【人物】中國工程院院士張興棟：跨越科研難關 只為“世界領先”

中國工程院院士張興棟

跨越科研難關 只為“世界領先”

李 奎

人物檔案

張興棟,1938年生,四川南充人,1956年畢業于成都七中,1960年畢業于四川大學固體物理專業。中國工程院院士、中國生物材料學會名譽理事長、美國國家工程院外院士、國際生物材料科學與工程學會聯合會前主席、Regenerative Biomaterials主編,四川大學教授。

張興棟接受南充市融媒體中心記者專訪(南充市融媒體中心記者 余中華 攝)

20世紀80年代初開始從事生物活性材料研究,研發出生物活性人工骨、涂層牙種植體和人工髖關節等,獲國家科技進步二等獎;90年代初發現生物材料可誘導骨形成,建立理論雛形,首創骨誘導人工骨并推廣臨床應用。先后發現材料可誘導損壞的關節軟骨、韌帶、心血管組織等再生,提出“組織誘導性生物材料”(Tissue Inducing Biomaterials),即無生命的生物材料通過自身優化設計,可誘導有生命的組織或器官再生,開拓了生物材料發展的新方向,獲國家自然科學二等獎,國家藥監局產品注冊證6項,授權國家發明專利38項。

基于對“骨骼-肌肉系統的治療和生物材料產品研發的貢獻”,2014年當選美國國家工程院外籍院士。獲美國生物材料學會克萊姆森獎、何梁何利基金科技進步獎、四川省科技杰出貢獻獎、全國創新爭先獎、Acta Biomaterilia金獎等。2024年被《環球人物》遴選為“2024年度人物——新質生產力引領者”;其團隊被評為“中國產學研百家科技創新團隊”。

1974年至1975年,張興棟和他的團隊與相關企業合作研發出等離子噴涂人造多晶金剛石鉆頭。1976年2月,該鉆頭被四川武勝川中礦區應用于超深井鉆探,為成功鉆探中國第一口超深井——6011米的龍女7002井,作出了重要貢獻。

武勝火車站前矗立的7002井的井架模型(圖源:廣安日報)

有一個浙江小伙下巴短了一截,臉龐外觀看起來不協調。最初,整形醫生用硅膠為其加長下巴,但效果不佳。后來,張興棟團隊利用首創的骨誘導人工骨技術,在小伙子的下巴處植入一塊人工材料,誘導新骨再生,讓小伙子的下巴“長”了出來,使其迎來了人生的新轉變。

從等離子噴涂人造多晶金剛石鉆頭的成功研發,到骨誘導人工骨技術的創新突破,張興棟在材料科學研究的道路上不斷攀登、成果豐碩。

自20世紀70年代以來,張興棟就開始了材料科學的研究,60歲擔任博士生導師、69歲當選中國工程院院士;基于對“骨骼-肌肉系統的治療和生物材料產品研發的貢獻”,2014年當選美國國家工程院外籍院士。這位在材料科學領域成就斐然的科學家,來自四川南充這片充滿人文底蘊與奮斗精神的土地。

逆襲人生:從調皮少年到科學巨匠

張興棟的一生,頗具傳奇色彩。1938年4月7日,他出生于高坪區青居鎮青居街一個普通店員家庭,因生計困難,3歲時便隨母親遷居成都,投奔外祖父及大舅。

張興棟的童年是在動蕩中度過的,數次搬家,小學轉學3次,1949年6月畢業于成都市第五區中心小學。不久,成都解放。1950年3月,母親把張興棟送到部隊文工隊。12歲的他成為了一名小戰士(宣傳員),不過,因年紀太小,半年后,張興棟被列入復員名單。復員時,張興棟向組織提出希望到成都縣立中學(今成都市第七中學)讀書,于是復員辦為其開了一張介紹信,幫助他敲開了成都七中的大門。

童年時期的張興棟(受訪者供圖)

回到校園,張興棟的中學經歷,可以說是“教科書式”的逆襲典范。初中時,用他自己的話來說,他就是個典型的“費頭子娃娃”,爬樹、下河摸魚,樣樣都干。早自習時間,他常常躲在宿舍里睡懶覺。他的寢室與教室之間只隔著一口天井,直到聽到老師的腳步聲,他才翻身起床,一躍翻進教室。等老師走進教室時,他已經坐得筆直,開始晨讀。

“我讀初中的時候,一、二年級都要補考音樂,這對一個在文工團工作過的人來說,簡直是個笑話。后頭回想起來,主要還是當時太調皮了。”張興棟說,到了初三,他突然頓悟,意識到再這樣渾渾噩噩混日子,這輩子就完了,于是發奮努力,以優秀生從成都七中初中畢業,又以全優生從七中高中畢業。

張興棟的這段經歷,也讓他常常對身邊的人講:“男娃娃懂事晚,要多給他們一點機會。”

臨近高考,張興棟把目標鎖定北大哲學系,但班主任建議:“祖國建設急需人才,你應該去學理工科。”于是,張興棟把志愿改為物理專業。

高考第一天晚上,張興棟幫一個同學復習,喝了人生中第一杯濃茶,結果徹夜未眠,第二天上午考數學,人昏昏沉沉的,發揮不佳,與北大物理系擦肩而過,進入川大物理系學習。

科研攻堅:從鉆頭突破到生物材料領航

2024年8月9日至10日,“2024生物材料科學與工程前沿國際學術論壇”在成都圓滿落幕,本次論壇匯聚了來自中國、美國、加拿大、新加坡、日本、韓國等9個國家和地區的500余位專家學者出席,13位世界頂尖專家受邀參會并作報告,近百位中青年專家在圓桌會議上發言探討。會議期間,張興棟院士團隊作了《組織誘導生物材料研究的進展》專題報告,獲得了國內外專家的高度認可與贊譽。

中國科學院院士趙宇亮說:“如此頂尖級國際性會議在成都舉行,得益于張興棟的學術成就和號召力。”

2024年5月27日,四年一次的世界生物材料大會第十二次大會在韓國大邱開幕。大會特別設立“致敬張興棟院士:生物材料科學與工程前沿學術報告會”,表彰張興棟對生物材料科學與工程和促進世界生物材料發展作出的卓越貢獻。美國得克薩斯大學奧斯汀分校教授Nicholas Peppas院士在致辭中說:“張興棟教授是一位偉大的研究者,他的偉大不僅在于做出了卓越的學術研究,更在于他始終心系中國乃至全球的病患者,始終心系他們的健康以及幸福生活。”

報告會結束后,全場與會者自發起立鼓掌,用經久不息的掌聲向張興棟致敬。

“世界生物材料大會為表彰研究學者成就而設立特別報告會極為罕見。”一名與會的著名專家認為,報告會的成功舉行是中國生物材料界的榮譽,表明中國生物材料科學與工程的研究已跨入國際領先水平,培養出了“世界生物材料研究的領軍者”(TheWorldLeaderinBiomaterialsResearch),學術報告會不僅弘揚了科學家精神,也將激勵相關的科技工作者更加積極地投身于這一充滿前景的研究領域。

鮮為人知的是,張興棟走上這條科研之路并取得如此成就,過程異常艱辛。身為生物醫學材料學家的張興棟,早年從事的研究并非生物醫學材料領域。1960年,他從四川大學物理系畢業后留校,擔任物理系教學秘書。1973年,他被任命為四川大學固體物理教研室副主任,開始從事高壓物理和超硬材料的研制工作,還組建并主持了產、學、研結合的四川省超硬材料協作組。1974年至1975年,張興棟和他的團隊與企業合作,研發出高強度人造多晶金剛石(聚晶)及其批量生產技術,并首創等離子噴涂人造多晶金剛石鉆頭。1976年2月,等離子噴涂人造多晶金剛石鉆頭被四川武勝川中礦區應用于超深井鉆探,為成功鉆探中國第一口超深井——6011米的龍女7002井作出了重大貢獻。張興棟帶領的研究組獲得1978年第一次全國科學大會4項獎,評為“全國先進科研集體”,他本人作為代表出席大會。

1983年,45歲“高齡”的張興棟從高壓物理研究轉向生物材料研究,這一轉變源于華西口腔醫院找他合作。張興棟考慮到生物醫學材料屬于材料科學與醫學的交叉領域,當時國內該領域尚處于起步階段,在這看似“夾縫”般的狀況中存在著機遇,更有可能催生出重大成果,且該領域有著巨大的臨床需求。

經過系統的預試驗,張興棟組織研究團隊選擇了與天然牙骨相同化學成分組成的磷酸鈣作為研究對象。在國家自然科學基金和原國家計委的支持下,張興棟研究團隊于國內首創生物活性羥基磷灰石人工骨;生物活性羥基磷灰石涂層,以及涂層牙種植體、人工髖關節。在實驗中,將一塊多孔的磷酸鈣陶瓷埋入動物體肌肉和皮下后,兩個月后植入的材料居然變成了真骨頭。簡單來說,就是把一種磷酸鈣生物陶瓷植入體內,隔段時間陶瓷誘導人的新骨頭生長,陶瓷慢慢消失。

這一研究成果,推動中國生物活性人工骨牙的研究與應用從無到有,達到了國際先進水平,并榮獲1998年國家科技進步二等獎。無生命的生物材料能夠誘導有生命的骨再生或形成,這是對傳統觀念的挑戰。然而,這個科學奇跡在將張興棟推向希望頂峰的同時,又把他推進了質疑的深淵。

1991年,當張興棟在意大利歐洲生物陶瓷大會上報告“骨誘導性生物陶瓷”能夠將無生命材料變為有生命骨組織這一科研結果時,國內外卻無人認同。一時間,非議不斷,有人說,“這個成果不具備統計學意義。”有人說,“一個學物理的,他懂分子生物學嗎?想法怪異。”

張興棟卻堅信,“科學的根據是實驗結果,生物材料骨誘導作用的科學機理可以討論,但實驗的事實不可否定,我雖然不懂醫學,但懂材料,并和醫學專家合作過。”

也有科學家表示:“雖然張興棟的想法怪異,但畢竟還是有實驗根據,很多科學都來自于‘怪異’,不要輕易否定。”

從“跨行”到生物材料領域,到20世紀90年代初發現磷酸鈣陶瓷可以誘導骨形成或再生,此后差不多20多年,張興棟都在坐“冷板凳”。

傳統有時是科學探索的一道冷酷界限,凡是想進入未知領域的人都必須跨越它。此后,在國家自然科學基金、科技部973等重大項目的支持下,張興棟不斷證實自己的發現。他通過來自老鼠、猴子、豬等動物的1萬多張組織切片等大量實驗,佐證了這一發現,并從組織學、分子生物學等角度探尋骨誘導作用的機理,提出了理論雛形。

2000年,第六次世界生物材料大會在夏威夷舉行。張興棟被組委會安排組織和主持第一個研討會并作主題報告,研討主題為“具有骨誘導作用的磷酸鈣陶瓷”。當時會場爆滿,這在一定程度上證明了張興棟在國際領域已獲初步認可。然而,即便如此,質疑的聲音依然強烈。直到2014年,張興棟當選美國國家工程院外籍院士的公報指出,選舉他為該院院士,是基于他對“骨骼-肌肉系統的治療和生物材料產品研發的貢獻”。

此后,張興棟團隊及國內有關研究組織在生物材料骨誘導研究啟示下相繼發現材料可以誘導軟骨、韌帶、神經及心血管組織再生,張興棟提出了“組織誘導性生物材料”新概念,即無生命的生物材料可誘導有生命的組織或器官再生。

2018年,“國際生物材料定義共識會”在成都舉行,與1986年第一次定義會整個亞洲都沒有專家受邀參加相比,這次會議吸引了來自美國、澳大利亞、加拿大、英國等17個國家和地區的50多位生物材料領域領軍專家齊聚于此。這次會議能夠在成都召開,用美國國家工程院院士、美國國家醫學院院士詹姆斯·安德森教授的話來說,這是中國生物材料界國際地位顯著提高的標志,意味著中國在生物材料領域中的崛起。

會上,張興棟提出的“組織誘導性生物材料”經大會投票通過后,作為新定義列入“21世紀生物材料定義”,這是由我國科學家首次提出的生物材料定義。與會專家評價其為“打破了材料不能誘導組織再生的教條”“是再生復雜組織的革命性新途徑”“未來的生物材料”“引領了中國和國際生物材料的研發”。張興棟被譽為“世界生物材料研究的引導者”。

如今,張興棟團隊的科研成果已廣泛應用于臨床,逾百萬患者從中獲益,提升了生命質量。

師者仁心:科研之外的教育溫情

在生物材料研究領域取得卓越成就、備受贊譽的張興棟,不僅在科研道路上成果斐然,在教育事業上同樣有著獨特的風采。

已入耄耋之年的張興棟依舊是個“工作狂”,他每天最喜歡去的地方就是辦公室。一忙起來,張興棟常常忘記吃午飯,下午兩三點鐘才匆匆吃一碗方便面,隨便扒拉幾口就應付過去了。不僅在飲食上如此,他在穿著方面同樣很“隨意”。接受家鄉媒體采訪當天,張興棟“特意”穿了一件比較體面的襯衣。熟悉他的學生透露,這件衣服他至少穿了10年。

張興棟對自己“不講究”,但對學生、同事卻關懷備至,用現在時髦的話說,他是一名名副其實的“暖男”老師。

西南交通大學教授翁杰是張興棟的學生。他曾到荷蘭做訪問學者,回國前,張興棟親自幫他打包行李。在機場轉機時,按照要求開箱檢查,翁杰驚呆了——所有物品分門別類,整整齊齊地擺放在箱子里,就連牙膏、剃須刀等生活用品也準備妥當。

湯柱蓉也是張興棟帶的博士生,她性格有些內向。在實驗及生活中遇到困難時,她常在深夜獨自沉思。張興棟得知后,立即鼓勵她:“女孩子應該自信一點,不管有多艱難,只要自己努力,一切困擾都會過去。”他還指導湯柱蓉成功完成了科研工作,讓她增強了信心。“張老師幾乎不批評學生,擅長采用‘鼓勵式教學’,以此增強學生信心。”熟悉張興棟的人這樣評價道。

不僅如此,張興棟對客人也十分熱情。面對家鄉媒體的采訪,他和顏悅色,不停地招呼記者喝水。

“張老師對人很溫和,一些細節常常讓人感動。”張興棟身邊的工作人員回憶道,每次出去聚餐,大家有什么忌口的,他都記得清清楚楚,點菜時從來不會點這些菜。

張興棟,這位從調皮少年成長為科學巨擘的傳奇人物,在科研領域不斷突破,以卓越成就推動中國生物材料科學與工程邁向國際前沿;在教育園地悉心耕耘,用溫暖關懷培育出一代又一代科研人才。他以堅韌不拔的毅力跨越科研重重難關,以無私奉獻的精神照亮他人前行道路,其傳奇經歷激勵著無數人在科研與教育的道路上奮勇前行,續寫新的輝煌篇章。

院士訪談

張興棟:南充應充分調動人才資源

張興棟盡管回家鄉南充的時間不多,但他一直關注著家鄉的發展變化。他在接受家鄉媒體專訪時表示,南充人杰地靈,孕育出了許多科學家和杰出人才,南充應該把人才匯集起來,充分調動人才資源,讓南充實現快速發展。

記者:南充作為您的家鄉,在您心目中有哪些印記?

張興棟:南充有2200多年建城史,積淀了豐厚的歷史底蘊和文旅資源,可以說,千百年來,一代代南充人在這片土地上繁衍生息,用勤勞與智慧創造了絢爛多彩的地域文化。南充是人杰地靈的地方,英雄輩出、人才輩出。如今的南充,在加快現代化建設方面,更是蹄疾步穩,經濟社會蓬勃發展、欣欣向榮。

記者:對于南充的發展,您有哪些建議?

張興棟:要發展有特色和競爭力的產業,須夯實產業基礎,加快產業發展。產業是區域競爭的根基所在,產業強弱是決定制造強市建設成敗的關鍵,提升產業發展質量和效益、實現工業高質量發展,也是推動區域經濟高質量發展、改善民生的關鍵所在。南充應持續培育和引進大產業項目、高技術企業,特別是要聚焦和引進新材料、新技術,在新質生產力培育和發展上占領先機、贏得優勢,為產業筑基,為發展蓄勢。

發展新質生產力的現實途徑是在科技創新和產業創新深度融合中發展新興產業和未來產業。南充高校資源豐富,應持續加強和高校的合作,積極打造“人才鏈、教育鏈、產業鏈、創新鏈”深度融合發展,一方面通過培養高素質創新型人才,為新質生產力的發展提供堅實的人才支撐,另一方面,高校擁有雄厚的科研實力和豐富的創新資源,也是推動科技創新和產業創新的重要力量。

記者:南充籍院士已有10余名,南充應如何弘揚科學家精神,發揮院士引領作用,激活科創引擎?

張興棟:院士手中有大量的科研成果、項目、科技資源,這些是開辟未來產業的新賽道。南充應加強聯系,吸引、集聚院士和高層次人才資源,把人才匯聚起來,緊盯“新興賽道+前沿技術”,利用院士、鄉賢資源,引導產業關鍵核心技術攻關,構建科技創新生態鏈,為構建現代化產業體系、提升創新能力和培育發展新動能,打造新質生產力提供人才智力支撐。

來源:方志南充(原載《南充日報》2025年7月8日第5版)

作者:李 奎(南充市融媒體中心記者)