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　　培養(yǎng)細(xì)菌，將其轉(zhuǎn)化為塑料原料，可以用來(lái)制作薄膜、杯子、包裝袋等各種制品。當(dāng)這些產(chǎn)品被棄用時(shí)，只需要1~2周便能降解為水和二氧化碳。更有趣的是，如果阻斷并控制其降解過(guò)程，還能轉(zhuǎn)化為治療老年癡呆的藥物，或是用來(lái)制作可降解的手術(shù)植入材料。這就是生物基產(chǎn)品。
本報(bào)記者 童岱
　　如果有人告訴你，你用于喝水的杯子可能是以大腸桿菌為“原料”制作的，你還敢喝嗎？
事實(shí)上，食品包裝袋、塑料杯子、塑料膜等塑料制品，其主要材料來(lái)源，可以就是細(xì)菌本身。當(dāng)這些以生物基材料制作的產(chǎn)品被棄用時(shí)，可以在不長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)降解為水和二氧化碳，甚至通過(guò)一定技術(shù)手段，還能轉(zhuǎn)化為提高記憶力的藥物。
　　1月16日，記者走進(jìn)清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室，探訪了這一以細(xì)菌為基本原料的生物化工，這種基于生物基材料的技術(shù)在世界范圍方興未艾，也是一條有望取代石油化工的綠色低碳之路。
細(xì)菌變身塑料
　　清華的微生物實(shí)驗(yàn)室已有28年歷史，由多間房子組成，每個(gè)房間內(nèi)都擺有不同功用的儀器。而穿梭在各個(gè)房間的學(xué)生，正在進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)工作。陳國(guó)強(qiáng)教授是這里的負(fù)責(zé)人，巧合的是，他在工業(yè)生物技術(shù)和合成生物學(xué)領(lǐng)域也已經(jīng)做了28年的科研工作。
　　“大腸桿菌、假單胞菌等一些令人們避之不及的細(xì)菌，因?yàn)槠涮赜械纳锾匦院徒M成，非常適合作為生物基材料的來(lái)源?！标悋?guó)強(qiáng)說(shuō)，這些細(xì)菌本身的存在僅是為了生存，而要發(fā)揮其特有的效益，就要將其改造，讓它為“成為塑料而活”。
　　記者在實(shí)驗(yàn)室的墻壁上看到，利用細(xì)菌生產(chǎn)塑料的環(huán)節(jié)極其復(fù)雜，看上去就好像一個(gè)煩瑣的電路圖一樣。而這里的科研人員，在篩選好合適的細(xì)菌種類后，會(huì)對(duì)其進(jìn)行基因改造和基因刪除，保留少數(shù)滿足其生存的必要條件，同時(shí)剔除掉其和生產(chǎn)塑料無(wú)關(guān)的基因。
　　陳國(guó)強(qiáng)指著實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的培養(yǎng)皿說(shuō)，被“修理”后的細(xì)菌將放入這里面培養(yǎng)，它的繁殖速度非常驚人，1變2、2變4、4變16……隨后便開始爆炸性的增長(zhǎng)。等其繁殖到一定數(shù)量后，科研人員會(huì)將其接種到發(fā)酵罐中繼續(xù)繁殖。接著再“搬遷”到更大容量的“種子罐”，同時(shí)控制更適宜細(xì)菌繁殖的溫度和pH值等有利條件。
　　然后，這些在“種子罐”拼命繁殖的細(xì)菌，將被采用沉淀技術(shù)或離心機(jī)設(shè)備分離掉其水分，再使用相關(guān)技術(shù)，從它們身上提取出有用的部分，這便是生物基塑料的原料，可以制作成杯子、薄膜、包裝袋等。
　　“這些技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，也讓許多企業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣。國(guó)內(nèi)許多相關(guān)的企業(yè)常常從我們這里購(gòu)買技術(shù)，然后進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的嘗試，并取得了很實(shí)質(zhì)的效果，產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合也讓我們的技術(shù)在世界范圍內(nèi)保持。”陳國(guó)強(qiáng)說(shuō)。
“綠色能量”減少污染
　　即便你對(duì)生物基產(chǎn)品完全沒有概念，但其早已滲透進(jìn)我們的生活。比如酒，對(duì)好多人來(lái)說(shuō)是飯桌上不可或缺的飲品，其實(shí)它也是生物發(fā)酵的產(chǎn)物，屬于生物基產(chǎn)品。過(guò)去，人們常常利用酵母釀造酒釀，而在酵母的基因圖譜繪制完成之后，人們便可以對(duì)其進(jìn)行基因改造，生產(chǎn)出完全不同于酒精的丙二醇，而這可以用來(lái)制作服裝面料的可再生纖維。
　　人類利用生物質(zhì)材料（如棉、麻、毛、絲、木材等）已有幾千年的歷史，但由于以石油和煤等化石資源為原料而發(fā)展起來(lái)的化工材料，更大地促進(jìn)了人類文明和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得生物質(zhì)資源的利用被逐漸淡化。
　　目前，化石資源的日漸枯竭使得化工材料的發(fā)展面臨嚴(yán)重的資源危機(jī)，同時(shí)，石油化工材料的不可生物降解性嚴(yán)重污染了人類的生存環(huán)境。面對(duì)資源與環(huán)境的雙重壓力，人類需要迫切尋找能夠替代化石資源的可再生資源。
　　中科院過(guò)程工程研究所生化工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任陳洪章研究員在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪時(shí)表示，相比于化石資源，生物質(zhì)資源是可再生的有機(jī)物質(zhì)，包括農(nóng)產(chǎn)品及農(nóng)業(yè)廢棄物、木材及其廢棄物、動(dòng)物廢棄物等，而生物基材料就是以可再生的生物質(zhì)為原料，利用物理、化學(xué)、生物等轉(zhuǎn)化技術(shù)加工成的各種產(chǎn)品。因此，基于生物質(zhì)資源的生物基材料成為目前世界各國(guó)研究、開發(fā)、應(yīng)用的重點(diǎn)。
　　目前的生物基材料，包括聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）、丁二酸丁二醇共聚物（PBS）、二氧化碳共聚物（PPC）、3-丙二醇共聚物（PTT）、生物乙烯（Bio-PE）和淀粉基材料等。
　　這些看似生澀的名詞，正在悄然改變我們對(duì)于生態(tài)的認(rèn)識(shí)，其蘊(yùn)涵的“綠色能量”將極大地減少人類對(duì)于環(huán)境的破壞。
　　陳國(guó)強(qiáng)給記者舉了一個(gè)例子，PHA制作的塑料產(chǎn)品，當(dāng)棄用之后，采用垃圾堆肥處理（利用垃圾或土壤中存在的細(xì)菌、真菌等微生物，使垃圾中的有機(jī)物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)而降解），只需要1~2周的時(shí)間就能降解為水和二氧化碳，屬于環(huán)境友好型材料。若是石油化工生產(chǎn)的塑料產(chǎn)品，其降解可能需要數(shù)百年的時(shí)間。
　　另外，PHA在降解的過(guò)程中可以通過(guò)某些技術(shù)手段控制其降解過(guò)程，會(huì)得到一種單體3-羥基丁酸，轉(zhuǎn)化率在90%以上。這實(shí)際上是一種藥物，可以治療老年癡呆。此外，還可以作為植入手術(shù)的材料，比如制作成“骨釘”，可以植入身體固定受損的骨骼，待骨骼愈合后，這顆“釘子”不用再拿出來(lái)，會(huì)隨著時(shí)間推移自然降解消失不見。
取之不盡用之不竭？
　　有什么方法，可以將龍蝦和高爾夫球聯(lián)系起來(lái)？美國(guó)緬因大學(xué)龍蝦研究所所長(zhǎng)鮑勃·拜爾就實(shí)現(xiàn)了這樣一個(gè)天馬行空的想法。他和他的學(xué)生，從ebay（購(gòu)物網(wǎng)站）淘來(lái)了高爾夫球模具，然后使用龍蝦殼、天然粘合劑研發(fā)出新型的環(huán)保高爾夫球。顯然，這位教授將本應(yīng)扔進(jìn)垃圾箱的海鮮廢料變成了高附加值的產(chǎn)品。
　　好的想法，配上好的技術(shù)，基于生物質(zhì)的生物基材料的潛力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們的想象。據(jù)估計(jì)，地球上的植物通過(guò)光合作用，每年所生成的生物質(zhì)總量約為2×1011噸；再生纖維素纖維的原料農(nóng)作物秸稈、樹木，世界資源量有550億噸，我國(guó)有30億噸；再生多糖纖維的原料海洋貝類、海藻世界資源量分別有100億噸、130億~150億噸，我國(guó)均有10億噸。
　　生物基材料具有現(xiàn)在石油基產(chǎn)品的所有功能，因此應(yīng)用范圍能夠涵蓋石油基產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域，包括建材、紡織、家具、裝修、兒童玩具、包裝材料、汽車部件、電器外殼、交通設(shè)施、裝飾擺件等各領(lǐng)域。
　　陳洪章告訴記者，在他研究的領(lǐng)域中，木質(zhì)素基材料便是其一，這是一種基于農(nóng)作物秸稈資源的綜合利用。利用這種材料制作的無(wú)醛膠黏劑，零甲醛，用于纖維板、膠合板等的生產(chǎn)；酚醛樹脂膠黏劑，游離醛及游離酚含量更低，使得在生產(chǎn)過(guò)程中和產(chǎn)成品的使用過(guò)程中，有毒氣體釋放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)，用于膠合板、碎料板的生產(chǎn)；酚醛樹脂泡沫保溫板，可以替代不可再生的石油資源，有效地降低成本，其耐腐蝕、耐熱，而且難燃自熄、低煙霧，是集防火、保溫、節(jié)能、環(huán)保為一體的新型建筑材料。
　　陳洪章及其團(tuán)隊(duì)還開拓了汽爆技術(shù)在生物基材料領(lǐng)域的開創(chuàng)性應(yīng)用，比如，用在了我們所穿的麻質(zhì)衣物上。
　　我國(guó)是麻類纖維豐富的，傳統(tǒng)的利用方式主要是制繩、制麻袋和織麻布。隨著人們生活方式和生活觀念的轉(zhuǎn)變，人們更加崇尚自然，崇尚返璞歸真，大麻纖維這種古老的紡織原料因其特有的優(yōu)異性能重新贏得了人們的青睞。
　　大麻織物滑爽、防霉抑菌、吸濕散濕快、透氣性好、高效阻隔紫外線，適宜作為夏季服裝和床上用品。但大麻脫膠困難，傳統(tǒng)脫膠方式為化學(xué)法脫膠，環(huán)境污染嚴(yán)重，汽爆脫膠與化學(xué)脫膠相比，可節(jié)省60%的能耗，每噸原麻可節(jié)省0.2噸的堿，汽爆脫膠每噸原料可節(jié)省200噸水；不排放有毒廢水，不污染環(huán)境，更加綠色環(huán)保。
取代石油基產(chǎn)品暫時(shí)沒戲
　　“能夠肯定的是，和現(xiàn)在的石油基材料相比，生物基材料所帶來(lái)的好處非常多，可以減少對(duì)石油的依賴程度，但短期內(nèi)還無(wú)法取代?！标悋?guó)強(qiáng)談到，盡管生物基材料的生產(chǎn)過(guò)程溫和，無(wú)須高溫、高壓以及有機(jī)溶劑的化工生產(chǎn)，符合低碳排放的要求。但技術(shù)和成本問題還未解決。
　　轉(zhuǎn)化率能否提高決定著成本是否能降低。他舉例說(shuō)，PHA除了能用細(xì)菌提取，還可以利用淀粉來(lái)轉(zhuǎn)化。3噸淀粉能轉(zhuǎn)化1噸PHA原料，1噸淀粉的成本就是4000元，3噸就是1.2萬(wàn)元，這還不包括制作工藝和其他相關(guān)費(fèi)用，相對(duì)于石油基產(chǎn)品就貴得多。但目前的轉(zhuǎn)化率還有一定的提高空間，這依賴于技術(shù)進(jìn)步。
　　“除了成本問題，PHA的技術(shù)水準(zhǔn)和性能也有待提高，暫時(shí)還比不過(guò)石油基產(chǎn)品?！眹?guó)際食品包裝協(xié)會(huì)秘書長(zhǎng)董金獅對(duì)本報(bào)記者談到，PHA目前的技術(shù)水準(zhǔn)還達(dá)不到商用的標(biāo)準(zhǔn)，其耐熱性較差，用在食品包裝方面就容易出問題。陳洪章認(rèn)為，生物基產(chǎn)品與石油基產(chǎn)品相比，關(guān)鍵是價(jià)格問題。
　　從較長(zhǎng)一段時(shí)間看，隨著石油資源的日益短缺，石油基產(chǎn)品漲價(jià)是必然趨勢(shì)，這將有利于生物基產(chǎn)品的發(fā)展，當(dāng)石油價(jià)格高到一定程度后，就有可能用生物基產(chǎn)品替代石油基產(chǎn)品。因此，生物基產(chǎn)品終替代石油基產(chǎn)品也是一個(gè)必然的趨勢(shì)，只是時(shí)間問題。