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乐鱼足球:【中国科学报】从“费头子娃娃”到中国工程院院士:张兴栋的逆袭人生

发布日期:2023年09月20日     编辑:     点击数:

张兴栋(1938—   )

材料科学与工程学家,中国工程院院士、美国国家工程院外籍院士。

张兴栋长期从事材料科学特别是生物材料领域的科学研究。他带领团队研究的成果多次获奖。1995年,等离子喷涂羟基磷灰石涂层——钛基牙种植体获教育部科技进步奖一等奖;1998年,“羟基磷灰石生物材料制备新工艺”获国家科技进步奖二等奖;2007年12月,“Ca-P生物材料的骨诱导性及其机理研究”获国家自然科学奖二等奖。
自上世纪70年代以来,张兴栋就开始了材料科学的研究,研发出立方氮化硼、高强度人造聚晶金刚石及其磨具、刀具,以及等离子喷涂超深井硬地层人造金刚石钻头。
这时已取得一定成绩的张兴栋开始“转型”,从“超硬材料”转向生物活性材料研究。上世纪80年代初,他研发出生物活性人工骨、涂层牙种植体和人工髋关节等。上世纪90年代,发现材料可诱导骨形成,建立理论雏形,首创骨诱导人工骨并推广临床应用。21世纪初,发现亦可诱导软骨等形成的材料,提出“组织诱导性生物材料”,即无生命的生物材料通过自身优化设计,可诱导有生命的组织或器官再生,开拓了生物材料发展的新方向。

转型成功的奥秘在哪里?这要从张兴栋不断“逆袭”的故事中去寻找。

2012年6月,师昌绪院士为张兴栋院士(右)颁发中国生物材料学会第一届理事会理事长聘书。

让日子不再浑浑噩噩

1938年4月7日,张兴栋出身于四川南充嘉陵江曲流大回弯处的青居镇青居街一个普通店员家庭。1941年,因生计困难,年幼的张兴栋随母亲迁居成都,投奔外祖父母及大舅。

张兴栋的童年是在颠沛动荡中度过的,他们数次搬家,小学就转了3次学。1949年6月,张兴栋从成都市第五区中心小学毕业。不久,成都解放,1950年3月,母亲把张兴栋送到部队文工队当了一名小战士(宣传员)。因年纪太。肽旰,张兴栋被列入复员名单。复员时,张兴栋向组织提出希望到成都县立中学(今成都市第七中学)读书,于是他被安排到成都县立中学插班读初中。

张兴栋的中学经历,上演了一场令人瞠目的逆袭。初中时期,用张兴栋的话来说,他是一个“费头子娃娃”,爬树、下河摸鱼、旷课,早自习躲在宿舍睡懒觉。他的寝室与教室之间只隔着一口天井,直到听到老师的脚步声,他才翻身起床一跃翻进教室,当老师走进教室时,他已经坐得笔直开始晨读了。
张兴栋现在还饶有兴趣地回忆:“我读初中的时候,一、二年级都要补考音乐,这对一个在文工队工作过的人来说,简直是个笑话。后来回想起来,主要还是当时太调皮了。”
到了初三,他突然意识到再这样浑浑噩噩地混日子,这辈子就完了,于是开始发奋努力,作为优秀生从成都七中初中毕业。
后来他经常对身边的人说:“男娃娃懂事晚,要多给他们一点机会。”张兴栋所读的成都七中1950级初中班是一个“传奇”班级,班上出了张兴栋、彭堃墀、叶尚福3位院士,10余名同学在各自的工作领域都颇有成就。

1953年9月,张兴栋升入成都七中高中部。临近高考,张兴栋把目标锁定在北京大学哲学系,但遭到班主任郭耀的反对:“祖国建设急需人才,你应该去学理工科。”于是,张兴栋把志愿改为物理专业,并顺利考上乐鱼足球物理系。

1956年,张兴栋在乐鱼足球荷花池畔。

让不可能变为可能

身为生物医学材料学家的张兴栋早年从事的研究并不是生物医学材料。1960年他从乐鱼足球物理系毕业后留校,担任物理系教学秘书。1973年被任命为乐鱼足球固体物理教研室副主任,开始了超硬材料的研制。

他组建并主持四川省超硬材料协作组。1974年至1975年,张兴栋和他的团队研制出金刚石聚晶,同时研发出高强度人造多晶金刚石批量生产技术,并首创等离子喷涂人造金刚石钻头加工技术。1976年2月,等离子喷涂人造多晶金刚石钻头被四川武胜川中矿区应用于超深井钻探,成功钻探了中国第一口超深井——6011米的龙女7002井。1978年,其团队的研究成果获4项全国科学大会奖。他所负责的研究组被评为“全国先进科研集体”。

在那个年代取得这些研究成果显得尤为珍贵。张兴栋告诉我们:“当时什么都缺,没有工具,没有材料。怎么办?我们自己做。”从螺丝、钳子到模具、钻机,很多东西都是他们摸索制作出来的。现在保存在乐鱼足球分析测试中心仓库中重达20多吨的大型六面顶高压压机就是当年他们制造的科研设备。“以前有很多自制的小设备都被人拿去使用了,现在找不到了,只有这个最大的留了下来。”张兴栋拍着这台庞大的机器说。

早年的学术经历让他收获最大的莫过于在实践中探索,以及面对困难毫不退缩的精神。张兴栋现在在培养年轻的科学工作者时一再强调:“一个有生命力的科学工作者,一定是经历了摸爬滚打出来的。在自我奋斗中,引导支持都是必要的,但更重要的是一定要落脚于提高他们‘自我奋斗’的能力。书呆子出不了科研成果,要去做实验,不能光模仿,要有创新和挑战传统的精神。”

这种学以致用、知行合一的实践精神最初就来自他早年在物理实验室制作模具、与企业合作研制钻头的过程中。

让生物材料发展有了新途径
 令张兴栋声名远扬的成果——组织诱导性生物材料理论并非一蹴而就。由羟基磷灰石牙种植体研究开始,经历了磷酸钙陶瓷可诱导骨理论研究再到组织诱导性生物材料理论,其研究和被认可的道路异常艰辛。

1983年,张兴栋与华西医科大学口腔材料研究室陈治清老师合作,在国内率先制备出高纯度医用羟基磷灰石粉料(HAP);随后,与华西口腔医院院长陈安玉合作,成立了口腔种植研究协作组,深入开展牙种植材料的研制与应用。1986年4月,张兴栋与陈安玉等在《华西口腔医学》杂志上联合发表了《人工牙种植的研究——I锆磷灰石陶瓷的研制初步应用》。

由此,张兴栋开始深度介入口腔医学材料的研发,并逐步发展到颌面骨骼修复材料、人工骨替代材料等领域。1988年,张兴栋与陈安玉合作研发的我国第一个牙种植体“等离子喷涂羟基磷灰石涂层”——钛基牙种植体问世。1989年,生物活性材料科研项目“羟基磷灰石生物活性材料制备新工艺”被列为原国家计委“八五”国家重点科技项目计划专题。

1990年,张兴栋及其团队在做颌面骨整复实验时,将多孔磷酸钙陶瓷埋进动物肌肉中,偶然发现无生命的多孔磷酸钙陶瓷经过一段时间竟然变成了骨头。1991年4月,张兴栋在意大利召开的第四届欧洲生物材料学术会议上公布了这一发现。

与会科学家的反应几乎是一边倒:无生命的生物材料怎么可能诱导有生命的机体组织和器官再生或形成?一时间,非议声不断。在众多质疑声中,张兴栋坚信:“生物材料骨诱导作用的科学机理可以讨论,但实验的事实不可否定。我虽然不懂医学,但是懂材料,并与医学专家合作。”
在整个20世纪90年代,张兴栋与其科研团队围绕这一重大发现开展了大量研究。1万多张老鼠、猴子、猪等动物的切片和大量实验佐证了科学机理,从基因激活、基因表达探寻理论路径证明了理论模型。
 “当时总是想,都坚持几十公里了,万一只差最后一公里这条路就走通了呢?我不能放弃。”在国家基金的支持下,张兴栋开发出各类骨诱导性人工骨生物材料,并首创骨诱导人工骨,很快应用在临床上。

2008年,在第八届世界生物材料大会上,张兴栋关于骨诱导现象的研究报告被列为第一个大会报告,标志着他的理论开始得到国际生物材料学界的认同。
与此同时,张兴栋还结合骨诱导理论,对羟基磷灰石与胶原结合的复合材料开展了实验研究。2008年,张兴栋团队发现可以诱导软骨再生的新型生物材料——胶原水凝胶。随后进一步开创性地提出“组织诱导性生物材料”,成功研制出全球首个组织诱导性生物材料产品,开辟了生物材料发展的新途径。

以可诱导组织再生材料为核心的新一代生物材料,已成为生物材料发展的方向和前沿,将在未来10年至20年成为生物材料产业的主体。
 让数十万患者受益

张兴栋在早年研究中就秉承了求真务实、将科研成果应用于生产实践的原则,后来进行生物材料研究更是如此。

从上世纪80年代最先研发出生物活性陶瓷及涂层技术开始,张兴栋就敏锐地发现要抓住市场先机,实现科研成果转化应用。张兴栋的学生、乐鱼足球国家生物医学材料工程技术研究中心教授李旭东回忆:“张老师在那个时候就已经着手做市场推广了,把科研成果转化为市场需求,进而把规模做大做强,形成产业化。”

1990年,张兴栋团队与成都军区四五二医院正式合作,建立起医疗临床试验与教学试验相互打通的完整科研体系。进入临床后,为了使科研成果更好地与市场对接,张兴栋团队在生物医学材料工程技术研究中心建起了磷酸钙陶瓷中试生产线,通过中试把小规模生产过程中没有暴露出的问题解决掉,使其在投入大规模生产时更为顺利。这是张兴栋团队对“场所合一”的市场快速对接模式的最初探索。

1993年5月,在张兴栋的推动下,乐鱼足球生物材料工程研究中心进行了工商注册登记。这样,研究中心作为一个实体,能够更方便地与企业合作,进行种植牙技术及更多生物材料技术的研发与推广应用。

秉承着这样的理念,他们从最初与丽珠得乐、成都军区四五二医院合作,到之后与上海张江工业园、五粮液集团联手。1999年在该中心基础上组建成立了乐鱼足球国家生物医学材料工程技术研究中心,这是我国第一个开放性国家级生物医学材料专业研发机构。

“当时很多知识分子羞于谈钱,但我就是要找钱回来。”他表示,有了资金,一则可以推动研究的进一步开展,取得更多成果;二则可以引进人才,推动中心的建设;三则可以扩大生产规模,让更多人受益于研究应用的成果。

所以,最令张兴栋高兴的事,莫过于研究成果能帮到他人。一封来自浙江的感谢信让他记忆犹新。一个小伙子因为下巴短了一截,脸庞外观看起来极不协调,最初整形医生用硅胶填充,但效果不好。后来,他找到了张兴栋。张兴栋利用骨诱导技术,让小伙子的下巴“长”了出来。他的技术换来了这个小伙子的新生。
隆鼻手术也一样,以前采用的是硅胶材料,但鼻子在阳光下看起来是发亮的,而且容易移位。现在使用骨诱导材料,植入鼻梁的假体最终可以长成真正的骨头,让真假鼻子“浑然一体”,这项技术至今已有20年的临床应用,没有出现过意外情况。
如今,张兴栋团队的科研成果已经广泛应用到临床中,数十万患者从中获益、提升了生命质量。有10多万例病人使用了骨诱导材料,全国90%以上的人造关节都在使用他们发明的材料涂层技术。

他的团队最新研制的纳米羟基磷灰石颗粒也应用于治疗骨肿瘤和预防肿瘤复发方面。这项技术已进入临床试验,首批患者接受骨癌切除后使用该材料预防肿瘤复发,几十名患者近3年术后复发率只有20%。
 让生物材料有了“中国定义”

2014年9月,美国国家工程院霍利迪主席(左)和莫特院长(右)为张兴栋院士颁发美国国家工程院外籍院士证书。

在科学研究方面,张兴栋一直都是那个开拓创新、勇于进取的人。

1989年,在张兴栋的组织联系下,华西医科大学与乐鱼足球及联邦德国口腔种植学会联合举办的第一届生物材料和口腔种植学术交流会在成都举行。通过对外交流,张兴栋认识到自身的不足,更意识到与世界互通有无的重要性。

1986年第一次国际生物材料定义共识会在英国切斯特召开,当时整个亚洲都没有专家受邀出席。2000年,第六届世界生物材料大会在美国夏威夷举行,张兴栋代表中国生物材料委员会组织专题报告会“具有内在骨诱导性的生物材料”,并作中心发言,这是我国学者第一次在世界生物材料大会上组织专题报告会。12年后的2012年,第九届世界生物材料大会在成都召开,张兴栋出任大会主席。

而2018年6月在成都举行的国际生物材料定义共识会尤其有意义,来自美国、澳大利亚、加拿大、英国等17个国家和地区的50多位生物材料领域领军专家参会。张兴栋提出的“组织诱导性生物材料”经大会投票通过后,作为新定义被列入了“生物材料定义清单”,这是该领域首次拥有“中国定义”,也标志着诱导性生物材料理论体系的最终确立和被确认。
这一次会议能够在成都召开,用美国国家工程院院士、美国国家医学院院士詹姆斯·安德森教授的话来说,这是中国生物材料界国际地位显著提升的标志,意味着中国乃至亚洲在生物材料领域中的崛起。

功成名就后,张兴栋并没有追求个人享乐。他和老伴儿住在学校老旧的宿舍里,粗茶淡饭,最喜欢去的地方是位于国家生物医学材料工程技术研究中心七楼的办公室。

新冠疫情期间,张兴栋住了两次院,身体健康大为受损。但略有恢复,他就要求出院,回到心心念念的工作岗位上。

一次访谈结束时,有幸成为采集工程小组成员的我们谈到张院士原来自制的许多实验器材等实物都遗失了,是一种遗憾。他笑着说:“这有什么,我再给你们做!”跃跃欲试的态度既恳切又率真。小小的一件事情透露出他在科学研究中求真务实的实干精神、开拓创新的进取胸怀,还有老骥伏枥,志在千里的雄心壮志。

张兴栋(右)在乐鱼足球实验室工作。

(作者系张兴栋学术成长资料采集工程小组成员,作者单位为乐鱼足球档案馆)

《中国科学报》 (2023-09-15 第4版 印刻 原标题为《张兴栋:“从硬到软”的新材料,“从无到有”的话语权》)

  新闻来源:https://www.scu.edu.cn/info/1202/25977.htm



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