2024年12月，張興棟在四川大學接受《環球人物》記者采訪。（王博碩/攝）

張興棟

中國工程院院士、材料科學與工程學家，1938年出生于四川南充，開辟了骨誘導生物材料的研究領域，對促進中國生物活性人工骨和植入體跨入國際先進水平作出了重要貢獻。他提出的“組織誘導性生物材料”被列入“21世紀生物材料定義”，是該領域首次擁有“中國定義”。

“張教授，我的博士生告訴我，他們提出了4個課題方向供你研修，全都被你否定了，你想做什么研究？”滿臉嚴肅的英國材料界權威教授問張興棟。

作為訪問學者的張興棟不卑不亢地逐一解釋了“不做”的緣由，并提出想做“復合人工骨研究”，這是權威教授最核心的研究方向。“恐怕不行。你要知道……”聽到一長串的理由，張興棟明白，對方不會松口了。“歸根結底，還是覺得中國學者水平不行。”他心里暗道。

“這個研究中有一個重要的試驗，你們做了嗎？”張興棟問。

“沒有做，因為缺乏設備。”

“我可以試試。”

“你怎么做？”對方好奇地問。

“后面你會知道的，可否把實驗室庫房打開給我看看？”聽說“可以”，張興棟隨即走出了辦公室。

…………

“那是1987年的事了。我用淘汰下來的設備東拼西湊，兩個禮拜就做了一個很漂亮的實驗曲線，他瞪著眼睛問我怎么做的。”說到這里，86歲的中國工程院院士、材料科學與工程學家張興棟笑瞇瞇地喝了一口濃茶，將思緒從遙遠的倫敦拉回到我們所在的成都。

他身后的書柜里，放著第十二次世界生物材料大會頒發的榮譽獎章。大會特設了“致敬張興棟院士：生物材料科學與工程前沿學術報告會”，旨在表彰張興棟對生物材料研究和促進世界生物材料發展作出的卓越貢獻。專題會主席在致辭中說：“張興棟教授是一位偉大的研究者。他的偉大不僅在于卓越的學術研究，更在于他始終心系中國乃至全球患者的健康、幸福。”

張興棟（右）在第十二次世界生物材料大會獲頒榮譽獎章。

一次轉向

在張興棟看來，“發展新質生產力”，就是在科技創新和產業創新的深度融合中發展新興產業、未來產業。“新質生產力不同于傳統生產力，涉及領域新、技術含量高，核心技術攻關是其中關鍵。”

回顧張興棟的科研生涯，他幾乎總是站在核心技術的攻關前沿。高考時，他本想填報哲學專業，聽說國家需要科技人才，他就選了物理。1969年，已留校任教的他牽頭組建四川大學激光研究組，從事激光晶體研究。20世紀70年代，在石油開發的熱潮中，他開展了高壓物理與超硬材料攻關。團隊首創的等離子噴涂硬地層人造聚晶金剛石鉆頭，對中國第一口超深井——6011米的龍女7002井的成功鉆探作出重要貢獻。7002井首次在川中地區打穿全部沉積巖地層，為四川地區的油氣資源勘探和開發提供了地質依據。

1983年，張興棟決定投身生物材料研究。彼時，他幾乎沒有生物學的知識基礎，又到了45歲這樣一個不算年輕的年紀。何必自討苦吃，轉入挑戰重重的新領域？

最初的作用力來自牙科材料。20世紀80年代初，口腔種植學興起，臨床應用范圍日益擴大。為解決材料問題，華西醫科大學口腔系（現為四川大學華西口腔醫學院）的一位著名教授找到張興棟尋求合作。

所謂生物材料，被張興棟形象概括為“修人”的材料。它可以是天然的、人造的或二者的結合體，一般被用于治療、修復、替換或增強人體組織或器官。

當時，中國的生物材料研究處在起步階段，是材料學與醫學“夾縫”中的新興交叉學科。很多生物材料依賴進口，價格高昂不說，即便能買回來，也未必符合臨床應用的要求。

“夾縫”里藏著“彎道超車”機遇，但也存在“顆粒無收”風險。思量后，張興棟決定先“試水”。他自籌5000元資金，組織3名科研人員，花大半年摸索出高純度羥基磷灰石粉體的制備工藝——羥基磷灰石是人骨和牙中的主要無機成分，將高純度羥基磷灰石用于牙和骨缺損的填充與種植，可以很好解決材料與骨、牙難以結合及排異的問題。

有了成果驗證，張興棟沒再猶豫：“下水！”由口腔材料起步，他的研究逐漸擴展到磷酸鈣陶瓷人工骨領域，并獲得國家自然科學基金等支持。

圖為生物陶瓷人工骨。

與自然骨類似，磷酸鈣陶瓷擁有多孔結構，孔隙的大小、密度不同，其強度也不同。1990年，在研究頜面骨缺損修復時，張興棟希望弄清材料的強度差異及植入效果，就安排團隊成員將一塊多孔磷酸鈣陶瓷埋進動物的背部肌肉。按照經驗判斷，纖維組織會在孔隙內聚集，使材料強度發生變化。

一段時間后，令人意外的現象出現了：這塊身處肌肉中的材料居然長出了骨組織，從無生命的陶瓷變成了真正的骨！這顛覆了當時的主流認知，即無生命的生物材料無法誘導有生命的組織再生，只有活性生物物質才能。

如果骨誘導的相關機理能被證實，將有力推動骨骼修復的臨床應用。張興棟覺得，“這是很大的事情，但首先要做到復現”。一個星期、兩個星期、三個星期……當大家都開始覺得那次成骨只是一次偶然時，張興棟成功復現了實驗結果。

“作為一名科研工作者，我最大的優點可能是抓得住‘偶然’。偶然中潛藏著關鍵的科學發現，你抓不住，它會一閃而過；抓得住，就能延伸出一個重要的研究方向。”回憶起這段往事，張興棟對記者說。

2007年，張興棟憑借生物材料的骨誘導性及其機理研究項目獲得國家自然科學獎。

“夾縫”之間

1991年4月，歐洲生物材料大會在意大利召開，張興棟在會上介紹了骨誘導的實驗情況，引發學界震動。面對前沿發現與傳統理論的激烈碰撞，他再次掉入“夾縫”之間。長達近20年的時間里，他的身邊充斥著各種各樣的質疑聲——

“一個搞物理的人，不懂細胞生物學，也不懂分子生物學，全是怪異的想法。”

“這樣的研究被列入國家自然科學基金研究項目，降低了國家自然科學基金的水平，應該取消他的資格。”

…………

面對巨大的外界壓力，張興棟像他過去研制的超硬材料一般，不動聲色地扛住高溫和沖擊，只管沿著“夾縫”繼續下探。

整個20世紀90年代，他帶領團隊在老鼠、猴子、狗、豬等動物身上展開研究，僅組織切片就積累了1萬多張。大量實驗結果證明骨誘導確實存在，團隊又在此基礎上探究其科學機理，提出了理論雛形。“你說我不懂生物學，我確實不懂，因為我是學物理的，但我一點不丑（丟人）。科學的根據是實驗，我有扎實的結果，任何人都無法否定。”

征途漫漫，靠的是張興棟常念叨的“三大美德”：“吃德、睡德、累德。”年輕時他也趕新潮，出國見了蛋糕粉，會買回來烤蛋糕招待大家。后來，這些瑣碎的愛好都放棄了。最忙時，他平均每天只睡4到5個小時，借大量煙和濃茶來提神。

2000年，第六次世界生物材料大會在美國夏威夷舉行。按照組委會的安排，張興棟主持第一個研討會并作主題報告。

世界生物材料大會于1980年創辦，每4年舉辦一次，被稱為“生物材料領域的奧運會”。這次研討會是中國在大會歷史上第一次主持的研討會，張興棟特意叮囑中國代表團的幾十位同仁準時參會。

“大會后天才開幕，許多參會者都還沒到呢，萬一研討會和我發言時底下沒人，那太丑了。”讓張興棟意外的是，來自全球各地的科研工作者把會場擠得爆滿，連過道和墻邊都站滿了人。大家在交流環節討論得非常熱烈，甚至搶起了話筒。

“因為支持我，國家自然科學基金委員會也承受了一定壓力。會后，基金委的一位專家對我說：‘張興棟，看來一個新的思想，不能輕易地否定。’”張興棟感慨道，“一個有生命力的科學工作者，一定是經歷了摸爬滾打出來的。”

“夾縫”終于被一點點地撐開。2008年，張興棟在第八次世界生物材料大會上作首個大會報告。以此為標志，他的理論逐漸得到國際學界認同，并走向廣泛應用。

“頂天立地”

早年間，張興棟研究鉆頭工藝時，有人指責他“不務正業”：“你是研究固體物理的，現在搞鉆頭，引偏了大家的方向！”

張興棟不認同，跟反對者激烈爭論：“現在中國迫切需要石油資源，我研究鉆頭，既能滿足國家的需求，又能驗證材料好不好，怎么不能搞？”

“做研究要頂天立地”，這是他一貫的堅持。頂天，就是要推進基礎研究，“突破一些自然規律”；立地，則是要面向實際需求，結合生產開發產品。“在產品研發中發現理論的問題，然后再反哺理論研究，形成良性循環，這是科研成功的關鍵。”

到了與臨床醫學聯系密切的生物材料學領域，“頂天立地”的重要性更為凸顯。為了解決產、學、研、醫的銜接難題，張興棟1993年便推動四川大學成立生物材料工程研究中心（以下簡稱中心）并進行工商注冊登記。中心由此成為法人實體，具備了注冊醫療器械的資格，可以更好地進行成果轉化，與醫院、企業展開合作。

2007年，張興棟參加中國工程院院士評選。材料審核人員專程來到成都，結合銷售記錄等資料逐一核對，證實中心研發的骨誘導材料產品已有30多萬例臨床應用。張興棟說，現在這個數字已增加到100多萬例。數據背后，是形形色色受困于骨損傷的病患：上至七八十歲的老者，下至五六歲的幼童。每年出差，張興棟有一半的時間是在全國各地的醫院奔波，患者康復的好消息總能讓他高興許久。前些年，一個浙江小伙子因為下巴很短而自卑，找到整形醫生尋求改善，先試了硅膠材料，效果不太理想。接受人工骨植入手術后，小伙子如愿“長”出了新的下巴。他結婚生子后，特意寄來全家福向張興棟報喜。

骨誘導的“冷板凳”熱起來沒多久，張興棟又帶著團隊向新的“不可能”發起挑戰。

關節軟骨損傷修復，一直是全球性難題。雖然干細胞技術、組織工程技術有了一定發展，但諸如髖關節、膝關節、踝關節等透明軟骨一旦出現大面積缺損，經過修復后只能生成耐磨性較差的纖維軟骨，無法承受日常生活和運動帶來的強度。

基于材料骨誘導的理論，張興棟團隊研究發現，一定結構的Ⅰ型膠原基水凝膠能誘導干細胞向成軟骨細胞系分化，最終形成軟骨。

“動物實驗成功后，我們展開了臨床試驗。一名18歲青年關節軟骨受損，剛開始走路都一瘸一拐，做完軟骨修復手術一年后，他能打籃球了。”張興棟欣慰地說。

圖為軟骨修復水凝膠。

不斷超越

在辦公室，張興棟給《環球人物》記者展示了一張海報：一棵枝繁葉茂的大樹，張興棟在樹樁部位，樹枝上則是他的學生們——2020年，張興棟迎來從教60周年紀念，這是學生們準備的禮物。“本來是想辦聯歡會，可張老師說單純慶祝沒意思，應該辦成學術活動。在他的提議下，我們舉辦了為期2天的‘新形勢下醫療器械發展對策院士論壇暨張興棟院士從教60周年報告會’。”張興棟的外事秘書趙晚露笑著說。

近些年，越來越多的年輕人在團隊里挑起了大梁。四川大學生物醫學工程學院博士生導師楊立是名“80后”，2014年加入張興棟麾下的王云兵教授課題組，主攻組織誘導性心血管材料及器械研究。

如果將硬骨修復比喻為青藏高原，心臟修復就是相當于喜馬拉雅山的存在：心臟是人體最為復雜的器官之一，有著豐富的血管。自19世紀末至21世紀初的百余年間，科學家們進行了大量研究和臨床實踐，仍舊無奈地認為心血管和受損后難以再生。

張興棟（右二）和王云兵（左二）、楊立（左三）等科研人員在實驗室查看心臟組織修復材料。

可降解房間隔封堵器。

與之相對的現實是，中國心腦血管患病人群約3.3億人，對生物材料的需求相應增長。一家國內知名的心血管病專科醫院就曾找到張興棟團隊，希望圍繞可降解心臟封堵器展開合作。過去的心臟封堵器以金屬為主，長時間留在患者特別是兒童患者體內，可能引發炎癥、血栓等不良反應。

和當初的張興棟一樣，王云兵、楊立和同事們也走上了一條“少有人走的路”。由于課題過于前沿，團隊沒有任何可參考的范例，做了五六年甚至10年才陸續產出成果。

就在今年9月，四川大學與國內心血管醫院協作研發的、中國具有完全自主知識產權的可降解房間隔缺損封堵器在全球最先獲批上市，并完成首批臨床應用。再過大約一年，促進心臟組織再生、完成心臟缺損自體修復之后，這些封堵器就會降解成二氧化碳和水排出體外。

楊立說，曙光未露的日子里，張興棟就是“定海神針”：“張老師一直教導我們，創新的研究必須敢于挑戰傳統。他常說，都堅持幾十公里了，說不定走通這條路就差最后一公里呢？不能放棄。”

盡管創新之路走得很艱辛，但包括楊立在內，所有接受采訪的人都提到，張興棟的以身作則和無微不至總讓大家感到很溫暖：張興棟記得每個人的吃飯喜好，開會結束堅持先送女士回酒店，幫出國讀博的學生整理行李，跨國出差時會提前準備好充值的地鐵卡，等等。

今年5月，第十二次世界生物材料大會在韓國大邱舉行。為了前去參會，張興棟坐了近5個小時的飛機。

自從兩年前接連做了3次大手術——其中包括一次開顱手術，他的出差頻率就大大降低，可這一次，他覺得非去不可。特別報告會的主題是“致敬張興棟院士”，這在大會44年歷史上很是罕見。榮譽獎章在報告會最后頒發，全場數百名科學家起立致敬，掌聲經久不息。

“這不是屬于我個人的榮譽，而是意味著中國生物材料研究進入國際領先水平。”張興棟告訴《環球人物》記者，這些年，中國出席國際會議的代表數、投遞論文數、口頭報告和邀請報告數都在逐年增加。以2024年大會為例，全球4000多名參會代表中，中國代表多達550余人。產業方面，一項2023年的數據顯示，中國醫療器械市場的規模達到了1.3萬億元人民幣，占據全球市場份額的28.5%。

現在，除了走路比以前慢了些，張興棟的身上幾乎已看不出手術的痕跡。他遵從醫囑縮短了工作時間，從夜里十一二點回家改為盡量10點回家，但仍然一周工作7天，春節只休息一天。“中國生物材料科學、工程和產業已成為國際不可或缺的角色，未來有望在全球市場中占據更加突出的地位，助力中國新質生產力的發展。”總有更高的目標和待攻克的難題，所以，他步履不停。