近日,《人民日報》刊發《王正祥:一生為國做科研》報導我校化工與材料學院王正祥教授。王教授在重大澱粉酶品、功能糖關鍵酶製劑、功能糖規模化製造技術創新與應用、乳酸單體綠色製造等方面做出了傑出貢獻。從教三十餘年,他帶領團隊實現13種工業酶的技術創新和工業化應用,打破了國際壟斷和技術封鎖,也讓民族企業走向壯大、走向國際。
現將報導轉載如下:
「田裡的塑料太多了,都插不進秧苗了!」時隔多年,天津科技大學化工與材料學院王正祥教授還記得在新疆調研時,殘留地裡的農用薄膜成了棉農的心病。為此,他花了近13年,研發出第四代乳酸單體製造技術,將填補國內可降解材料產業鏈條空缺,解除我國聚乳酸加工產業對國外的依賴。
從事工業微生物育種和工業酶製劑研究二十餘年,王正祥在重大澱粉酶品、功能糖關鍵酶製劑、功能糖規模化製造技術創新與應用、乳酸單體綠色製造等方面做出了傑出貢獻。我的研究只認定一個方向,必須有利於國家發展、人才培養和人民健康。王正祥說。
補全中國的生物可降解塑料產業鏈
「這些塑膠袋要多長時間才能降解?」一位撿了幾天塑膠袋的基層幹部問王正祥。「可能永遠無法消失,最多分解成微小顆粒,對人體仍然有害」,王正祥知道,廣泛使用的日用包裝材料和農用地膜是以石油基為原料,填埋難以降解,焚燒汙染大氣,想根治白色汙染,只能以可降解材料替代目前的塑料。
可降解塑料並非沒有,以聚乳酸為原料生產可降解塑料,已實現產業化多年,但其技術被美國等發達國家壟斷,導致聚乳酸材料的製造成本居高不下,難以推廣。
2007年,王正祥開始立項。以聚合級乳酸單體高產新菌種和發酵生產新工藝為突破點,生產出代替不可降解塑料的新型材料。這是條沒人走的路,甚至業內人都不支持他。一位私企老闆給他潑冷水:「從國外進口省時省力,誰會用你的東西呢?趁早別白費力氣」。但王正祥認為,白色汙染是必須解決的問題,中國要建立生物可降解全產業鏈,自己解決乳酸單體原料的規模化高效製造難題,才不會被境外企業「卡脖子」。
立項前,他閱讀了幾乎國內外所有相關文獻,同行思路是通過改變環境增加乳酸菌體生長几率,最後生產出可降解材料的轉化率並不高。經過深入思考,他提出了一個全新的思路:通過代謝途徑重構和代謝調控新策略的發明與實施,選育獲得具有完整獨立自主智慧財產權的乳酸單體高產新菌種。通俗講,就是在乳酸菌體上增加一個分子開關,保證產物合成和細胞增殖可控。這種被他稱為「左右手分開」、「細胞增殖與產物形成自動切換」的思路也極大增加了研發難度。
在一條未知的路上摸索,王正祥幾乎投入了全部的時間和精力。沒有基礎、缺乏經費,實驗要從微生物資源選擇與積累開始,每一步都充滿艱辛。
開始時,王正祥的團隊只有13個人,其中12個是經驗不足的博士生和碩士生,從實驗的設計、數據的採集甚至操作的手法都要手把手教。王正祥還是團隊的精神支柱,團隊裡的一個博士生在創建一個DNA編輯新方法時,做了一年也沒有結果,眼看就要放棄了。王正祥說,再堅持一下,到今年12月31日,如果還沒有出數據你就可以換課題。誰也沒想到,12月30日,數據終於出來了。事實證明,當初的構想是完全正確的。
2011年,他們終於找到產品品質可以滿足全系列聚乳酸材料加工要求的第四代乳酸單體製造技術。「使用我們的技術生產的薄膜使用後六個月會自動降解為有益作物的肥料。」王正祥介紹,運用屬於中國人的技術,生產效率較國際最好水平提高了30%以上,並且光學和化學純度更高,我們的技術工業化效益更強,降低生物可降解塑料產品價格的同時,確保品質和性能提升。2012年,王正祥的第一份乳酸單體的發明被授予中國發明專利,是當時中國第一份有關聚合級乳酸單體生物製造的專利技術。2015年進一步提升後的乳酸單體相關技術被授予中國發明專利和國際發明專利。
技術問世了,王正祥仍然沒有急於推向市場,他繼續坐著冷板凳,一步步解決原料供給、副產物資源化利用、生產工程的自動化與智能化等問題。
2020年7月17日,國家九部門聯合印發《關於紮實推進塑料汙染治理工作的通知》,2021年1月1日起在一些特定城市的場所禁止使用不可降解塑料購物袋,包括一次性塑料棉籤、一次性發泡塑料餐具和不可降解一次性塑料吸管等。
這意味著,我國每年需以聚乳酸為基礎的生物可降解新材料達到數百萬噸級規模,預計形成新興市場規模超400億元,帶動千億級到萬億級規模的衍生產業。
然而從2019年3月開始,以美國為首的國家已經全面封鎖我國的生物可降解材料,聚合級乳酸單體、丙交酯、甚至聚乳酸成品均被國際公司限制對我國出口。
2019年12月,國內化工行業龍頭企業萬華化學集團股份有限公司在充分調研後,選擇了王正祥的技術。項目在有序實施中,屆時將實現乳酸單體製造技術的國產化,打通聚乳酸產業完整鏈條。
我的方法就是選定方向然後腳踏實地
1981年,17歲的王正祥以高考生物接近滿分、數理化高分闖過高考,成為那一年同班唯一一個進入大學校園的學生。大學畢業又以年級第二名代表全體畢業生在畢業典禮上發言。即使這樣,王正祥仍然覺得自己不是學霸,考得好全靠下笨功夫背書抄書。
「先把書背下來,慢慢地不懂的會懂,會形成完整的知識體系和思維架構。」1986年王正祥考取了研究生,從此與工業發酵結緣,以微生物為研究對象,一生未變。「我的方法就是選定方向然後腳踏實地」,王正祥說。
他堅持慢工出細活。別人看文獻,了解一種思路,王正祥看文獻,會站在作者角度重新推演一遍;1987年起,他和導師合作,足足用了6年多的時間,編寫出《工業微生物實驗技術手冊》,此書後來成為經典實驗用書,幾次再版。
1996年,王正祥考取了發酵工業博士,讀博士期間,成為學校首次在本領域核心學術期刊Biotechnology Advances(《生物工程進展》)上發表論文的博士生。2000年在南非Stellenbosch(斯泰倫博斯)大學做博士後期間,導師發現這位中國學者做實驗本領極高,常常能將別人已經失敗的實驗做成功。他不知道這也是王正祥的「笨」功夫,為了增加做實驗的手的穩定性和靈巧性,練習手指夾磚塊、平舉拎水、打毛衣等。
2002年10月回國後,他放棄了即將出成果的研究和德國教授提供的再3年的工作機會,將目光進一步鎖定在一個中國輕工業技術騰飛的關鍵的領域:生物催化劑(工業菌種與工業酶製劑)。
工業酶製劑被喻為生物製造工業發動機,決定了我國相關工業發展水平。比如功能性低聚糖是健康食品、乳品、飲料和藥品等生產的重要原輔料,而我國功能性低聚糖生物製造酶製劑及其高效製備技術缺乏,酶促製造技術落後,制約了功能性低聚糖產業健康發展。
從1997年起,王正祥開始系列科研。經過12年的努力,通過基因篩選與定向進化,獲得了應用性能優越的關鍵酶分子。通過表達系統優化、克隆與重組等技術,創建了關鍵酶製劑高產新菌種,集成創新了酶高效製備技術。在解析酶促催化機理的基礎上,創建了功能性低聚糖高效製造新技術。2009年年底將我國沿用了45年的澱粉酶生產技術全面翻新和全國推廣,後續若干核心酶製劑實現國產化,功能性低聚糖製造技術得到深度革新,生產成本降低20%以上,實現了「中國智造」。
引導學生把注意力找回來
天津科大青年教師田康明碩博都師從王正祥。初登講臺,王正祥告訴他的講好本科生課程是入門的第一個臺階,步子邁好方可登高。而王正祥除了帶博士和碩士以外,還承擔了《微生物遺傳育種學》等三門課程的本科生教學和三門課程的研究生教學,比其他博導都要多。
「在信息大爆炸的當今時代,太多的因素分散學生的精力,我要把他們的注意力找回來」。
王正祥備課幾乎是其他老師常規備課時間的5倍。從「四大發明」到分子進化,從基因克隆技術到我國工業革命,他在深奧與通俗中來回穿越,激發學生對科學的嚮往和熱情。
他給本科生設計了合理的方案,讓他們能在實驗課課堂上體驗微生物育種實驗的奧妙。他還專門組織了業內專家集中整理了最新的科研案例並更新了《微生物遺傳育種》專業課教材,作為全書統稿的王正祥不是修修補補,而是逐字考量刪減,甚至親自重寫了其中兩章。
學生們都有點怕王正祥,因為平時愛說愛笑的老師一到學術問題上就非常「較真兒」。有一次研究生論文審核會議上,王正祥毫不留情地指出一個論文在工作量、學術水平,特別是創新性的不足。即使其他學術委員會成員已經認可的情況下,仍然堅持該生論文應繼續補充和修改、推遲答辯的意見。
有次答辯會前,一個碩士生說自己沒有領帶,王正祥從家裡給他拿了一條。後來他發現這名學生的皮帶也破了,又趕緊回家取了一條自己沒用過的皮帶給他。
在天津科大,王正祥帶了十幾名博士和碩士生,為他們每一個人量身定做了培養方案。不管多忙,王正祥跟每位新招的學生都有兩小時單獨談話。2020級碩博連讀研究生王彩喆被這次談話改變了一生。「當時只想著碩士畢業,找一份不錯的工作,其實也不知道自己要幹什麼」,但不知為什麼,老師說的志存高遠瞬間打動了她的心,也讓她記住了要把解決國家重大需求作為首要任務,真正實現技術創新,解決技術難題。進入實驗室後,王彩喆反覆實驗都沒有結果,有點灰心。王正祥為她逐步設立跳一跳夠得著的目標,逐步引導課題走上正確方向。
王正祥的學生都不敢偷懶,因為老師總是最後離開實驗室,比自己還要用功。他建立日報群,每天研讀學生提交的課題進展報告,微信工作組中記錄了這樣的回覆時間22:33、0:18、2:25和早上5:40。
從教三十餘年,他帶領團隊實現13種工業酶的技術創新和工業化應用,打破了國際壟斷和技術封鎖,也讓民族企業走向壯大、走向國際。
近日,王正祥被評為「2020年全國先進工作者」。
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圖文來源/黨委宣傳部
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