生物工程与生物材料
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《中国生物工程杂志》第22卷第5期
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20世纪生命科学领域中细胞生物学和分子生物学的两大飞跃，使人类对生命本质的认识达到了一个前所未有的高度。随着科学技术的发展，人类为了自身的生存与发展，把对生命科学的研究作为一条主线，不断应用其它现代科学技术，逐渐形成了一门理工医相结合的交叉学科——生物工程。
生命系统是由无数个细胞组成的，每个细胞都包含有成千上百种酶，分别催化着各种各样的生化反应。通常生物合成的高分子有蛋白质、核酸如DNA和RNA、多糖以及磷脂等。然而在近几十年中，由生物合成或利用生物与化学合成法结合得到的另一些高分子材料正在形成研究的热点，而且随着研究成果的逐步商业化，这些高分子材料将对人们未来的生活发生巨大的影响。它们当中具有优良生物相容性及生物可降解性的聚羟基脂肪酸(Polyhydroxyalkanoates，简称PHA)和聚乳酸(PLA)，以及具有超强性能的聚三亚甲基对苯二酸酯(polytrimethylene terephthalate，PTT)和聚苯(PPP)可称得上这些新型高分子材料的代表，本文试对这几种高分子材料作一个简单的综述。
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1聚羟基脂肪酸(PHA)
在微生物细胞，特别是细菌细胞中，大量地存在着一种高分子聚酯─聚羟基脂肪酸(Polyhydroxyalkanoates，简称PHA)[1]。目前已经发现PHA聚酯有至少125种不同的单体结构，并且新的单体被不断地发现出来。由微生物合成的PHA有一些特殊的性能，包括生物可降解性、生物相容性、压电性和光学活性等[2-3]。另外，根据单体结构或含量的不同，PHA的性能可从坚硬到柔软到弹性变化[3]。PHA有许多潜在的应用前景，国内外都对其进行大量的基础和应用开发研究[4]。最近，清华大学领先在国内外成功地实现了一种性能优良的PHA─3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物PHBHHx的工业化生产，为开发这种新型材料的应用提供了原料基础[5]。
1.1PHA的发酵工程——微生物法合成PHA
许多细菌具有合成PHA的能力，可根据菌种的不同，使用不同的前体，使细菌合成与前体结构有关的的PHA[6-9]。利用这种方法，可对PHA的分子结构进行分子设计，合成性能符合要求的材料[9]。
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PHA的微生物法合成和工业化生产
尽管已经发现有超过300种不同的微生物可以合成PHA，只有其中的几种能够以高浓度和高产率来生产PHA，如Ralstonia eutropha (以前叫Alcaligenes eutrophus)[10]， Alcaligenes latus[11]， Azotobacter vinelandii[12-14]，Aeromonas hydrophila[5]，几株甲烷菌和重组Escherichia coli[10]。为达到商业化的目标，有很多研究和努力来降低生产成本，包括改良菌种和优化发酵和提取工艺等[10]。PHA生产的整个过程应该被彻底设计和分析以减少生产成本，过程包括碳源分析、发酵过程、PHA产率以及提取方法等。短链和中长链PHA的发酵经济学已经有了综述[15]，并提供了PHA有效生产的策略。
批式补料方法是PHA生产的最常用的发酵手段。两步培养法也经常使用，尤其是对于那些在限制营养元素条件下积累PHA的菌种[10, 11]。其它的菌种在合成PHA时不需要限制营养元素，其PHA合成是与细胞生长相关的，比如Bacillus sp. [16]， A. vinelandii [12] 和重组E. coli [10]。最近已经有综述研究了控制批式补料发酵方法的技术[17]，也发展出了利用多波长荧光检测器在线监控发酵过程的方法[18]，批式补料发酵方法可以被更好地优化。PHA产率、细胞含量和产量不仅仅与特定的菌种和发酵过程有关，还在很大程度上受到所使用的碳源和其它营养元素的影响[10]。除葡萄糖和果糖外的其它便宜碳源，如甲醇、乙醇、糖蜜和半纤维素水化物等都可以用来作为碳源以降低成本。最近，乳清[19]、有机酸水解淀粉废水[20]和甲烷[21]甚至废水[22]也被用来生产PHA。在所有与成本相关的因素中，PHA含量被认为是最重要的，因为它影响PHA产量和回收效率[15]。
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细菌的PHA组成是另一个依赖于发酵过程的元素。一般来说，PHA的单体结构对使用的碳源的依赖性非常大。在一些假单胞菌中，使用不同的碳源会发现有很多新的PHA单体被合成，这些相关碳源会使合成的PHA单体末端包含相应的功能基团[23-24]。进一步的筛选结果表明，PHA的合成很大程度上是底物依赖性的，当提供了合适的碳源后，很多细菌就能够合成PHA[1]。所以，当需要一些特殊结构的PHA时，具有相似结构的相关碳源就需要作为发酵的碳源[23-26]。
已经实现工业化生产的PHA目前只有PHB以及羟基丁酸与羟基戊酸的共聚物PHBV，分别由奥地利林茨化学公司(Chemie Linz AG)和英国帝国化学工业公司(ICI，现在称为Zeneca)在八十年代实现。从1998年以来，清华大学微生物实验室与广东江门生物技术开发中心合作，在国内外首次开发成功了羟基丁酸与羟基己酸的共聚物PHBHHx的工业化生产技术，为这种新型材料的应用开发打下了物质基础[5]。
PHA的基因工程
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PHA的基因工程的主要目的有两个：
一是获得具新颖结构的PHA分子。通过分子克隆技术，已经有大约10个与PHA合成有关的基因被发现了。采用基因工程的方法，用重组大肠杆菌可以合成PHB、弹性材料mcl PHA和共聚物PHBHHx。利用定向分子进化和基因混合等最新技术，有可能合成出性能更加优越的PHA高分子材料，即通过基因工程方法得到一些自然界少有或不能合成的PHA分子，主要是将合成不同PHA单体的基因进行组合，希望得到新型PHA分子，如使R. eutropha的PHB合成基因在产中长链PHA的P. oleovorans中表达，试图获得合成短链和中长链共聚的PHA。但往往经克隆后的细菌虽然表达了两种单体，却是共混物[26]；不过也有报道，携带Thiocapsa pfennigi的PHA聚合酶基因的重组PHA聚合酶基因缺陷型P. putida可以合成C4，C6，C8单体的共聚物，这是一个很有趣的现实，因为T. pfennigi本身只能合成scl-PHA，这说明PHA的单体组成除受PHA聚合酶影响外，也可能存在有其他影响因素[27]。
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二是降低PHA的生产成本，提高PHA的生产率，从而与传统石油塑料竞争。研究者在这方面做了许多努力，清华大学生物化工实验室采用高密度培养重组大肠杆菌的新技术使聚羟基丁酸PHB的生产效率得到很大的提高，有可能在很大程度上降低PHB的生产成本[28]。通过把细菌合成PHA的基因导入植物中，可以使植物合成PHA。根据推算如果植物中的PHA的含量能达到其他脂类储存物的平均水平——即达到植物细胞干重的20-40 wt%，则PHA的价格更可降到抗?.5美元左右，完全可以与传统塑料的价格进行竞争[29-30]。由于PHB不能穿过质体的膜，又由于质体是植物细胞中脂肪酸的合成部分，所以如果能把PHA的合成定位到质体上可能会达到不损害植物细胞同时又大量积累PHA的目的；现在通过基因工程技术已成功地把PHB的合成定位到质体上[31]。PHA基因已经被转到不少植物上，如Chowdhury等将PHB基因转到棉花中，使棉花纤维的性能与天然棉纤维有了明显差别[32]。最近Henry等在纯合拟南介植物中将植株中的PHA含量提高到12-13 wt%，种子中PHA含量也达到了7wt%[33]。PHA的合成由于基因工程技术的应用已在不同物种中具有广泛的生产前景。但是目前使植物大量地合成PHA存在着一系列的困难。但是我们有信心认为，技术的进步将最终解决植物生产PHA的难关，使塑料真正成为田里种出来的绿色塑料。
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1.2PHA的组织工程——PHA在生物医学工程中的应用
组织工程及生物材料
组织、器官的丧失或功能障碍是人类健康所面临的主要危害之一，也是人类疾病和死亡的最主要原因。随着现代外科学的发展，已使人类对组织、器官缺损的治疗有了很大的进步，但仍然存在许多问题。随着生命科学、材料科学以及相关物理、化学学科的发展，人们提出了一个新的概念——组织工程。组织工程的核心是建立由细胞和生物材料构成的三维空间复合体。这种三维的空间结构为细胞提供了获取营养、气体交换、排泄废物和生长代谢的场所，也是形成新的具有形态和功能的组织、器官的物质基础。组织工程的三大要素是：种子细胞、生物材料及组织和器官的形成和再生，其中生物材料具有不可替代的主要作用。因此，根据组织工程的发展历史也可以说：组织工程的发展与材料科学的发展有密不可分的关系。
适用于做组织工程的支架材料应具有：(1)良好的生物相容性；(2)可制备成三维立体结构的支架材料，具有多孔性和高孔隙率，内表面积大，既有利于细胞的贴附和长入，又有利于营养成份的渗入和代谢产物的排出；(3)生物可降解性：材料应是可被吸收的，在组织形成过程中逐渐分解，而不影响新生组织的结构和功能；(4)良好的表面活性：有利于细胞贴附，并为细胞在其表面生长、增殖和分泌基质提供良好的微环境。(5)可塑性：便于加工成所需的形状，并有一定的机械强度，在植入体内后的一定时间内仍可保持其形状，从而使新形成的组织具有所需的外形等。材料生物相容性的传统概念是指材料为“惰性”的，不会引发宿主强烈的免疫排斥反应。随着对材料-生物体相互作用机理研究的深入，这一概念已发展到材料是具有生物活性的，可诱导宿主的有利反应，比如可以诱导宿主组织的再生等[34]。体外构建工程组织或器官，需要应用外源的三维骨架。这种聚合物骨架的作用除了在新生组织完全形成之前提供足够的机械强度外，还包括提供三维支架，使不同类型细胞可以保持正确的接触方式，以及提供特殊的生长和分化信号使细胞能表达正确的基因和进行分化，从而形成具有特定功能的新生组织，并且参与工程组织与受体组织的整合过程[35]。此外，组织工程的细胞支架，不仅应有在细胞培养操作中保持形状、不会破碎的力学强度，从临床应用出发，细胞支架还必须具有一定的柔韧性，能与机体缝合、并能与机体贴合，也不会对机体组织形成机械损伤的力学性能。
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PHA在组织工程中的应用
在组织工程方面，与其它的聚合物相比，PHA的性能可以适应更广范围的需要，例如可以通过多种处理手段在聚合物表面接连上各种生物活性因子，还可以改变表面和机械性能，聚合物的降解速率也可以用一系列的方法来改变和控制。而且，由于现已有多种构造骨架的技术手段，以及PHA中聚合物材料的性质的多样性，可以根据人体组织的性能特点，设计出所需的组织骨架。
对于PHA聚合物的生物相容性的研究，主要针对于PHB和PHBV两种聚合物，早期的研究表明，当将这两种聚合物植入体内时，可以引起长时间的急性及慢性免疫反应[36]。但王常勇等[37]以PHB三维泡沫材料作为软骨细胞载体材料，在体外培养过程中，细胞在材料上保持了正常的形态，附着生长迅速，同时分泌软骨特有基质成分，并在动物体内进一步成功和培养出具有三维立体形态及组织学特征良好的新生软骨组织，并且体内移植未见明显免疫排斥反应，另外其材料孔隙率较高，孔径大小适合细胞长入，孔度均匀，具有良好的生物降解性，体内完全降解的时间在三个月左右。Rivard用PHB/9%PHV组成的PHBV共聚物制成三维立体泡沫用作软骨细胞、成骨细胞培养支架，细胞均匀地分散在整个聚合物基质中，呈良好的粘附、增殖状态，并在培养21天时细胞生长达最大密度[38]。但PHBV共聚物还存在机械性能差、细胞结合力弱等问题。为改善这些缺点，有人将可溶性磷酸盐玻璃、HA、磷酸三钙(TCP)等与PHBV组成复合物。可溶性磷酸盐玻璃虽然有助于提高机械强度，但其光滑表面不利于与PHBV的物理结合，且早期溶解率高，释放出大量Na+、P5+和Ca2+，引起较强的组织反应，软组织增生，而新骨生长被抑制。HA可以提供粗糙表面，有利于PHBV与之结合，且HA还具有良好的骨结合力，有利于新骨组织长入，但存在降解难的问题[30]。相比之下，TCP具有较好的生物降解及良好的骨结合力，用TCP作为PHBV的添加剂既有效地增加了机械强度，又提高了骨结合力，对PHBV的降解影响较小[38]。
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组织工程一个主要的研究内容是制备适用于不同功能组织细胞生长的生物材料。对于生物医用材料，植入物的生物相容性是基本的要求，植入物的生物相容性包括体相容性和植入物与组织体液间的界面相容性。体相容性与材料的机械性能及植入物的结构设计有关，而界面相容性主要是指发生在材料和体液间的化学反应以及生物体对这些反应的生理反应[39-40]。表面性能是决定其生物相容性是否良好的至关重要因素，在组织工程中，需要细胞接种于骨架材料上，因此骨架材料不仅需要具备良好的生物相容性和生物可降解性，而且还需要骨架表面能够诱导细胞的吸附及其随后的组织生长。理想的情况是当材料的表面性能为适应组织需求发生改性时，材料的其他性能如机械强度和热力学性能等不发生改变[41-42]。常用的表面改性技术包括改变化学基团的功能，表面的电荷分布，亲水性，疏水性及湿透力；在聚合物材料表面引入一些蛋白分子，如纤连蛋白，胶原蛋白，胰岛素和生长因子，如表皮生长因子。通过表面改性，一方面可以提高细胞吸附能力；另一方面可使材料的表面选择性吸附某一特定的细胞类型[39-42]。Williams[43]等采用等离子气体处理PHA聚合物表面，这种技术是在通过在材料表面引入新的功能基团，从而提高材料表面的湿透力。经过等离子气体处理过的PHA聚合物还可以进一步连接上具有生物活性的化合物，如生长因子可以刺激细胞与组织的生成，细胞吸附因子促进细胞和组织的吸附等。PHA表面改性还可以用酸碱处理来改变表面电荷分布，从而促进细胞吸附和增殖。Kang[44]等将PHA膜用等离子的氧气流放电和丙烯酸聚合处理，在膜表面引入了胰岛素分子。结果表明，人纤维细胞在被修饰的PHA膜表面的增殖要大大高于未经修饰的PHA膜表面。
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PHA家族中由于单聚物、共聚物及共混物种类的众多。同时有具备了多种多样的性能，原则上，PHA能够满足多种人体组织器官的需求，如：心血管系统、角膜胰腺、胃肠系统、肾脏、泌尿生殖系统、肌肉骨骼各系统、神经系统、牙齿与口腔、皮肤等等。目前已经商品化的PHA产品主要有PHB、PHBV和PHBHHx[3]。
近年来，一种新型的PHA，聚羟基丁酸己酸酯(PHBHHx)因其良好的物理性能引起了广泛的关注。清华大学微生物实验室发现PHBHHx与PHB在无定形态和结晶态都完全相容，并开发了PHB/PHBHHx共混体系作为新型的组织工程材料。他们的研究表明PHBHHx/PHB共混体系呈现比传统组织工程材料PLA更好的生物相容性[45]，其中PHBHHx的生物相容性比PHB更优越。培养在PHBHHx/PHB共混支架上的软骨细胞不但能够生长、增殖，而且保持了正确的分化形态，胞外基质(ECM)中发现大量磷酸钙盐生成，其成分为天然骨及软骨中的主要无机成分羟基磷灰石(HAp)，表明培养在PHBHHx/PHB三维支架上的软骨细胞保持了其正常的生理功能。进一步的研究表明PHBHHx是通过对PHB结晶行为的影响而使共混体系的生物相容性有所提高的。研究中还发现用脂肪酶进行表面处理可以极大增强PHBHHx/PHB体系的生物相容性[46-47]。
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1.3. PHA研究的前景展望
PHA的生物相容性和生物降解性使其可以作为体内植入材料包括组织工程材料和药物控制释放载体等。这种特性也可用于农业上包裹肥料或农药的载体，使被包裹的物质在PHA缓慢降解的过程中缓慢释放出来，从而保持长期的肥效或药效，同时减少用药量，延长作用时间，保护耕地的长期可种植性。构成PHA的单体都具有手性，它们是许多药物化学合成的的中间体，有高附加值应用。通过体内合成PHA和体内降解PHA的方法，可以得到许多不同的手性单体。
随着菌种筛选手段的进一步发展，越来越多的能合成新型PHA的菌种被发现了，从而新的PHA材料也不断地被合成出来。但是，目前对PHA微生物合成的工艺改进远远落后与PHA新材料的开发。所以，目前真正实现了大量生产的PHA还只有PHB、PHBV和PHBHHx，还有一百多种的PHA没有被大量的生产出来，从而限制了这些PHA的应用开发。另一方面，与PHA合成有关的基因越来越多的被克隆出来[48-50]，通过对这些基因的分子进化诱变和基因的交换(gene shuffling)，将有可能得到高产的菌种和得到新的PHA。最近十年，多方面的努力已经把PHA的一些合成基因在植物如拟蓝介和烟草甚至土豆中成功地表达。但是，目前植物生产PHA都存在着产率低的问题，在未来的工作中，提高植物PHA的表达量是降低PHA生产成本的最关键的步骤。
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2聚乳酸(PLA)
聚乳酸(PLA)最早由美国著名高分子化学家Carothers发现，但是在几十年之间，由于聚合物分子量低，机械性能差而没有引起人们的重视。二十世纪七十年代，研究者开始合成高分子量的具有旋光性的PLA，优良的生物相容性和可生物降解性使PLA的研制与开发受到越来越多的重视。常用的聚乳酸产品有聚内消旋乳酸(Poly-D, L-lactide, PDLLA0和聚左旋乳酸(Poly-L-Lactide, PLLA)两种，PDLLA是无定形高分子，PLLA是结晶性高分子；在降解方面PLLA比PDLLA慢，在生物相容性方面PLLA比PDLLA差。
PLA的合成通常有两种方法，一种是乳酸直接缩合法，这种方法生产工艺简单，是降低PLA成本的重要途径，但缩聚反应进行到一定程度时体系会出现平衡态，因此很难得到高分子量的PLA。另一种是先由乳酸合成丙交酯，再在催化剂作用下的开环聚合法，目前制备高分子量的PLA一般采用这种方法；但这种方法在聚合时对催化剂的纯度、单体的纯度要求极高，即使是极微量的杂质也会使PLA的分子量低于10万，而且聚合条件如温度、压力、催化剂的种类和用量、反应时间等等也会极大地影响PLA的分子量，所以高分子量PLA的合成是一个技术难点[51]。我国的邓先模、熊成东、冯新德、沈之荃等学者在PLA及其共聚物合成的催化体系方面进行了大量的研究工作，并且在温和的反应条件下，合成得到了超高分子量的PLA(MW>100万)。
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聚乳酸作为可完全生物降解性塑料，越来越受到人们重视。美国的Cargill公司已将PLA制成纤维用于农用药膜等许多领域，还以PLA为原料制备包装材料，这可缓解目前日益严重的环境问题。聚乳酸具有优良的生物相容性，无毒、可生物降解，降解产物不会在重要器官聚集；同时，聚乳酸及其共聚物具有良好的物理、化学性能。其强度、机械性能、降解速率等可通过分子量控制、共聚体的组成及配比得以方便的调节，而且制成制品的形状可从微球、纤维、膜到模塑成品等，因此除了作为环境材料外，聚乳酸更广泛应用于医药及医用行业[52]，包括医用缝合线[53]，药物缓释材料[53-56]，骨固定及修复材料[55]及其它组织工程用材料等。
当然，聚乳酸的实际应用还有一些困难，如聚乳酸及其共聚物体系制品的强度需进一步提高，生产成本需进一步下降，需解决植入后期反应和并发症。药物制剂制造工艺复杂导致工业化困难等。但我们仍可预见，作为可生物降解的高分子材料，聚乳酸一旦工业化，它在医用及降解塑料方面将会有难以估量的应用前景。据了解，自1998年以来，美国国内聚乳酸的年产量已达2100吨。预计到2003年，美国的聚乳酸总产量可达1.3万吨，届时随着产量的提高，聚乳酸的生产成本与市场销售价格将比目前大大下降，并最终能为众多生产厂家所接受。
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3聚三亚甲基对苯二酸酯(polytrimethylene terephthalate，PTT)
聚三亚甲基对苯二酸酯(polytrimethylene terephthalate，PTT)是由PTA(purified terephthalic acid)和PDO(1,3-propanediol)经缩聚反应而合成的芳香类聚酯，是一种热塑性塑料，可被纺成纤维或纱线，在地毯、纺织和服饰、工程热塑性塑料、无纺布料以及膜材料等方面有着广泛的应用。
与其它芳香类聚酯如PET(polyethylene terephthalate)、PBT( polybutylene terephthalate)相比具有独特的性质。PTT结合了PET良好的硬度、强度、耐热性，PBT优良的可加工性以及尼龙的弹性等许多优点，被称为“未来的纤维”。目前，尼龙地毯以其弹性好而闻名，但是尼龙不能被许多染料着色，限制了尼龙地毯的颜色花式，而且会产生静电。PET地毯纤维可以很容易的着色，但是又不具有尼龙的耐磨性与弹性。然而PTT纤维既具有PET易着色及抗静电的性能，又具有与尼龙相同的耐磨性与弹性，而且PTT纤维更加柔软，不易褪色，有更好的拉伸性能，尤其重要的是，PTT纤维抗污能力强，易于清洗并很快干燥。因此无论用于地毯、服饰、家装还是汽车包装，PTT都有明显的优势。
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PTT最早于1941年被注册专利，其独特的性质早已为人所知，但由于原料PDO的高昂价格，这种聚合物一直没有得到商业化的应用。直到二十世纪九十年代，Shell和DuPont等公司先后开发出了低成本生产高品质PDO的方法，才使PTT的商业化应用成为可能。目前DuPont公司利用Degussa技术通过丙稀醛(acrolein)的水解来生产PDO，而Shell公司通ethylene oxide (EO)的hydroformaylation来生产PDO。另外，DuPont公司正与Genencor公司合作开发用微生物发酵的方法以玉米葡萄糖为原料通过生物合成生产PDO。Shell公司还开发了PTT生产的新工艺，由液相与固相的聚合转变为连续的液相聚合，减少了工艺步骤并使整个工艺更加可靠和容易操作，大大提高了PTT的合成效率。这些突破使PTT在地毯纤维、纺织纤维、单丝纤维、无纺布和工程热塑性塑料方面得到了商业化的应用[57]。目前PTT的商业化正处在市场开发阶段，Shell公司在Point Pleasant，West Virgina有一个年产量7500吨的PTT生产工厂，正在计划中的北美工厂将达到9.5万吨的年产量。预计到2010年PTT的市场需求将达到100万吨，Shell公司和DuPont公司都计划在未来几年内实现PTT的大规模生产[57]。
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4聚苯
聚苯(Poly(p-phenylenes), PPP)也许是目前最具价值的聚合物之一。因为具有延伸的平面共扼键，聚苯可以成为有机导体材料和有机铁磁性材料，同时还有着极高的强度和耐高温性能。最近已经有许多制备PPP的方法问世，然而这些方法都因存在副反应而引进了杂质，从而影响了PPP的分子量。电化学聚合也是合成PPP的一种方法，这种方法可以制备PPP的薄膜，然而聚合物的分子量因其自身的不溶性而收到限制，而且仍然有局部缺陷问题。利用微生物方法可以把苯或苯的衍生物转化为顺-二羟基环己二烯(DHCD)，DHCD可以聚合成可溶性的PPP前体，进一步加热可以得到PPP。利用微生物合成可溶性前体的途径，研究者已经开发了更好的合成无缺陷高分子量PPP的策略。目前直接合成衍生化的PPP以及其它可溶性polyarylenes的方法都是基于镍-钯介导的交联反应，因为这种方法杂质少，得率高。生物法合成的PPP相对来说纯度高，分子量大，成本也较低，发展前景较好[58]。
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5用生物技术制造新型材料的发展前景
用生物技术与化学合成方法相结合，可以得到一些单纯用化学或生物的方法无法得到的或用化学合成制造成本过高的新材料，特别是一些具有特殊性能的材料，如生物相容性、生物降解性、光学活性、压电性、导电性和材料的高稳定性等。这些新材料的研究开发，需要材料、高分子、化学、医学、电子、物理、微生物、分子生物学、发酵工程和化学工程领域的专家相互合作，甚至需要工业界的参与，才能产生效果，得到真正有市场应用前景的新材料。在这方面，国外的著名大学如哈佛大学、麻省理工学院、苏黎世高工、东京理工学院和慕尼黑大学都成立了跨学科的研究所，对新材料的开发进行多学科的协作研究。
我国目前开展这种对新材料的开发展开的多学科的协同研究还很少。清华大学在“九五”期间，对生物材料聚羟基脂肪酸PHA的微生物合成、发酵生产、高分子性能的研究和应用开发做了多学科协同攻关的很好尝试：由生物、化工、材料、化学和高分子学科组成的攻关队伍经过五年的努力，开发成功了工业化生产新型PHA─3-羟基丁酸和3-羟基己酸的共聚物PHBHHx的技术，并发现了PHBHHx具有比聚羟基丁酸PHB和聚乳酸PLA更好的机械性能和生物相容性，在生物材料和组织工程应用方面有很好的发展前景。
未来新材料的开发，需要开发的终端，特别是工业界提出对材料的要求，材料领域和高分子合成领域设计材料的分子结构。针对一些无法用化学合成的高分子结构，比如以苯环衍生物为单体的高聚物和一些手性单体高聚物，可以组成包括微生物领域、分子生物学领域和发酵工程领域的专家在内的联合攻关队伍，对最终的产品进行全面的分析和考虑，最终得到所需的材料。, http://www.100md.com(陈国强 )