在纖維領域做出不凡成績的探索者
——訪2012啟明星、東華大學材料學院張耀鵬研究員

在纖維領域做出不凡成績的探索者
——訪2012啟明星、東華大學材料學院張耀鵬研究員

張耀鵬，1977年生，湖北工業(yè)大學高分子材料與工程專業(yè)本科畢業(yè)，東華大學材料學博士畢業(yè)，東華大學研究員

今年3月14日，我趕去位于上海西郊的滬杏科技圖書館參加一個以智慧纖維為主題的青年學者論壇，智能纖維帶動的大纖維產(chǎn)業(yè)革命是一個近來在科技界、產(chǎn)業(yè)界、投資界內(nèi)開始不斷升溫的話題。我有幸在國際上剛剛出現(xiàn)這一波熱潮的初期就作為觀察者參與其中，對與此有關的話題、動向一直在跟蹤。這次會議開始前幾分鐘，我聽到有人叫我的名字?；仡^一望是個精氣神很足，但不失穩(wěn)重的學者，見我有點詫異，他趕緊自報家門：我是來自東華大學材料學院的啟明星張耀鵬，一直在啟明星通訊報道中看到您的名字，今天有緣相見。哈哈，啟明星加上大纖維！于我而言，啟明星都是我的朋友，這次又因纖維讓我們走到一起，確實有緣，于是當場相約見面交流。正是這次見面交流讓我們結(jié)識了一位在纖維領域做出了不凡成績的探索者。以下就是2012級星友、東華大學材料學院張耀鵬研究員的成長故事。

（一）

張耀鵬，1977年出生，6歲時因為父親工作調(diào)動，舉家遷往湖北襄陽。其父參與了襄樊市合成纖維廠的籌建，后任該廠總工程師。耀鵬說他和纖維的緣分，或許可以從那時候開始。

1994年在高考選擇專業(yè)時，張父從未來需求角度建議報考高分子材料或汽車專業(yè)，并介紹高分子材料在很多領域都有應用。如此，耀鵬就讀于湖北工學院（現(xiàn)湖北工業(yè)大學）高分子材料與工程專業(yè)，畢業(yè)后考到中國紡織大學（現(xiàn)東華大學）碩博連讀。

如果說，張耀鵬當年選擇高分子材料作為專業(yè)很大程度上是受了父親影響的話，那么后來走上纖維科研之路則主要是受東華大學邵惠麗和胡學超兩位導師的指引。邵老師當年從日本東京工業(yè)大學博士畢業(yè)，回到東華后帶的首位碩士研究生就是張耀鵬。邵老師對其影響最深的是如何把研究工作做得細致嚴謹。邵老師當年在東京工業(yè)大學做X光測試時，經(jīng)常數(shù)日不休，這種務求認真、不怕吃苦的工作狀態(tài)一直影響著耀鵬。作為博士生期間的導師，胡學超教授鼓勵學生不懼權威、勇于思考、勤于動手，這一點對耀鵬的影響更深遠。胡學超教授是國內(nèi)最早用綠色技術制備纖維素再生纖維的開拓者。張耀鵬的博士論文工作是用纖維素綠色溶解工藝制備纖維素膜。他清楚記得剛進校時學院實驗設備老舊、場地有限，課題組就在環(huán)保樓里暫借了三間實驗室。對于實驗需要但學校沒有的設備，胡老師就讓學生自己去查資料、設計，然后去找工廠加工。比如，市場上僅可以買到測試靜態(tài)樣品的濁度儀，而實驗需要對動態(tài)樣品進行測試，因此只能自己設計、制作。該儀器的核心部件是把光信號轉(zhuǎn)變成電信號的光電池。向老師請教后，張耀鵬騎著自行車去北京東路機電商店一條街，貨比三家地淘零配件。測試儀中還需要一些螺桿傳動裝置，就和學院里自制儀器的專家楊定海老師一起討論、設計和加工。直到現(xiàn)在，楊老師設計的一批自制儀器仍是材料學院的一大特色。

張耀鵬在指導學生做仿生紡絲的實驗

兩位導師的指導方式和風格也讓耀鵬受益良多，“我們學生的思維往往很發(fā)散，胡老師會告誡我們要抓住主線，要把主要目標搞清楚，抓大放小，否則什么都做不好。而邵老師的風格是要求學生認真負責做好每一樣工作，同時要求學生把實驗做得精細。這兩種不同的風格都讓我們從不同的側(cè)面受益。 ”張耀鵬說。

（二）

2002年10月博士畢業(yè)，耀鵬也曾在去公司還是做科研這兩者間徘徊過，也曾面試了通用塑料等公司。但在胡老師和材料學院朱美芳院長的建議下，最終選擇留校。按當時學校規(guī)定，通常留校工作滿兩年才可出國進修。2004年6月，盡管耀鵬工作未滿2年，朱美芳院長仍同意推薦其去日本川村理化學研究所做博士后研究，還對他說：“我相信你會回來的?！币i說這句話一直縈繞在他耳邊：“一方面督促我在學習上要不落人后，一方面也是提醒自己要回報母校。”博后3年，張耀鵬突破原來的研究方向，開展了微流控生物化學芯片研究，利用不到半張名片大小的芯片實現(xiàn)DNA的檢測、分離，甚至將十幾層樓高的精餾塔功能微縮在此芯片中。在這所由企業(yè)建立的研究機構(gòu)中，張耀鵬接觸到很多新領域的知識，對其后續(xù)的發(fā)展奠定了堅實的基礎。

2007年，張耀鵬回到東華原來的課題組。在確定科研方向時，胡學超老師又一次給了其重要建議：不要重復課題組及留日期間的原來方向，而要發(fā)揮東華紡絲的優(yōu)勢，結(jié)合留日所學微流體技術，取長補短，做出自己的特色。蜘蛛和蠶經(jīng)過上億年的演化，形成了非常精妙的紡絲技術，可以在常溫常壓下低耗綠色地紡出力學性能優(yōu)異的動物絲。尤其是蜘蛛絲，其韌性超過任何一種合成纖維?！拔覀儚?004年起，就想以蜘蛛和蠶為師，仿生制備人造蜘蛛絲。但由于多方面原因，進展一直不明顯。”張耀鵬想到，微流體技術可以很好地對蜘蛛和蠶的紡絲器及紡絲過程進行模擬，因此提出了微流體仿生紡絲的新思路，開辟了一個新的方向。

由于該課題頗具新穎性和創(chuàng)新性，張耀鵬回國后數(shù)月就申請到了市教委的晨光計劃，獲得了個人科研生涯的第一桶金。在此基礎上，張耀鵬又先后獲得上海市浦江計劃、啟明星計劃、曙光計劃以及多項國家自然科學基金的資助?？蒲蟹较蛞矎闹┲虢z的仿生紡絲逐漸拓展到了基于絲素蛋白的生物醫(yī)用材料的研究。

（三）

以蠶絲為原料，通過微流體仿生紡絲技術，張耀鵬團隊在空氣中將絲條直接卷繞成型，制備了強度和韌性媲美甚至超過天然蠶絲的人造蠶絲。通過和上海交通大學合作，以重組蜘蛛絲蛋白為原料，利用高度仿生的微流體紡絲芯片及綠色環(huán)保的紡絲方法，制備了力學性能優(yōu)異的人造蜘蛛絲。

雖然單絲初戰(zhàn)告捷，但通過靜電紡制備的絲素蛋白組織工程支架卻入水即化、手碰即破，沒有醫(yī)用價值。為了克服這些致命的弱點，他們嘗試將單絲增強增韌的原理應用到絲素組織工程支架上?！吧u蛋中的蛋清和蛋黃可和水互溶，而熟雞蛋就不溶于水。我們采用一種巧妙的后處理方法使絲素蛋白組織工程支架也不溶于水，同時其強韌性大幅提高，如此克服了其水解和脆弱的難題?！睆堃i說。以上過程說說簡單，但張耀鵬他們用了4～5年的時間，經(jīng)過大量實驗，逐步將支架的強度提高到最初狀態(tài)的22倍，為仿生蠶絲支架進入生物醫(yī)用領域奠定了基礎。在此基礎上，耀鵬他們與上海市第六人民醫(yī)院合作，利用該蠶絲蛋白支架成功進行了人工尿道重建和修復方面的研究。與解放軍總醫(yī)院合作，通過干細胞復合蠶絲蛋白支架，促進了受損肝臟的再生。

（四）

2015年，張耀鵬意識到用溶液法推進仿生紡絲產(chǎn)業(yè)化有一定困難，因此獨辟蹊徑提出了用添食育蠶法來制備多功能蠶絲。即在蠶寶寶進食的桑葉上噴灑或在人工飼料中摻混二氧化鈦、石墨烯、碳納米管等納米材料，利用簡便的方法賦予蠶絲新的特性和功能。如喂食蠶含二氧化鈦的飼料后，蠶吐出來的蠶絲不僅能抗紫外、抗菌，而且還能使蠶絲的強度提高三分之一。由于此工作的新穎性，美國化學會化學化工新聞對此進行了特別報道。在此之后，添食育蠶法逐漸成為國內(nèi)外研究的熱點之一。清華大學張瑩瑩副教授用噴灑了石墨烯的桑葉喂食蠶，所得蠶絲炭化后得到的導電材料有望用于人體電信號的傳感。多家國外媒體邀請張耀鵬對此工作進行評論。

（五）

2007年，張耀鵬回到東華大學當年即被聘為副研究員；2012年，耀鵬35歲那年被聘為研究員；兩年后擔任東華大學纖維材料改性國家重點實驗室副主任；曾獲教育部高等學?？茖W研究優(yōu)秀成果獎科技進步二等獎、上海市科技進步二等獎、中國紡織工業(yè)協(xié)會科學技術二等獎；參與建設的“高分子化學”課程曾被評為國家精品課程；共發(fā)表 SCI論文50余篇，部分成果被美國化學與工程新聞（C&EN）作為亮點報道；申請專利43項（其中授權中國專利21項、公開日本專利4項）；參編《化學纖維手冊》、《綠色纖維和生態(tài)紡織新技術》專著2部。受邀在2013年全國高分子學術論文報告會、2014年國際絲會議和2015年歐洲材料研究學會春季會議等會議做邀請報告20余次。

2016年張耀鵬赴美國紐約州立大學石溪分校做為期一年的訪問學者，從事同步輻射技術在高聚物結(jié)構(gòu)分析方面的研究。早在2009年上海光源試運行期間，張耀鵬就有幸成為其首批用戶，開展了同步輻射技術在仿生紡絲方面的研究?！耙驗橐律?，首先可用同步輻射技術對蠶寶寶進行高分辨CT成像，了解蠶的腺體和紡絲器結(jié)構(gòu)，進而設計仿生紡絲器。其次，可用同步輻射光源研究人造蠶絲、蜘蛛絲的結(jié)構(gòu)并和天然蠶絲作比較，為制備高性能動物絲提供指導。”耀鵬說他的一半成果都與上海光源有關。上海光源目前還計劃建設纖維研究專用線站，一旦建成可是對大纖維事業(yè)的莫大支持！

張耀鵬是今年3月初回的國，回來沒幾天就趕上參加上海東方科技論壇以“智慧纖維”為主題的青年學者論壇。正是在那次會上，筆者和耀鵬相約了這次啟明星采訪，如本文開頭所表達的，是對大纖維即智能纖維發(fā)展的共同關注和興趣把我們聯(lián)系在了一起。

結(jié)束采訪前，張耀鵬應我們之請，談了他對最近越來越熱的“大纖維”或者說智能纖維的判斷：“大纖維是因智能纖維，或者說是因智慧纖維的出現(xiàn)而引發(fā)的一場有可能改變整個紡織業(yè)乃至諸多產(chǎn)業(yè)面貌的產(chǎn)業(yè)變革，其可能的影響面不僅僅是紡織服裝、智能家居和醫(yī)療保健，還可能涉及仿生制備和人造器官等。大纖維革命的核心是提升人們的生活質(zhì)量，這也是材料、信息和納米等技術發(fā)展到一定階段必然出現(xiàn)的產(chǎn)物。今天的大纖維對于人類社會的價值就類似于20世紀90年代硅片對于信息產(chǎn)業(yè)的貢獻。

[江世亮、顧姚星采寫于2017.4.24]