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座椅，變成梳子,、圓珠筆這些實實在在的東西,，在我們的生活中發(fā)揮作用，科技工作者進行了長時間的艱苦探索,。如果把這個探索過程比作一場長跑比賽,，那么參賽隊員是各國高分子材料領域的科研人員，比賽動力是保護環(huán)境的良好愿望,，而勝者胸前懸掛的金牌則代表了一個國家在高分子材料綠色合成領域的話語權,。
這場比賽早在20多年前就開始了，槍響之初,，一馬當先的是美國,、英國、日本等發(fā)達國家,，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，并將當時幾乎所有的醫(yī)用生物材料的專利權收入囊中,，在1200億美元的生物材料市場的爭奪戰(zhàn)中占據(jù)優(yōu)勢,。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。而我國當時對這一研究的重視程度不夠,，使我們的研究落后了,。
轉機出現(xiàn)在1996年。國家“九五”科技攻關項目中,，“可生物降解塑料”的課題被列入其中,，由清華大學生物系,、化工系和高分子研究所以及中科院微生物所組成聯(lián)合攻關小組,，開始了對PHA生物聚酯材料的探索。
面對落后的形勢,，能否趕上先進國家的研究水平,、開發(fā)出新的生物材料，這是擺在攻關小組面前的嚴峻考驗,。
已經(jīng)開發(fā)出的PHB生物塑料存在的最大問題就是機械加工性能不好,，這就使它們很難與一般的化學合成塑料競爭，真正應用到生活中,。攻關小組利用后發(fā)優(yōu)勢,，將自己的攻關目標定位于改進工藝成本、降低材料價格,，并爭取開發(fā)出新一代PHA材料,。清華大學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，由生物系負責菌種的篩選和轉基因菌種的構建,，在實驗室條件下開發(fā)出了新材料的發(fā)酵工藝,，化工系將實驗室生產(chǎn)的工藝建立放大模型，將放大中可能出現(xiàn)的技術問題作了充分的估計,，高分子研究所則負責成型的材料在多個領域的開發(fā)應用工作,，一場生物塑料的科技攻堅戰(zhàn)就此打響。
攻關戰(zhàn)役的第一仗是要找到合成材料的細菌,。那時新型PHA材料只能通過昂貴的化學手段得到,，如何找到新型PHA的生產(chǎn)菌，并對這種細菌進行轉基因構建,，使它合成的PHA材料含量更高,，這是攻關小組面臨的最棘手的難題。攻關小組成員經(jīng)過3年多的艱苦研究試驗,，創(chuàng)新地開發(fā)出傅立葉紅外技術,，使快速大量篩選細菌成為可能，通過這項技術,，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，接下來就要進行一系列的轉基因工作。也就是將野生菌中有利于合成PHA的基因提取出來,，轉移到能夠大量繁殖的生產(chǎn)菌中,，這對高效生產(chǎn)PHA極其重要。
攻關人員從改變細菌繁殖原料入手,，通俗地說,，就是讓細菌換一種東西吃。第一代PHA材料是以蔗糖和葡萄糖為原料的,，成本比較高,。攻關小組通過基因的改造技術，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。攻關小組還通過特定基因的表達,，使生產(chǎn)菌的細胞壁在生長后期變得更容易破裂,，使細胞內(nèi)PHA顆粒更容易釋放出來，降低了提取難度,，從而進一步降低了材料成本,。
攻關小組通過實驗室的研究，成功開發(fā)出第三代PHA材料PHBHHx,。并且與廣東江門生物技術開發(fā)中心合作,，實現(xiàn)了PHBH鄄Hx的中試生產(chǎn)，最后在25噸的發(fā)酵罐中實現(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，整個攻關項目歷時5年,，于2001年完成,。相比國外的同類研究成果，清華開發(fā)的材料各項指標均占優(yōu)勢,，而成本更低,。據(jù)報道，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,。
縱觀整個攻關過程,，項目最重要的成果，是發(fā)現(xiàn)了新型PHA材料的組織工程應用,，這項成果對開發(fā)生物聚酯的高附加值應用提供了一個很好的啟示,。
2004年8月,，生物聚酯國際會議在清華舉行，這標志著我國在PHA領域的研究技術已經(jīng)站在了世界的前列,。但攻關小組沒有放慢腳步,，陳國強說，要想讓生物塑料真正能夠應用到現(xiàn)實中,，還要進一步采用新的分子生物學技術提高生產(chǎn)菌種的生產(chǎn)效率,，進一步擴大生產(chǎn)規(guī)模，降低價格,。同時,，PHA領域的競爭特別激烈，專利技術你中有我,，我中有你,。所以,，國際合作也是推動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)設備進行另一種新型的PHA產(chǎn)品的批量生產(chǎn),，以此來推動PHA材料應用的進程。
奧運會座椅細菌制造
據(jù)有關方面統(tǒng)計,，2008年的北京奧運場館共需10萬把臨時塑料座椅,，這些座椅大多只是在這次奧運會比賽期間使用，會后,，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,，全部銷毀又一時無法降解,，嚴重影響環(huán)境。現(xiàn)在中國科學家已經(jīng)找到一種新材料來解決這個難題——
能不能找到一種既有化學合成塑料同樣的強度和使用功能,，又能輕松降解的材料來為奧運服務呢,？清華大學生命科學院的陳國強教授的答案是，已經(jīng)研究成功了這樣的材料,，他們正在爭取使2008年奧運會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，而是細菌,。當然,，不是活的細菌,，而是從特定的細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菌,，猶如一座座“微型塑料加工廠”，將攝取的有機物質轉化為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,，你很難將它們和細菌聯(lián)想到一起,。
這些用品使用完后，只要把它們?nèi)拥郊毦銐蚨嗟牡胤?，如臭水溝或垃圾場,，其他的細菌就會將其吃掉。它們還可以和別的垃圾一起回收堆放,，在堆放中會慢慢消失,。
也許有人會擔心，生物塑料制品會不會在正常使用的過程中就自己消失了呢,？陳國強說,，這種情況實際上不會出現(xiàn)，因為日常環(huán)境下沒有那么多細菌,，所以不必擔心生物塑料制品常態(tài)下自然消失,。
