。研究人员表示，成骨细胞不适合大规模工业化生产羟基磷灰石，因此他们转向了骨酵母。骨酵母利用酶分解尿素并提高周围环境的pH值。这会触发酵母体内的微小空腔，积聚钙和磷酸盐，然后这些钙和磷酸盐被分泌并结晶成羟基磷灰石。
科学家发现，他们的方法每升尿液可产生多达 1 克的 HAp。
“这种生产羟基磷灰石（又称骨矿物质）的工艺只需不到一天，”基萨卢斯说道。“它以酵母为底盘，价格低廉，而且可以放置在相对低温的大桶中——想想通过发酵工艺酿造的啤酒，而且规模化程度很高——这表明，这种方法无需大型基础设施即可轻松完成，而且还有一个额外的好处，那就是发展中经济体也能轻松利用。”
Kisailus 在研究晶体生长机制以及使用生物和仿生方法制造无机晶体材料方面拥有深厚的背景，他表示自己在该项目中的主要作用是评估骨酵母平台中的结晶途径。
据研究人员称，HAp复合材料重量轻，且具有显著的机械强度、韧性和耐久性。如果能够经济地大规模生产源自尿液的合成羟基磷灰石，它将可以成为塑料和其他建筑材料等商品的可再生和可生物降解的替代品。
“我将继续与本文的通讯作者、劳伦斯伯克利实验室的Yasuo Yoshikuni教授合作，利用这一工艺制造其他材料，包括用于能源应用的材料，”Kisailus说道。“我们目前正在制定策略，利用他的酵母平台以及我们的3D打印和结构知识，制造多功能结构化材料。”