為了能讓生物塑料從一種人們不熟悉的概念材料變成奧運(yùn)座椅，變成梳子,、圓珠筆這些實(shí)實(shí)在在的東西,，在我們的生活中發(fā)揮作用，科技工作者進(jìn)行了長時(shí)間的艱苦探索,。如果把這個(gè)探索過程比作一場長跑比賽,，那么參賽隊(duì)員是各國高分子材料領(lǐng)域的科研人員，比賽動(dòng)力是保護(hù)環(huán)境的良好愿望,，而勝者胸前懸掛的金牌則代表了一個(gè)國家在高分子材料綠色合成領(lǐng)域的話語權(quán),。
這場比賽早在20多年前就開始了，槍響之初,，一馬當(dāng)先的是美國,、英國、日本等發(fā)達(dá)國家,，它們憑借雄厚的資金和科技力量,，率先開發(fā)出了數(shù)種聚酯高分子材料，并將當(dāng)時(shí)幾乎所有的醫(yī)用生物材料的專利權(quán)收入囊中,，在1200億美元的生物材料市場的爭奪戰(zhàn)中占據(jù)優(yōu)勢(shì),。最近,，美國的CargillDow公司已經(jīng)形成了年產(chǎn)量14萬噸生物聚酯聚乳酸的生產(chǎn)能力。而我國當(dāng)時(shí)對(duì)這一研究的重視程度不夠,，使我們的研究落后了,。
轉(zhuǎn)機(jī)出現(xiàn)在1996年。國家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目中,，“可生物降解塑料”的課題被列入其中,，由清華大學(xué)生物系、化工系和高分子研究所以及中科院微生物所組成聯(lián)合攻關(guān)小組,，開始了對(duì)PHA生物聚酯材料的探索,。
面對(duì)落后的形勢(shì)，能否趕上先進(jìn)國家的研究水平,、開發(fā)出新的生物材料,，這是擺在攻關(guān)小組面前的嚴(yán)峻考驗(yàn)。
已經(jīng)開發(fā)出的PHB生物塑料存在的最大問題就是機(jī)械加工性能不好,，這就使它們很難與一般的化學(xué)合成塑料競爭,，真正應(yīng)用到生活中。攻關(guān)小組利用后發(fā)優(yōu)勢(shì),，將自己的攻關(guān)目標(biāo)定位于改進(jìn)工藝成本,、降低材料價(jià)格，并爭取開發(fā)出新一代PHA材料,。清華大學(xué)的科研人員充分利用不同合作單位包括國際合作的資源優(yōu)勢(shì),，由生物系負(fù)責(zé)菌種的篩選和轉(zhuǎn)基因菌種的構(gòu)建，在實(shí)驗(yàn)室條件下開發(fā)出了新材料的發(fā)酵工藝,，化工系將實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的工藝建立放大模型,，將放大中可能出現(xiàn)的技術(shù)問題作了充分的估計(jì)，高分子研究所則負(fù)責(zé)成型的材料在多個(gè)領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用工作,，一場生物塑料的科技攻堅(jiān)戰(zhàn)就此打響,。
攻關(guān)戰(zhàn)役的第一仗是要找到合成材料的細(xì)菌。那時(shí)新型PHA材料只能通過昂貴的化學(xué)手段得到,，如何找到新型PHA的生產(chǎn)菌,，并對(duì)這種細(xì)菌進(jìn)行轉(zhuǎn)基因構(gòu)建，使它合成的PHA材料含量更高,，這是攻關(guān)小組面臨的最棘手的難題,。攻關(guān)小組成員經(jīng)過3年多的艱苦研究試驗(yàn)，創(chuàng)新地開發(fā)出傅立葉紅外技術(shù),，使快速大量篩選細(xì)菌成為可能,，通過這項(xiàng)技術(shù)，最終找到了能夠有效合成新型PHA的生產(chǎn)菌,。
找到野生菌后,，接下來就要進(jìn)行一系列的轉(zhuǎn)基因工作,。也就是將野生菌中有利于合成PHA的基因提取出來，轉(zhuǎn)移到能夠大量繁殖的生產(chǎn)菌中,，這對(duì)高效生產(chǎn)PHA極其重要,。
攻關(guān)人員從改變細(xì)菌繁殖原料入手，通俗地說,，就是讓細(xì)菌換一種東西吃,。第一代PHA材料是以蔗糖和葡萄糖為原料的，成本比較高,。攻關(guān)小組通過基因的改造技術(shù),，讓篩選出的生產(chǎn)菌以廢糖蜜，就是甘蔗制糖剩下的渣滓為原料,，最終使PHA成本降低到每公斤50元,。攻關(guān)小組還通過特定基因的表達(dá)，使生產(chǎn)菌的細(xì)胞壁在生長后期變得更容易破裂,，使細(xì)胞內(nèi)PHA顆粒更容易釋放出來，降低了提取難度,，從而進(jìn)一步降低了材料成本,。
攻關(guān)小組通過實(shí)驗(yàn)室的研究，成功開發(fā)出第三代PHA材料PHBHHx,。并且與廣東江門生物技術(shù)開發(fā)中心合作,，實(shí)現(xiàn)了PHBH鄄Hx的中試生產(chǎn)，最后在25噸的發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)了PHBHHx的工業(yè)化生產(chǎn),。
通過與產(chǎn)業(yè)化合作企業(yè)的共同努力,，清華大學(xué)以及中科院微生物所都各自完成了兩種新型PHA材料的放大工作，整個(gè)攻關(guān)項(xiàng)目歷時(shí)5年,，于2001年完成,。相比國外的同類研究成果，清華開發(fā)的材料各項(xiàng)指標(biāo)均占優(yōu)勢(shì),，而成本更低,。據(jù)報(bào)道，英國同類材料的生產(chǎn)成本為每公斤17至22美元,，而清華的估算成本每公斤不到50元人民幣,，具有國際競爭力，產(chǎn)品目前已經(jīng)出口美國,。
縱觀整個(gè)攻關(guān)過程,，項(xiàng)目最重要的成果，是發(fā)現(xiàn)了新型PHA材料的組織工程應(yīng)用,，這項(xiàng)成果對(duì)開發(fā)生物聚酯的高附加值應(yīng)用提供了一個(gè)很好的啟示,。
2004年8月,，生物聚酯國際會(huì)議在清華舉行，這標(biāo)志著我國在PHA領(lǐng)域的研究技術(shù)已經(jīng)站在了世界的前列,。但攻關(guān)小組沒有放慢腳步,，陳國強(qiáng)說，要想讓生物塑料真正能夠應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中,，還要進(jìn)一步采用新的分子生物學(xué)技術(shù)提高生產(chǎn)菌種的生產(chǎn)效率,，進(jìn)一步擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，降低價(jià)格,。同時(shí),，PHA領(lǐng)域的競爭特別激烈，專利技術(shù)你中有我,，我中有你,。所以，國際合作也是推動(dòng)PHA產(chǎn)業(yè)化的重要一環(huán),。目前,，清華已經(jīng)聯(lián)合了一家大型制藥企業(yè)，利用該企業(yè)現(xiàn)成的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行另一種新型的PHA產(chǎn)品的批量生產(chǎn),，以此來推動(dòng)PHA材料應(yīng)用的進(jìn)程,。
奧運(yùn)會(huì)座椅細(xì)菌制造
據(jù)有關(guān)方面統(tǒng)計(jì)，2008年的北京奧運(yùn)場館共需10萬把臨時(shí)塑料座椅,，這些座椅大多只是在這次奧運(yùn)會(huì)比賽期間使用,，會(huì)后，這10萬把座椅就派不上用場,。
如何處置這些閑置的座椅成了讓人頭痛的問題,，堆積起來沒有那么大的場地，全部銷毀又一時(shí)無法降解,，嚴(yán)重影響環(huán)境?，F(xiàn)在中國科學(xué)家已經(jīng)找到一種新材料來解決這個(gè)難題——
能不能找到一種既有化學(xué)合成塑料同樣的強(qiáng)度和使用功能，又能輕松降解的材料來為奧運(yùn)服務(wù)呢,？清華大學(xué)生命科學(xué)院的陳國強(qiáng)教授的答案是,，已經(jīng)研究成功了這樣的材料，他們正在爭取使2008年奧運(yùn)會(huì)所有的塑料制品都由這種新材料制造,。
這種新型的材料叫做生物塑料,，用它制造的塑料產(chǎn)品從制造到降解都做到了無污染，是一種真正意義上的環(huán)保產(chǎn)品,。
生物塑料的原料不是不可再生的石油,，而是細(xì)菌。當(dāng)然,，不是活的細(xì)菌,，而是從特定的細(xì)菌中提取出的有用成分,。這些生活在土壤、污水處理池和海洋中的細(xì)菌,，猶如一座座“微型塑料加工廠”,，將攝取的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為PHA顆粒貯存在體內(nèi)。人們將這些PHA顆粒提取合成,，就能制成“生物塑料”,，加工成形狀各異、用途不同的塑料制品,。
生物塑料除了可以制成比賽場館的座椅外,，還能制成表層涂著生物塑料材料的防漏紙杯、紙碗,，還有梳子,、圓珠筆等日常用品，甚至還有醫(yī)療上使用的人工食道,。這些樣品的外觀與手感同正常塑料制品完全一樣,，拿在手中，你很難將它們和細(xì)菌聯(lián)想到一起,。
這些用品使用完后,，只要把它們?nèi)拥郊?xì)菌足夠多的地方，如臭水溝或垃圾場,，其他的細(xì)菌就會(huì)將其吃掉。它們還可以和別的垃圾一起回收堆放,，在堆放中會(huì)慢慢消失,。
也許有人會(huì)擔(dān)心，生物塑料制品會(huì)不會(huì)在正常使用的過程中就自己消失了呢,？陳國強(qiáng)說,，這種情況實(shí)際上不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)槿粘－h(huán)境下沒有那么多細(xì)菌,，所以不必?fù)?dān)心生物塑料制品常態(tài)下自然消失,。
