中国工程院院士张兴栋

跨越科研难关 只为“世界领先”

李 奎

人物档案

张兴栋,1938年生,四川南充人,1956年毕业于成都七中,1960年毕业于四川大学固体物理专业。中国工程院院士、中国生物材料学会名誉理事长、美国国家工程院外院士、国际生物材料科学与工程学会联合会前主席、Regenerative Biomaterials主编,四川大学教授。

张兴栋接受南充市融媒体中心记者专访(南充市融媒体中心记者 余中华 摄)

20世纪80年代初开始从事生物活性材料研究,研发出生物活性人工骨、涂层牙种植体和人工髋关节等,获国家科技进步二等奖;90年代初发现生物材料可诱导骨形成,建立理论雏形,首创骨诱导人工骨并推广临床应用。先后发现材料可诱导损坏的关节软骨、韧带、心血管组织等再生,提出“组织诱导性生物材料”(Tissue Inducing Biomaterials),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,获国家自然科学二等奖,国家药监局产品注册证6项,授权国家发明专利38项。

基于对“骨骼-肌肉系统的治疗和生物材料产品研发的贡献”,2014年当选美国国家工程院外籍院士。获美国生物材料学会克莱姆森奖、何梁何利基金科技进步奖、四川省科技杰出贡献奖、全国创新争先奖、Acta Biomaterilia金奖等。2024年被《环球人物》遴选为“2024年度人物——新质生产力引领者”;其团队被评为“中国产学研百家科技创新团队”。

1974年至1975年,张兴栋和他的团队与相关企业合作研发出等离子喷涂人造多晶金刚石钻头。1976年2月,该钻头被四川武胜川中矿区应用于超深井钻探,为成功钻探中国第一口超深井——6011米的龙女7002井,作出了重要贡献。

武胜火车站前矗立的7002井的井架模型(图源:广安日报)

有一个浙江小伙下巴短了一截,脸庞外观看起来不协调。最初,整形医生用硅胶为其加长下巴,但效果不佳。后来,张兴栋团队利用首创的骨诱导人工骨技术,在小伙子的下巴处植入一块人工材料,诱导新骨再生,让小伙子的下巴“长”了出来,使其迎来了人生的新转变。

从等离子喷涂人造多晶金刚石钻头的成功研发,到骨诱导人工骨技术的创新突破,张兴栋在材料科学研究的道路上不断攀登、成果丰硕。

自20世纪70年代以来,张兴栋就开始了材料科学的研究,60岁担任博士生导师、69岁当选中国工程院院士;基于对“骨骼-肌肉系统的治疗和生物材料产品研发的贡献”,2014年当选美国国家工程院外籍院士。这位在材料科学领域成就斐然的科学家,来自四川南充这片充满人文底蕴与奋斗精神的土地。

逆袭人生:从调皮少年到科学巨匠

张兴栋的一生,颇具传奇色彩。1938年4月7日,他出生于高坪区青居镇青居街一个普通店员家庭,因生计困难,3岁时便随母亲迁居成都,投奔外祖父及大舅。

张兴栋的童年是在动荡中度过的,数次搬家,小学转学3次,1949年6月毕业于成都市第五区中心小学。不久,成都解放。1950年3月,母亲把张兴栋送到部队文工队。12岁的他成为了一名小战士(宣传员),不过,因年纪太小,半年后,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,于是复员办为其开了一张介绍信,帮助他敲开了成都七中的大门。

童年时期的张兴栋(受访者供图)

回到校园,张兴栋的中学经历,可以说是“教科书式”的逆袭典范。初中时,用他自己的话来说,他就是个典型的“费头子娃娃”,爬树、下河摸鱼,样样都干。早自习时间,他常常躲在宿舍里睡懒觉。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。等老师走进教室时,他已经坐得笔直,开始晨读。

“我读初中的时候,一、二年级都要补考音乐,这对一个在文工团工作过的人来说,简直是个笑话。后头回想起来,主要还是当时太调皮了。”张兴栋说,到了初三,他突然顿悟,意识到再这样浑浑噩噩混日子,这辈子就完了,于是发奋努力,以优秀生从成都七中初中毕业,又以全优生从七中高中毕业。

张兴栋的这段经历,也让他常常对身边的人讲:“男娃娃懂事晚,要多给他们一点机会。”

临近高考,张兴栋把目标锁定北大哲学系,但班主任建议:“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。

高考第一天晚上,张兴栋帮一个同学复习,喝了人生中第一杯浓茶,结果彻夜未眠,第二天上午考数学,人昏昏沉沉的,发挥不佳,与北大物理系擦肩而过,进入川大物理系学习。

科研攻坚:从钻头突破到生物材料领航

2024年8月9日至10日,“2024生物材料科学与工程前沿国际学术论坛”在成都圆满落幕,本次论坛汇聚了来自中国、美国、加拿大、新加坡、日本、韩国等9个国家和地区的500余位专家学者出席,13位世界顶尖专家受邀参会并作报告,近百位中青年专家在圆桌会议上发言探讨。会议期间,张兴栋院士团队作了《组织诱导生物材料研究的进展》专题报告,获得了国内外专家的高度认可与赞誉。

中国科学院院士赵宇亮说:“如此顶尖级国际性会议在成都举行,得益于张兴栋的学术成就和号召力。”

2024年5月27日,四年一次的世界生物材料大会第十二次大会在韩国大邱开幕。大会特别设立“致敬张兴栋院士:生物材料科学与工程前沿学术报告会”,表彰张兴栋对生物材料科学与工程和促进世界生物材料发展作出的卓越贡献。美国得克萨斯大学奥斯汀分校教授Nicholas Peppas院士在致辞中说:“张兴栋教授是一位伟大的研究者,他的伟大不仅在于做出了卓越的学术研究,更在于他始终心系中国乃至全球的病患者,始终心系他们的健康以及幸福生活。”

报告会结束后,全场与会者自发起立鼓掌,用经久不息的掌声向张兴栋致敬。

“世界生物材料大会为表彰研究学者成就而设立特别报告会极为罕见。”一名与会的著名专家认为,报告会的成功举行是中国生物材料界的荣誉,表明中国生物材料科学与工程的研究已跨入国际领先水平,培养出了“世界生物材料研究的领军者”(TheWorldLeaderinBiomaterialsResearch),学术报告会不仅弘扬了科学家精神,也将激励相关的科技工作者更加积极地投身于这一充满前景的研究领域。

鲜为人知的是,张兴栋走上这条科研之路并取得如此成就,过程异常艰辛。身为生物医学材料学家的张兴栋,早年从事的研究并非生物医学材料领域。1960年,他从四川大学物理系毕业后留校,担任物理系教学秘书。1973年,他被任命为四川大学固体物理教研室副主任,开始从事高压物理和超硬材料的研制工作,还组建并主持了产、学、研结合的四川省超硬材料协作组。1974年至1975年,张兴栋和他的团队与企业合作,研发出高强度人造多晶金刚石(聚晶)及其批量生产技术,并首创等离子喷涂人造多晶金刚石钻头。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,为成功钻探中国第一口超深井——6011米的龙女7002井作出了重大贡献。张兴栋带领的研究组获得1978年第一次全国科学大会4项奖,评为“全国先进科研集体”,他本人作为代表出席大会。

1983年,45岁“高龄”的张兴栋从高压物理研究转向生物材料研究,这一转变源于华西口腔医院找他合作。张兴栋考虑到生物医学材料属于材料科学与医学的交叉领域,当时国内该领域尚处于起步阶段,在这看似“夹缝”般的状况中存在着机遇,更有可能催生出重大成果,且该领域有着巨大的临床需求。

经过系统的预试验,张兴栋组织研究团队选择了与天然牙骨相同化学成分组成的磷酸钙作为研究对象。在国家自然科学基金和原国家计委的支持下,张兴栋研究团队于国内首创生物活性羟基磷灰石人工骨;生物活性羟基磷灰石涂层,以及涂层牙种植体、人工髋关节。在实验中,将一块多孔的磷酸钙陶瓷埋入动物体肌肉和皮下后,两个月后植入的材料居然变成了真骨头。简单来说,就是把一种磷酸钙生物陶瓷植入体内,隔段时间陶瓷诱导人的新骨头生长,陶瓷慢慢消失。

这一研究成果,推动中国生物活性人工骨牙的研究与应用从无到有,达到了国际先进水平,并荣获1998年国家科技进步二等奖。无生命的生物材料能够诱导有生命的骨再生或形成,这是对传统观念的挑战。然而,这个科学奇迹在将张兴栋推向希望顶峰的同时,又把他推进了质疑的深渊。

1991年,当张兴栋在意大利欧洲生物陶瓷大会上报告“骨诱导性生物陶瓷”能够将无生命材料变为有生命骨组织这一科研结果时,国内外却无人认同。一时间,非议不断,有人说,“这个成果不具备统计学意义。”有人说,“一个学物理的,他懂分子生物学吗?想法怪异。”

张兴栋却坚信,“科学的根据是实验结果,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,但懂材料,并和医学专家合作过。”

也有科学家表示:“虽然张兴栋的想法怪异,但毕竟还是有实验根据,很多科学都来自于‘怪异’,不要轻易否定。”

从“跨行”到生物材料领域,到20世纪90年代初发现磷酸钙陶瓷可以诱导骨形成或再生,此后差不多20多年,张兴栋都在坐“冷板凳”。

传统有时是科学探索的一道冷酷界限,凡是想进入未知领域的人都必须跨越它。此后,在国家自然科学基金、科技部973等重大项目的支持下,张兴栋不断证实自己的发现。他通过来自老鼠、猴子、猪等动物的1万多张组织切片等大量实验,佐证了这一发现,并从组织学、分子生物学等角度探寻骨诱导作用的机理,提出了理论雏形。

2000年,第六次世界生物材料大会在夏威夷举行。张兴栋被组委会安排组织和主持第一个研讨会并作主题报告,研讨主题为“具有骨诱导作用的磷酸钙陶瓷”。当时会场爆满,这在一定程度上证明了张兴栋在国际领域已获初步认可。然而,即便如此,质疑的声音依然强烈。直到2014年,张兴栋当选美国国家工程院外籍院士的公报指出,选举他为该院院士,是基于他对“骨骼-肌肉系统的治疗和生物材料产品研发的贡献”。

此后,张兴栋团队及国内有关研究组织在生物材料骨诱导研究启示下相继发现材料可以诱导软骨、韧带、神经及心血管组织再生,张兴栋提出了“组织诱导性生物材料”新概念,即无生命的生物材料可诱导有生命的组织或器官再生。

2018年,“国际生物材料定义共识会”在成都举行,与1986年第一次定义会整个亚洲都没有专家受邀参加相比,这次会议吸引了来自美国、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齐聚于此。这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高的标志,意味着中国在生物材料领域中的崛起。

会上,张兴栋提出的“组织诱导性生物材料”经大会投票通过后,作为新定义列入“21世纪生物材料定义”,这是由我国科学家首次提出的生物材料定义。与会专家评价其为“打破了材料不能诱导组织再生的教条”“是再生复杂组织的革命性新途径”“未来的生物材料”“引领了中国和国际生物材料的研发”。张兴栋被誉为“世界生物材料研究的引导者”。

如今,张兴栋团队的科研成果已广泛应用于临床,逾百万患者从中获益,提升了生命质量。

师者仁心:科研之外的教育温情

在生物材料研究领域取得卓越成就、备受赞誉的张兴栋,不仅在科研道路上成果斐然,在教育事业上同样有着独特的风采。

已入耄耋之年的张兴栋依旧是个“工作狂”,他每天最喜欢去的地方就是办公室。一忙起来,张兴栋常常忘记吃午饭,下午两三点钟才匆匆吃一碗方便面,随便扒拉几口就应付过去了。不仅在饮食上如此,他在穿着方面同样很“随意”。接受家乡媒体采访当天,张兴栋“特意”穿了一件比较体面的衬衣。熟悉他的学生透露,这件衣服他至少穿了10年。

张兴栋对自己“不讲究”,但对学生、同事却关怀备至,用现在时髦的话说,他是一名名副其实的“暖男”老师。

西南交通大学教授翁杰是张兴栋的学生。他曾到荷兰做访问学者,回国前,张兴栋亲自帮他打包行李。在机场转机时,按照要求开箱检查,翁杰惊呆了——所有物品分门别类,整整齐齐地摆放在箱子里,就连牙膏、剃须刀等生活用品也准备妥当。

汤柱蓉也是张兴栋带的博士生,她性格有些内向。在实验及生活中遇到困难时,她常在深夜独自沉思。张兴栋得知后,立即鼓励她:“女孩子应该自信一点,不管有多艰难,只要自己努力,一切困扰都会过去。”他还指导汤柱蓉成功完成了科研工作,让她增强了信心。“张老师几乎不批评学生,擅长采用‘鼓励式教学’,以此增强学生信心。”熟悉张兴栋的人这样评价道。

不仅如此,张兴栋对客人也十分热情。面对家乡媒体的采访,他和颜悦色,不停地招呼记者喝水。

“张老师对人很温和,一些细节常常让人感动。”张兴栋身边的工作人员回忆道,每次出去聚餐,大家有什么忌口的,他都记得清清楚楚,点菜时从来不会点这些菜。

张兴栋,这位从调皮少年成长为科学巨擘的传奇人物,在科研领域不断突破,以卓越成就推动中国生物材料科学与工程迈向国际前沿;在教育园地悉心耕耘,用温暖关怀培育出一代又一代科研人才。他以坚韧不拔的毅力跨越科研重重难关,以无私奉献的精神照亮他人前行道路,其传奇经历激励着无数人在科研与教育的道路上奋勇前行,续写新的辉煌篇章。

院士访谈

张兴栋:南充应充分调动人才资源

张兴栋尽管回家乡南充的时间不多,但他一直关注着家乡的发展变化。他在接受家乡媒体专访时表示,南充人杰地灵,孕育出了许多科学家和杰出人才,南充应该把人才汇集起来,充分调动人才资源,让南充实现快速发展。

记者:南充作为您的家乡,在您心目中有哪些印记?

张兴栋:南充有2200多年建城史,积淀了丰厚的历史底蕴和文旅资源,可以说,千百年来,一代代南充人在这片土地上繁衍生息,用勤劳与智慧创造了绚烂多彩的地域文化。南充是人杰地灵的地方,英雄辈出、人才辈出。如今的南充,在加快现代化建设方面,更是蹄疾步稳,经济社会蓬勃发展、欣欣向荣。

记者:对于南充的发展,您有哪些建议?

张兴栋:要发展有特色和竞争力的产业,须夯实产业基础,加快产业发展。产业是区域竞争的根基所在,产业强弱是决定制造强市建设成败的关键,提升产业发展质量和效益、实现工业高质量发展,也是推动区域经济高质量发展、改善民生的关键所在。南充应持续培育和引进大产业项目、高技术企业,特别是要聚焦和引进新材料、新技术,在新质生产力培育和发展上占领先机、赢得优势,为产业筑基,为发展蓄势。

发展新质生产力的现实途径是在科技创新和产业创新深度融合中发展新兴产业和未来产业。南充高校资源丰富,应持续加强和高校的合作,积极打造“人才链、教育链、产业链、创新链”深度融合发展,一方面通过培养高素质创新型人才,为新质生产力的发展提供坚实的人才支撑,另一方面,高校拥有雄厚的科研实力和丰富的创新资源,也是推动科技创新和产业创新的重要力量。

记者:南充籍院士已有10余名,南充应如何弘扬科学家精神,发挥院士引领作用,激活科创引擎?

张兴栋:院士手中有大量的科研成果、项目、科技资源,这些是开辟未来产业的新赛道。南充应加强联系,吸引、集聚院士和高层次人才资源,把人才汇聚起来,紧盯“新兴赛道+前沿技术”,利用院士、乡贤资源,引导产业关键核心技术攻关,构建科技创新生态链,为构建现代化产业体系、提升创新能力和培育发展新动能,打造新质生产力提供人才智力支撑。

来源:方志南充(原载《南充日报》2025年7月8日第5版)

作者:李 奎(南充市融媒体中心记者)