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材料与生物学科实现对接

中国化工报 2003年03月19日

　　随着“白色污染”问题在全球引发的广泛关注，生产廉价、生物可降解的高分子材料已成为近些年国际上的研发热点。清华大学在“九五” 期间与企业联合攻关，在国际上率先掌握了第三代生物塑料PHBHHx(羟基丁酸酯和羟基己酸酯的共聚物)的工业化制造技术，由陈国强教授主持开发的“生物塑料PHBHHx的研制与开发”项目也获得2002 年国家技术发明二等奖。拥有第三代生物塑料PHBHHx技术的意义是什么？记者就此采访了陈国强教授。

　　陈教授介绍说，该技术的开发成功表明材料学科在生物材料方面已经得到很大发展。要了解PHBHHx，需要从聚羟基脂肪酸(PHA)谈起。 PHA是由微生物合成的一种天然高分子生物材料，有良好的生物相容性、生物可降解性和塑料的热加工性能，可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，因而成为目前生物材料领域最为活跃的研究热点。另外，PHA 还具有非线性光学活性、压电性、生物相容性和智能性等许多高附加值性能，使其在包装材料、粘合材料、电子产品、耐用消费品、农业产品、自动化产品和化学药物中间体等领域有着广泛的应用前景。

　　国际上最先实现产业化的PHA是PHB(聚羟基丁酸酯)，又称为第一代生物塑料，由奥地利林茨化学集团于1985年形成20吨／年的规模。第二代生物塑料PHBV(羟基丁酸和羟基戊酸的共聚物)，由原英国的ICI 公司于1987年形成1000吨／年的产能。至目前，国外在PHA的工业化生产方面依然停留在这一水平。清华大学在国家“九五”攻关项目——可降解生物塑料研制及应用的过程中，与合作企业经过数年的艰苦攻关，于1999年在世界上首次成功地进行了第三代生物塑料PHBHHx的工业化生产，使我国在PHA工业化生产领域跨入世界先进水平行列。

　　与第一、二代生物塑料相比，第三代生物塑料PHBHHx具有更佳的加工性能和生物相容性，应用也更为广泛，可用于生产可降解的包装薄膜、高档包装材料和复合材料、高级化妆品容器、作为药物或农药的缓释载体等。特别是在医用材料领域，清华大学首次发现该材料具有比传统医用材料PLA(聚乳酸)更好的生物相容性，如PHBHHx对成纤维细胞、成骨细胞、软骨细胞、神经细胞和干细胞等有生长促进作用，同时没有凝血效应，可望开发成为新的医学可植入材料。目前他们已经拥有了一系列PHBHHx作为新一代生物医用材料的知识产权，包括10项专利申请，2 项授权专利。

　　陈教授介绍，生产PHBHHx的关键是得到高产的合适的菌种。在自然界中能合成高产、高分子量PHB-H Hx的菌种凤毛麟角。陈教授领导的课题组在PHA研究中，开发成功了傅立叶红外无损探测技术检测细胞中的 PHA。课题组将此技术运用在PHBHHx合成菌的筛选上，成功地从数千个菌株中筛选得到了所需要的菌种。然后，利用混合碳源和两步法发酵方法得到高密度培养的菌体和PHBHHx，再在生产过程中采用表面活性剂与蛋白酶相结合、无机法和有机法相互补的提取工艺，最后得到高纯度的 PHA粉末。通过分子生物学和基因工程技术，陈教授所领导的研究小组构建成功了能合成不同性能PHBHHx的生产菌株，可以同时生产5种以上的PHB-HHx材料。

　　在对PHB及PHBHHx的加工改性研究中，该项目组突破国外通常使用的难以生物降解的化学增塑剂的限制，首次在PHA中分别引入了可生物降解的丁二酸和环氧大豆油作为增塑剂，提高了PHA的力学性能，而且对其生物可降解性无影响。在对新型材料PHBHHx进行的高附加值应用研究方面，通过将其与PHB共混，提高了PHB的生物相容性，拓展了PHB在组织工程中的应用。陈教授介绍说，目前，美国医用生物材料的市值已达1200亿美元，他相信我国在这方面的市场也有相当规模。

　　最近，借助基因工程技术，清华大学已经能合成出5种以上性能各异的PHBHHx新材料。利用该技术成立的联亿生物工程有限公司，一期投资1亿元建设的280吨／年的PHBHHx生产项目，将在今年8月份投产，在稳定生产半年后，二期规模将扩至5000吨／年。目前陈教授正与数家跨国公司包括美国宝洁、杜邦、罗门哈斯、Metab olix和Tepha等商谈合作进行PHA的开发应用。

　　陈教授认为，尽管生物材料研究已经取得了进展，但材料学科与生物学科的结合还远远不够，尚需共同合作进一步深入地研究和开发。如果说二十世纪推动材料学发展的是化学和物理学，那么生物学将是材料科学在二十一世纪发展的一股重要力量，生物材料应用必将成为最具有产业化前景的材料科学应用领域之一。

　　专家名片

　　陈国强清华大学微生物学教授，博士生导师。现任清华大学生物科学与技术系副主任、微生物研究室主任、清华大学生物系生物技术研究所副所长。主要从事微生物学、分子生物学以及生物材料技术的研究工作，曾主持并参与多项生物法合成新材料研究工作，有两项成果已经产业化；发表研究论文88篇，拥有发明专利12件，历获国家科技发明二等 奖和北京市科技进步一等奖。

材料与生物学科实现对接

中国化工报 2003年03月19日

　　随着“白色污染”问题在全球引发的广泛关注，生产廉价、生物可降解的高分子材料已成为近些年国际上的研发热点。清华大学在“九五” 期间与企业联合攻关，在国际上率先掌握了第三代生物塑料PHBHHx(羟基丁酸酯和羟基己酸酯的共聚物)的工业化制造技术，由陈国强教授主持开发的“生物塑料PHBHHx的研制与开发”项目也获得2002 年国家技术发明二等奖。拥有第三代生物塑料PHBHHx技术的意义是什么？记者就此采访了陈国强教授。

　　陈教授介绍说，该技术的开发成功表明材料学科在生物材料方面已经得到很大发展。要了解PHBHHx，需要从聚羟基脂肪酸(PHA)谈起。 PHA是由微生物合成的一种天然高分子生物材料，有良好的生物相容性、生物可降解性和塑料的热加工性能，可作为生物医用材料和生物可降解包装材料，因而成为目前生物材料领域最为活跃的研究热点。另外，PHA 还具有非线性光学活性、压电性、生物相容性和智能性等许多高附加值性能，使其在包装材料、粘合材料、电子产品、耐用消费品、农业产品、自动化产品和化学药物中间体等领域有着广泛的应用前景。

　　国际上最先实现产业化的PHA是PHB(聚羟基丁酸酯)，又称为第一代生物塑料，由奥地利林茨化学集团于1985年形成20吨／年的规模。第二代生物塑料PHBV(羟基丁酸和羟基戊酸的共聚物)，由原英国的ICI 公司于1987年形成1000吨／年的产能。至目前，国外在PHA的工业化生产方面依然停留在这一水平。清华大学在国家“九五”攻关项目——可降解生物塑料研制及应用的过程中，与合作企业经过数年的艰苦攻关，于1999年在世界上首次成功地进行了第三代生物塑料PHBHHx的工业化生产，使我国在PHA工业化生产领域跨入世界先进水平行列。