中科院士、武汉大学教授张俐娜出席美国化学大会
中国「绿色」化学斗士 长期研究致力地球可再生资源

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张俐娜院士在第255届美国化学会纤维素分会上作报告

3月初,正是春暖花开,大地吐露出新芽之际,中国科学院院士、武汉大学教授张俐娜偕同丈夫杜予民教授应邀赴University of Maryland、 University of Missouri Kansas City(UMKC)和Stowers Institute 访问和讲学,并出席第255届美国化学大会(ACS Meeting)。同时顺道来圣路易斯看望子女

本报记者有幸见到张俐娜、杜予民伉俪,他们精神饱满,充满活力。张俐娜长期从事高分子物理和天然高分子研究。面对不可再生的石油、煤炭资源的日益消耗与枯竭,以及无法自然降解的塑料引起的“白色污染”日益严重的威胁,她长期致力于地球上最丰富的可再生资源–纤维素和甲壳素的研究。她领导的科研团队利用农林废弃物中的大量纤维素,以及海产品加工废弃物中的甲壳素和壳聚糖等天然高分子通过“绿色”技术转化为新的功能材料。针对纤维素和甲壳素难以溶解的难题,他们开创了一系列崭新的无毒、低成本的“绿色”溶解技术,发现NaOH/尿素水溶液冷却到低温后可溶解纤维素、甲壳素甚至聚苯胺。

张俐娜院士在UMKC大学作学术报告

首次提出水体系低温下大分子溶解的新机理,并证明低温溶解技术和理论具有一定普适性。同时,利用低温溶解的纤维素、甲壳素、壳聚糖和聚苯胺溶液直接构建出一系列新型材料,包括纤维、薄膜、水凝胶、气凝胶、微球、塑料,并且初步实现再生纤维素丝的小试生产。这些功能材料在纺织、生物医学、能源储存、污水处理方面很有应用前景,有利于未来的可持续发展。

他们已研究出几种具有应用前景的新材料,例如:(1)甲壳素/碳纳米管复合微球,能高效吸附血液中胆红毒素而不影响蛋白质和凝血功能;(2)甲壳素纳米纤维组成的微球,能有效促进肝脏细胞黏附和增值;(3)甲壳素/羟基磷灰石微球能有效促进断骨再生,而且在体内可生物降解;(4)聚苯胺/纤维素水凝胶能有效促进小鼠坐骨神经生长,并完全恢复活动功能;(5)壳聚糖/聚苯胺电子皮肤不仅具有超高弹性而且对微应力产生电响应;(6)甲壳素无纺布可促进伤口愈合,极大缩短愈合时间;(7)聚苯胺/纤维素微球可用作钠离子电池的电极材料,明显提高其效率及循环稳定性。这些基础研究成果已在国际著名刊物发表论文560余篇,被他人引用16000次以上。由于她在可再生天然高分子材料的基础和应用研究上取得一批重大原始创新成果,美国化学会授予她2011年度国际可再生资源领域最高奖——安塞姆·佩恩奖,也是半个世纪以来获得该奖的首位中国科学家。她还荣获国家自然科学奖二等奖(2012年)。2015年英国皇家化学会“Chemistry World” 对张俐娜院士进行了专访并评价她为“中国‘绿色’化学先驱”。此外,她应邀担任美国化学会重要刊物ACS Sustainable Chemistry & Engineering的首位中国大陆副主编。

尤其,美国著名研究所Stowers Institute解亭教授认为张院士研究的纤维素和甲壳素材料在生物医学领域很有应用前景,为此他们正在合作进行医学组织工程的研究。目前,张院士的学生段博博士正在该所进行果蝇生殖干细胞分化微环境的研究,并已发现细胞发育的过程是在干细胞所处微环境中逐步分化进行;张院士另一名在读博士生郭锦华正在进行体外果蝇卵巢组织的培养以及重新构建,并取得可喜进展。这次张院士和解亭教授就进一步合作进行了深入的交流。随后张院士在UMKC作了题为“纤维素和甲壳素构建生物医用材料”的学术报告(图2), 百余名师生到会聆听。UMKC化学系主任Kathleen Kilway教授听完报告后,对张院士工作进行了高度评价。并且,该校彭中华教授和叶水清教授与张院士进行了进一步的学术交流。

张俐娜(左3)、杜予民(左5)与马里兰大学教授Gregory Payne(左4)、胡良兵(左2)和李腾(左1)等合影

几日后,张院士、杜教授和华中科技大学杨光教授应邀访问University of Maryland。张俐娜在该校作题为“基于天然高分子新功能材料构建”的学术报告(图3),受到全场百余名师生的热烈欢迎和高度评价。报告后,她与Gregory Payne、胡良兵和李腾等著名教授进行了相关研究的学术交流和深入讨论,并决定进一步加强合作(图4)。胡良兵教授已在Science、Nature Materials、PNAS等顶级刊物发表了一系列学术论文,最近他又在Nature刊物刚发表了一篇题为“Processing bulk natural wood into a high-performance structural material”的论文,首次利用木头制备出了与钢材相媲美的高强度材料,而它的重量只有钢材的六分之一。张院士认为,他的研究成果不仅具有重大科学价值,而且还有重要应用前景,同时符合可持续发展。

张俐娜院士在University of Maryland作学术报告
张俐娜院士(左4)在马里兰大学与Gregory Payne教授(左5)、胡良兵教授(左3)和李腾教授(右1)以及杜予民教授(右3)等合影留念

3月19日张院士在美国化学会年会上报告了“基于纳米纤维形成构建高强度纤维素水凝胶”的最新成果(图5),并引起大家的极大兴趣,近百名科研工作者到会聆听学习。当晚,张院士出席了ACS Sustainable Chemistry & Engineering的主编和副主编工作会议。张院士表示,她在百忙之中还同意担任该刊物的副主编,主要是为了推进中国和全球的“绿色”化和可持续发展。3月20日张院士参加了美国化学会纤维素分会举行的安塞姆•佩恩奖(Anselme Payen Award)等多项奖励的颁奖晚宴。张俐娜代表金发公司宣读了今年金发青年学者奖 (KINGFA Young Investigator Award) 获得者胡良兵教授的颁奖词,并为他颁发了青年学者奖(图6)。她在热情洋溢的颁奖词中高度评价了胡良兵教授对可再生资源科学与技术领域的重大贡献,同时希望更多青年科学家投身到这个领域并作出更大贡献,让地球环境变得更加美好。

张俐娜院士在第255届美国化学会纤维素分会上作报告
纤维素分会主席Steve Eichhom教授(左2)、颁奖主席Monica Ek教授(左1)、张俐娜院士(右2)和胡良兵教授(右1)在主席台合影留念

最后,张院士告诉记者她对可再生生物质资源的“绿色”转化和应用前景充满希望。她希望他们的成果能尽快转化成有用的新材料并投入市场,造福人类。因为这些材料不仅具有新的功能、可取代部分高分子材料并有广泛应用前景,而且这些原料永不枯竭,且产品废弃后埋在地里可完全生物降解,符合可持续发展。张院士不愧为中国“绿色”化学的先锋和斗士。

张俐娜院士(前排左2)和杜予民教授(前排右2)在圣路易斯与女儿杜文征(后排右2)和儿子杜飞宇(后排左2)及他们的家人团聚

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