張俐娜:尋求解決“白色汙染”的艱辛之路

中國科協常委會女科技工作者專門委員會 統籌策劃


張俐娜,中國科學院院士,武漢大學化學與分子科學學院,博士生導師。2011年當選中國科學院院士,2014年成為英國皇家化學學會會士。她開創了一系列嶄新的無毒、低成本的“綠色”溶劑,發現NaOH/尿素水溶液冷卻到低溫可溶解難溶性纖維素、甲殼素甚至聚苯胺。同時,利用低溫溶解的纖維素、甲殼素、殼聚糖和聚苯胺溶液通過“綠色”技術構建出一系列新材料,揭示它們優良的性能及其構效關係,並證明它們在生物醫學、能源儲存、汙水處理和紡織製造領域有應用前景。


“大器晚成”

張俐娜出生在一個“書香門第”。她從小就養成了愛讀書、愛思考的習慣。1955年,初中快要畢業的張俐娜,迎來了人生中的第一個“轉折點”。她響應組織號召將升學的第一志願改成了江西省第一高中(現南昌市第五中學)。這個重大調整,讓她邁出了成為“未來的科學家”的第一步。在這所重點高中,她喜歡上了化學,並且在高考時如願考入武漢大學化學系。


大美·中國女科學家 |張俐娜:尋求解決“白色汙染”的艱辛之路

1964年的張俐娜

然而,對於張俐娜來說,科研註定是一條格外艱難的路。1963年,她大學畢業,但沒能留校任教,而是分配到北京鐵道科學研究院。1973年,歷盡千辛萬苦後終於在武漢大學紀輝書記的親自批准下,張俐娜調入武漢大學化學系高分子教研室任教,開始了又一個新的征程。後來,我國著名高分子科學家錢人元先生推薦她獲得日本學術振興協會獎學金(JSPS),在日本大阪大學藤田博教授實驗室作為訪問學者進行高分子溶液理論研究一年多。


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張俐娜和杜予民1984年在日本作訪問學者

1986年,張俐娜結束了訪學。此時,她已經46歲,但第一次有了自己的科研方向和懂得如何從事科研。她開始了關於可再生資源天然高分子新領域的研究。此時的中國還不富裕,能夠提供給張俐娜的科研條件相當有限,只有一張桌子和一個實驗臺,甚至試管和燒瓶等實驗必須的玻璃器皿都需要她自己去買。


她利用獲得的首批國家自然科學基金開始了天然高分子的基礎研究。她把精力投入到利用生物質資源(纖維素、甲殼素、蛋白質等)通過“綠色”技術製造環境友好的新材料上。他們驚喜地首次發現鹼/尿素水溶液在低溫可溶解最難溶解的纖維素和甲殼素,並提出了新的溶解理論。同時利用它們製造出一系列新型纖維素和甲殼素的絲、膜、塑料、水凝膠、微球、泡沫塑料等;證明它們具有優良性能和生物降解性。這些新材料廢棄後在江河湖海及土壤中可完全生物降解,不造成環境汙染,因此引起國際同行高度關注和認可。


由此,美國化學會授予張俐娜“安塞姆·佩恩”獎(2011年),成為半個世紀以來獲該獎的第一位中國人。同時,她還獲 “國家自然科學二等獎”等多項獎勵。2011年,她增選為中國科學院院士,武漢大學原黨委書記李健說她是“大器晚成”。


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2013年美國化學會的安塞姆•佩恩獎(Anselme Payen)頒獎

會上張俐娜院士與主席和獲獎者合影



變廢為寶“播種綠色”


經過不斷的努力,1993年張俐娜創建了天然高分子與高分子物理科研組。2000年1月,已經是武漢大學化學系教授的她,獲得國家自然科學基金重點項目資助,開始纖維素新溶劑和材料的研究。這一年,她已經60歲。她的大部分同齡人都已經退休,在家頤養天年;而她科研生涯中最重要的一戰才剛剛開始。通俗來說,張俐娜要進行的研究,就是要找到能夠取代塑料,用途更廣、性能卓越並能夠在自然條件下可生物降解的新材料。

在世界上最常見的可再生資源當中,排名前兩位的分別是纖維素和甲殼素。前者主要來源於農業和林業廢棄物,比如竹子、棉短絨、甘蔗渣等物;後者主要來源於漁業和水產養殖業等廢棄物,通常是蝦殼和蟹殼。可以說,纖維素和甲殼素都是自然界中永遠不會枯竭的原材料。然而,它們都是極為“頑固”的大分子,很難溶解也無法熔融加工,如何開發利用堪稱世界難題。


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張俐娜院士的安塞姆•佩恩獎(Anselme Payen)獎章


張俐娜決定解決這個難題。他們團隊成員經過日以繼夜、奮力拼搏12年,終於發現纖維素和甲殼素可以在水、尿素和氫氧化鈉的混合溶液裡低溫下溶解。他們創建了簡便易行的水溶劑低溫溶解方法以後,各式各樣新材料也相繼開發出來,並且證明,它們具有優良性能和各種功能,可用於紡織、生物醫學、光儲能和水處理等多個領域。因為這些材料源於自然界,廢棄後可以自然降解,不會給自然環境帶來負擔。因此,只要解決工程化問題,使這些新材料進入批量生產,就意味著使用它們能夠實現無毒、無汙染、低能耗的可持續發展。


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張俐娜院士指導研究生做激光光散射實驗(2013)

作為開啟了天然高分子原料利用這個全新領域的拓荒者,張俐娜也致力於後續的研發工作,使能夠造福人類健康的新材料可以早日誕生。她的團隊與武漢大學中南醫院和中國人民解放軍南部戰區總醫院合作,研究出一系列與醫學有關的新材料,並證明它們具有優良的生物相容性、安全性和組織再生修復功能。這些源於大自然,帶有獨特性質的材料,為醫學領域帶來了全新希望。同時,她的團隊與華中科技大學國家光電實驗室合作研究出一系列新儲能材料,如鈉離子電池、鉀離子電池材料和超級電容器等,並證明它們在新能源領域具有應用前景……


重視成果轉化,避免“捷徑”


儘管取得了出色的原創性科研成果,但張俐娜仍然認為,現在還遠遠不夠。在她看來,科研成果只有經由工程化,成為新的產品,並且為市場所接受,才真的具有價值。張俐娜獲獎的“水體系低溫溶解纖維素技術”,儘管被國際上評價為“纖維素加工技術的里程碑”,然而產業化之路相當艱難。


在張俐娜看來,一種最有利於成果轉化的“官、產、學、研”方式,或許是由政府和企業聯盟共同出資,設立某種服務於創新成果轉化的基金,並且由國家為科研成果的工程化提供試場地。只有打通各種潛在的瓶頸,科研成果向產業的轉化才能順暢進行;已經投入的資金,也才不至於因為科研成果被束之高閣而浪費掉。


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