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　　培養(yǎng)細(xì)菌，將其轉(zhuǎn)化為塑料原料，可以用來制作薄膜、杯子、包裝袋等各種制品。當(dāng)這些產(chǎn)品被棄用時，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程，還能轉(zhuǎn)化為治療老年癡呆的藥物，或是用來制作可降解的手術(shù)植入材料。這就是生物基產(chǎn)品。
本報記者 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？
事實上，食品包裝袋、塑料杯子、塑料膜等塑料制品，其主要材料來源，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，可以在不長的時間內(nèi)降解為水和二氧化碳，甚至通過一定技術(shù)手段，還能轉(zhuǎn)化為提高記憶力的藥物。
　　1月16日，記者走進清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物實驗室，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
　　清華的微生物實驗室已有28年歷史，由多間房子組成，每個房間內(nèi)都擺有不同功用的儀器。而穿梭在各個房間的學(xué)生，正在進行一系列的實驗工作。陳國強教授是這里的負(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，因為其特有的生物特性和組成，非常適合作為生物基材料的來源。”陳國強說，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”。
　　記者在實驗室的墻壁上看到，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，會對其進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，同時剔除掉其和生產(chǎn)塑料無關(guān)的基因。
　　陳國強指著實驗臺上的培養(yǎng)皿說，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。等其繁殖到一定數(shù)量后，科研人員會將其接種到發(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。國內(nèi)許多相關(guān)的企業(yè)常常從我們這里購買技術(shù)，然后進行產(chǎn)業(yè)化的嘗試，并取得了很實質(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。”陳國強說。
“綠色能量”減少污染
　　即便你對生物基產(chǎn)品完全沒有概念，但其早已滲透進我們的生活。比如酒，對好多人來說是飯桌上不可或缺的飲品，其實它也是生物發(fā)酵的產(chǎn)物，屬于生物基產(chǎn)品。過去，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，人們便可以對其進行基因改造，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)展起來的化工材料，更大地促進了人類文明和經(jīng)濟的發(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，同時，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。
　　中科院過程工程研究所生化工程重點實驗室副主任陳洪章研究員在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時表示，相比于化石資源，生物質(zhì)資源是可再生的有機物質(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研究、開發(fā)、應(yīng)用的重點。
　　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于生態(tài)的認(rèn)識，其蘊涵的“綠色能量”將極大地減少人類對于環(huán)境的破壞。
　　陳國強給記者舉了一個例子，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，使垃圾中的有機物發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)而降解），只需要1~2周的時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)百年的時間。
　　另外，PHA在降解的過程中可以通過某些技術(shù)手段控制其降解過程，會得到一種單體3-羥基丁酸，轉(zhuǎn)化率在90%以上。這實際上是一種藥物，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，會隨著時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？美國緬因大學(xué)龍蝦研究所所長鮑勃·拜爾就實現(xiàn)了這樣一個天馬行空的想法。他和他的學(xué)生，從ebay（購物網(wǎng)站）淘來了高爾夫球模具，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)超過我們的想象。據(jù)估計，地球上的植物通過光合作用，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)過程中和產(chǎn)成品的使用過程中，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。
　　陳洪章及其團隊還開拓了汽爆技術(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，生物基材料所帶來的好處非常多，可以減少對石油的依賴程度，但短期內(nèi)還無法取代?！标悋鴱娬劦?，盡管生物基材料的生產(chǎn)過程溫和，無須高溫、高壓以及有機溶劑的化工生產(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，PHA除了能用細(xì)菌提取，還可以利用淀粉來轉(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1.2萬元，這還不包括制作工藝和其他相關(guān)費用，相對于石油基產(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，暫時還比不過石油基產(chǎn)品。”國際食品包裝協(xié)會秘書長董金獅對本報記者談到，PHA目前的技術(shù)水準(zhǔn)還達不到商用的標(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)鍵是價格問題。
　　從較長一段時間看，隨著石油資源的日益短缺，石油基產(chǎn)品漲價是必然趨勢，這將有利于生物基產(chǎn)品的發(fā)展，當(dāng)石油價格高到一定程度后，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)品也是一個必然的趨勢，只是時間問題。