郭燕川：綠色明膠第三代領(lǐng)航者

王永生

郭燕川，中科院理化所研究員，中國科學(xué)院理化所明膠與微納米碳材料研究室負(fù)責(zé)人，生物材料與應(yīng)用技術(shù)研究中心主任，中國日化協(xié)會(huì)明膠分會(huì)科技委主任、副秘書長，《明膠科學(xué)與技術(shù)》雜志副主編等。對(duì)比發(fā)現(xiàn)這些身份均與明膠密切相關(guān)。他深耕明膠近20年，成為明膠產(chǎn)業(yè)界的一分子，圍繞明膠的制造、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用開展系統(tǒng)研究。

與明膠結(jié)緣

膠原是一種廣泛分布于人體內(nèi)的大分子，也是人體內(nèi)含量最多的一種蛋白質(zhì)，其部分降解后叫做明膠，可應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。如食品生產(chǎn)助劑、食品添加劑、化妝品、保健品又或是醫(yī)用海綿、血漿等，都離不開明膠。

郭燕川與明膠的結(jié)緣可謂一波三折。本科及碩士時(shí)期，他曾輾轉(zhuǎn)于納米材料制造、電化學(xué)、染料合成與光信號(hào)的記錄等多個(gè)研究方向，直到在博士期間，才確定了明膠骨修復(fù)材料開發(fā)這一方向，由此走進(jìn)了明膠科學(xué)與技術(shù)的世界。

此前，網(wǎng)上充斥著各種“綠色明膠”的說法，很多人認(rèn)為其顧名思義就是提倡環(huán)保健康。對(duì)此，郭燕川解釋，其一從環(huán)保角度說，由于研發(fā)的酶法明膠代替了傳統(tǒng)的酸堿法生產(chǎn)方法，通過生產(chǎn)過程的改變可使污水排放減少50%，固體廢棄物排放減少90%，生產(chǎn)周期也從原來近兩個(gè)月縮短至4天左右，故稱之為“綠色明膠”；其二從健康角度講，研究發(fā)現(xiàn)明膠降解后得到的膠原蛋白肽，能夠?qū)θ梭w起到一定的營養(yǎng)和保健作用，從而其也被冠以“綠色”的頭銜。但無論從何種角度，郭燕川只是單純地希望明膠能在醫(yī)療健康領(lǐng)域里尋找到新的應(yīng)用領(lǐng)域，以最大程度服務(wù)于社會(huì)。

中國科學(xué)院理化所明膠與微納米碳材料研究室成立于20世紀(jì)70年代，可以說是明膠研究界的“老前輩”了。從研究室第一任研究員、我國著名感光化學(xué)材料專家彭必先，到第二代研究員、研究室主任陳麗娟，再到2011年郭燕川擔(dān)任實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人，實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)走過三代人、40多個(gè)春秋了。期間，在實(shí)驗(yàn)室三代人的努力下，酶法明膠工藝不斷取得進(jìn)步，明膠這種生物大分子的應(yīng)用領(lǐng)域與意義也在從傳統(tǒng)的食品生產(chǎn)向生命科學(xué)等方向不斷探索。

郭燕川在美國加州大學(xué)做訪問學(xué)者期間參與了有關(guān)二型前列腺癌轉(zhuǎn)移抑制劑方面的研究，期間他學(xué)習(xí)了現(xiàn)代分子生物學(xué)的分析和研究技術(shù)，2011年回國后他便帶領(lǐng)實(shí)驗(yàn)室開始了膠原多肽在抑制骨質(zhì)疏松和抗癌等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究。

綠色工藝推動(dòng)明膠現(xiàn)代化生產(chǎn)

長期以來，在骨明膠生產(chǎn)技術(shù)上，都采用傳統(tǒng)的堿法工藝進(jìn)行制備，但這種制備方法不但生產(chǎn)周期長、用水量大，對(duì)環(huán)境還有著極大的威脅，因此迫切需要重新定義明膠工藝。2014年郭燕川作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn)生物酶法骨明膠生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)突破，開發(fā)了新型生物酶制劑、完善了酶解關(guān)鍵工藝和工程技術(shù)，形成了完整技術(shù)工藝包，建成了1000噸的酶法骨明膠工業(yè)生產(chǎn)線，并實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化運(yùn)營，產(chǎn)品達(dá)到國家藥典膠囊用明膠標(biāo)準(zhǔn)，銷售到食品/藥品行業(yè)，得到市場普遍認(rèn)可。2016年，完成3000噸酶法明膠生產(chǎn)線建設(shè)，并順利投產(chǎn)。

與傳統(tǒng)明膠工藝相比，郭燕川的新工藝使噸膠用水量、污水排放量、固體廢渣以及生產(chǎn)周期等都大大減少，產(chǎn)品凍力也提高了20%以上，經(jīng)驗(yàn)證80%以上的明膠產(chǎn)品質(zhì)量都達(dá)到了藥用明膠的要求。2014年該技術(shù)通過寧夏省科技廳技術(shù)鑒定，2015年合作企業(yè)寧鑫生科公司成功三板掛牌，2016年被評(píng)為中科院科技成果轉(zhuǎn)化亮點(diǎn)工作，同年獲得中國產(chǎn)學(xué)研創(chuàng)新成果優(yōu)秀獎(jiǎng)、寧夏省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)、中國醫(yī)用包材協(xié)會(huì)新技術(shù)、新材料一等獎(jiǎng)。

明膠醫(yī)用技術(shù)產(chǎn)業(yè)化

由于明膠具有良好的生物相容性、可降解性以及低免疫原性等特性。2013年起，郭燕川便開始帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展明膠在醫(yī)用領(lǐng)域的研究，第一個(gè)項(xiàng)目是進(jìn)行明膠靜電紡絲納米纖維制造技術(shù)及其在創(chuàng)傷止血領(lǐng)域的應(yīng)用研究。通過多年的探索，他們根據(jù)明膠材料特性和醫(yī)用要求，成功開發(fā)了一款獨(dú)特的醫(yī)用明膠工業(yè)電紡系統(tǒng)裝備，順利實(shí)現(xiàn)了明膠納米纖維的工業(yè)制造，并通過摸索和優(yōu)化明膠電紡纖維制備過程中相關(guān)工藝的參數(shù)，如電壓、收集距離、轉(zhuǎn)速等，實(shí)現(xiàn)了明膠納米纖維的可控穩(wěn)定制造。而后對(duì)材料進(jìn)行了生物安全性評(píng)估和功效驗(yàn)證，最終獲得了一種具有快速止血和促進(jìn)傷口愈合功能的止血材料。2016年，該技術(shù)獲得基金投資，開始了工業(yè)化實(shí)施。

膠原蛋白肽的醫(yī)學(xué)應(yīng)用是團(tuán)隊(duì)開展的另外一項(xiàng)工作。近年來，我國老齡化趨勢日益嚴(yán)重，在世界3.55億骨關(guān)節(jié)疾病患者中，僅我國就超過了1.5億人。盡管早有研究表明水解膠原蛋白可以治療骨質(zhì)疏松癥，但效果作用機(jī)制、膠原多肽的降解工藝、產(chǎn)物特征與生理調(diào)節(jié)的作用都還是一片空白，為了從源頭上驗(yàn)證和闡釋膠原蛋白的生物活性作用，郭燕川帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展明膠降解多肽的系統(tǒng)研究，成功分離和鑒定出了特定結(jié)構(gòu)的活性肽段，通過細(xì)胞和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，與包頭市第一人民醫(yī)院合作開展臨床研究。通過臨床實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其所制備膠原蛋白肽的促骨活性，確認(rèn)口用膠原蛋白肽6個(gè)月后，在絕經(jīng)的患骨質(zhì)疏松癥的患者中，骨密度得到了顯著增強(qiáng)，骨痛癥狀得到明顯改善。

科研要堅(jiān)持不懈

關(guān)于產(chǎn)學(xué)研問題，郭燕川認(rèn)為，“產(chǎn)、學(xué)、研”應(yīng)該融合在一起，但對(duì)獨(dú)個(gè)從業(yè)者來說肯定有所側(cè)重，畢竟，不是每一個(gè)科研人員都能將三方面做到面面俱到，就拿明膠研究領(lǐng)域來說，科研人員都是按照學(xué)科來分類的，而到了應(yīng)用和實(shí)際工程中，卻是以產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來劃分的，在科研項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化過程中，實(shí)際需要多方面專業(yè)人員的有效組織與配合。

郭燕川表示，從科研到工程應(yīng)用的轉(zhuǎn)化并不是一朝一夕的事，不能急于求成。在科研人員的培養(yǎng)上，應(yīng)當(dāng)因材施教，根據(jù)每個(gè)人的特長與興趣所在，找到適合自己的研究道路。“首先要尊重科研人員的個(gè)人意愿，其次激發(fā)出自身的潛能，最大限度發(fā)揮自己的特長，打造出一個(gè)具有獨(dú)特個(gè)性的科研人員?！惫啻ㄔ谌瞬排囵B(yǎng)上，拒絕千篇一律，總是積極地挖掘?qū)W生的能力。因此，每每在招收學(xué)生時(shí)，郭燕川都會(huì)將學(xué)生自動(dòng)劃分為純研究型與純應(yīng)用型，使其在科學(xué)和工程之間做出最適合自己的選擇。說到科研中他最注重的能力，郭燕川沉思片刻給出了答案。他認(rèn)為，科研中要做到持之以恒，這一點(diǎn)說起來容易做起來卻極為困難。

研究明膠近20年，郭燕川身邊的人換了一批又一批，能在一個(gè)領(lǐng)域堅(jiān)持下去的人少之又少，這里面有多方面原因，包括個(gè)人興趣調(diào)整、科研經(jīng)費(fèi)缺乏、研究熱點(diǎn)變化等等。“我始終認(rèn)為人一輩子做好一件事就是成功，明膠研究就是我為之奉獻(xiàn)一生的事業(yè)?！?/p>

談及未來的研究發(fā)展，郭燕川表示，醫(yī)用明膠仍會(huì)是他的研究重點(diǎn)，他希望能夠打破國外在該方面的技術(shù)壟斷，制造出屬于我國獨(dú)立生產(chǎn)的醫(yī)用明膠。與此同時(shí)，在實(shí)現(xiàn)明膠穩(wěn)定生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，他還要進(jìn)一步提升醫(yī)用明膠的使用價(jià)值，開發(fā)一系列基于明膠的高端生物醫(yī)用材料，并深入挖掘明膠大分子的生理活性和生物學(xué)意義，力爭找到其在醫(yī)療健康領(lǐng)域新的突破點(diǎn)。