培养细菌，将其转化为塑料原料，可以用来制作薄膜、杯子、包装袋等各种制品。当这些产品被弃用时，只需要1~2周便能降解为水和二氧化碳。更有趣的是，如果阻断并控制其降解过程，还能转化为治疗老年痴呆的药物，或是用来制作可降解的手术植入材料。这就是生物基产品。
本报记者 童岱
　　如果有人告诉你，你用于喝水的杯子可能是以大肠杆菌为“原料”制作的，你还敢喝吗？
事实上，食品包装袋、塑料杯子、塑料膜等塑料制品，其主要材料来源，可以就是细菌本身。当这些以生物基材料制作的产品被弃用时，可以在不长的时间内降解为水和二氧化碳，甚至通过一定技术手段，还能转化为提高记忆力的药物。
　　1月16日，记者走进清华大学生命科学学院微生物实验室，探访了这一以细菌为基本原料的生物化工，这种基于生物基材料的技术在世界范围方兴未艾，也是一条有望取代石油化工的绿色低碳之路。
细菌变身塑料
　　清华的微生物实验室已有28年历史，由多间房子组成，每个房间内都摆有不同功用的仪器。而穿梭在各个房间的学生，正在进行一系列的实验工作。陈国强教授是这里的负责人，巧合的是，他在工业生物技术和合成生物学领域也已经做了28年的科研工作。
　　“大肠杆菌、假单胞菌等一些令人们避之不及的细菌，因为其特有的生物特性和组成，非常适合作为生物基材料的来源。”陈国强说，这些细菌本身的存在仅是为了生存，而要发挥其特有的效益，就要将其改造，让它为“成为塑料而活”。
　　记者在实验室的墙壁上看到，利用细菌生产塑料的环节极其复杂，看上去就好像一个烦琐的电路图一样。而这里的科研人员，在筛选好合适的细菌种类后，会对其进行基因改造和基因删除，保留少数满足其生存的必要条件，同时剔除掉其和生产塑料无关的基因。
　　陈国强指着实验台上的培养皿说，被“修理”后的细菌将放入这里面培养，它的繁殖速度非常惊人，1变2、2变4、4变16……随后便开始爆炸性的增长。等其繁殖到一定数量后，科研人员会将其接种到发酵罐中继续繁殖。接着再“搬迁”到更大容量的“种子罐”，同时控制更适宜细菌繁殖的温度和pH值等有利条件。
　　然后，这些在“种子罐”拼命繁殖的细菌，将被采用沉淀技术或离心机设备分离掉其水分，再使用相关技术，从它们身上提取出有用的部分，这便是生物基塑料的原料，可以制作成杯子、薄膜、包装袋等。
　　“这些技术的持续发展，也让许多企业产生了浓厚的兴趣。国内许多相关的企业常常从我们这里购买技术，然后进行产业化的尝试，并取得了很实质的效果，产学研的结合也让我们的技术在世界范围内保持。”陈国强说。
“绿色能量”减少污染
　　即便你对生物基产品完全没有概念，但其早已渗透进我们的生活。比如酒，对好多人来说是饭桌上不可或缺的饮品，其实它也是生物发酵的产物，属于生物基产品。过去，人们常常利用酵母酿造酒酿，而在酵母的基因图谱绘制完成之后，人们便可以对其进行基因改造，生产出完全不同于酒精的丙二醇，而这可以用来制作服装面料的可再生纤维。
　　人类利用生物质材料（如棉、麻、毛、丝、木材等）已有几千年的历史，但由于以石油和煤等化石资源为原料而发展起来的化工材料，更大地促进了人类文明和经济的发展，使得生物质资源的利用被逐渐淡化。
　　目前，化石资源的日渐枯竭使得化工材料的发展面临严重的资源危机，同时，石油化工材料的不可生物降解性严重污染了人类的生存环境。面对资源与环境的双重压力，人类需要迫切寻找能够替代化石资源的可再生资源。
　　中科院过程工程研究所生化工程重点实验室副主任陈洪章研究员在接受《中国科学报》记者采访时表示，相比于化石资源，生物质资源是可再生的有机物质，包括农产品及农业废弃物、木材及其废弃物、动物废弃物等，而生物基材料就是以可再生的生物质为原料，利用物理、化学、生物等转化技术加工成的各种产品。因此，基于生物质资源的生物基材料成为目前世界各国研究、开发、应用的重点。
　　目前的生物基材料，包括聚羟基脂肪酸酯（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。
　　这些看似生涩的名词，正在悄然改变我们对于生态的认识，其蕴涵的“绿色能量”将极大地减少人类对于环境的破坏。
　　陈国强给记者举了一个例子，PHA制作的塑料产品，当弃用之后，采用垃圾堆肥处理（利用垃圾或土壤中存在的细菌、真菌等微生物，使垃圾中的有机物发生生物化学反应而降解），只需要1~2周的时间就能降解为水和二氧化碳，属于环境友好型材料。若是石油化工生产的塑料产品，其降解可能需要数百年的时间。
　　另外，PHA在降解的过程中可以通过某些技术手段控制其降解过程，会得到一种单体3-羟基丁酸，转化率在90%以上。这实际上是一种药物，可以治疗老年痴呆。此外，还可以作为植入手术的材料，比如制作成“骨钉”，可以植入身体固定受损的骨骼，待骨骼愈合后，这颗“钉子”不用再拿出来，会随着时间推移自然降解消失不见。
取之不尽用之不竭？
　　有什么方法，可以将龙虾和高尔夫球联系起来？美国缅因大学龙虾研究所所长鲍勃·拜尔就实现了这样一个天马行空的想法。他和他的学生，从ebay（购物网站）淘来了高尔夫球模具，然后使用龙虾壳、天然粘合剂研发出新型的环保高尔夫球。显然，这位教授将本应扔进垃圾箱的海鲜废料变成了高附加值的产品。
　　好的想法，配上好的技术，基于生物质的生物基材料的潜力远远超过我们的想象。据估计，地球上的植物通过光合作用，每年所生成的生物质总量约为2×1011吨；再生纤维素纤维的原料农作物秸秆、树木，世界资源量有550亿吨，我国有30亿吨；再生多糖纤维的原料海洋贝类、海藻世界资源量分别有100亿吨、130亿~150亿吨，我国均有10亿吨。
　　生物基材料具有现在石油基产品的所有功能，因此应用范围能够涵盖石油基产品的应用领域，包括建材、纺织、家具、装修、儿童玩具、包装材料、汽车部件、电器外壳、交通设施、装饰摆件等各领域。
　　陈洪章告诉记者，在他研究的领域中，木质素基材料便是其一，这是一种基于农作物秸秆资源的综合利用。利用这种材料制作的无醛胶黏剂，零甲醛，用于纤维板、胶合板等的生产；酚醛树脂胶黏剂，游离醛及游离酚含量更低，使得在生产过程中和产成品的使用过程中，有毒气体释放量远远低于标准，用于胶合板、碎料板的生产；酚醛树脂泡沫保温板，可以替代不可再生的石油资源，有效地降低成本，其耐腐蚀、耐热，而且难燃自熄、低烟雾，是集防火、保温、节能、环保为一体的新型建筑材料。
　　陈洪章及其团队还开拓了汽爆技术在生物基材料领域的开创性应用，比如，用在了我们所穿的麻质衣物上。
　　我国是麻类纤维丰富的，传统的利用方式主要是制绳、制麻袋和织麻布。随着人们生活方式和生活观念的转变，人们更加崇尚自然，崇尚返璞归真，大麻纤维这种古老的纺织原料因其特有的优异性能重新赢得了人们的青睐。
　　大麻织物滑爽、防霉抑菌、吸湿散湿快、透气性好、高效阻隔紫外线，适宜作为夏季服装和床上用品。但大麻脱胶困难，传统脱胶方式为化学法脱胶，环境污染严重，汽爆脱胶与化学脱胶相比，可节省60%的能耗，每吨原麻可节省0.2吨的碱，汽爆脱胶每吨原料可节省200吨水；不排放有毒废水，不污染环境，更加绿色环保。
取代石油基产品暂时没戏
　　“能够肯定的是，和现在的石油基材料相比，生物基材料所带来的好处非常多，可以减少对石油的依赖程度，但短期内还无法取代。”陈国强谈到，尽管生物基材料的生产过程温和，无须高温、高压以及有机溶剂的化工生产，符合低碳排放的要求。但技术和成本问题还未解决。
　　转化率能否提高决定着成本是否能降低。他举例说，PHA除了能用细菌提取，还可以利用淀粉来转化。3吨淀粉能转化1吨PHA原料，1吨淀粉的成本就是4000元，3吨就是1.2万元，这还不包括制作工艺和其他相关费用，相对于石油基产品就贵得多。但目前的转化率还有一定的提高空间，这依赖于技术进步。
　　“除了成本问题，PHA的技术水准和性能也有待提高，暂时还比不过石油基产品。”国际食品包装协会秘书长董金狮对本报记者谈到，PHA目前的技术水准还达不到商用的标准，其耐热性较差，用在食品包装方面就容易出问题。陈洪章认为，生物基产品与石油基产品相比，关键是价格问题。
　　从较长一段时间看，随着石油资源的日益短缺，石油基产品涨价是必然趋势，这将有利于生物基产品的发展，当石油价格高到一定程度后，就有可能用生物基产品替代石油基产品。因此，生物基产品终替代石油基产品也是一个必然的趋势，只是时间问题。