在水溶性高分子新材料领域练了11年基本功之后,2016年,院士专家工作站的成立又为上海宇昂新材料科技有限公司(下称“宇昂”)的壮大发展提了一把速。
从战略指导、技术攻关到成果转化,4年开展了近20个高含金量的科研项目,其中一个重要项目还在疫情期间派上了紧急用场。
但这仅仅这只是宇昂科技院士专家工作站(下称“工作站”)成果的冰山一角,借力工作站,宇昂创始人王宇心中一个更宏伟的目标是:产学研密切合作,推动水溶性高分子产业发展,打破国际垄断,引领绿色发展潮流。
深夜援鄂,解一线切肤之痛
大年初三深夜,宇昂创始人王宇在一批热心企业的帮助下,将第二批捐赠的聚维酮碘消毒液(共计6.5T)从公司临港工厂运到上海南站,装上开往湖北武昌站的K351次列车,冬雨暗夜,迎面寒风刺骨。
一千公里外的武汉,各大医院忙成一锅粥,物资告急和气溶胶的潜在传播风险让医护人员紧张至极致。第二天,到达武汉的聚维酮碘消毒液被紧急分批送达武汉三镇及黄石、黄冈、孝感、襄阳、天门、英山等地一线抗疫医院,医护人员们用聚维酮碘消毒液进行体表消毒,创口消毒及粘膜消毒,减少了使用碘酒、碘酊、碘伏带来的刺激。“喷雾一喷,还可以在手上形成‘液体手套’的高分子膜,在3小时内保持杀毒功能。且可以溶于水中自然降解,无毒无害。”
王宇介绍,这是2019年工作站重点项目“0.5%有效碘含量的高稳聚维酮碘溶液制备及应用研究”的成果,疫情爆发后,已累计向湖北疫区捐出7.5吨。这种能直接用于眼睛(需特殊配方)、口腔、上呼吸道、耳道的高端医用粘膜消毒液,整个上海地区仅宇昂一家能够研发生产。
“国内疫情高峰已经过去了,但对我们来说好像还是昨天的事。”王宇说。
2005年,32岁的王宇在浦东张江创立了宇昂科技,专注于水溶性高分子材料的研发生产。此次送往疫区的高稳聚维酮碘消毒液是水溶性高分子材料的应用典型。
这种亲水性的高分子载体材料可以改变络合碘中活性碘的释放时间、协助其自然降解。简单来说,就是改变材料的“生命周期”,并确保在它完成使命后,可以溶解到水中实现自然降解,整个过程称为“改性”。
改性结果决定了消毒液可以发挥多久作用,以及在一定时间内可以保持多少有效成分含量。这也是整个水溶性高分子材料领域必修的“基本功”。在工作站成立之前,王宇已经带领公司在这项基本功上扎了十年的马步。
改性“魔法”,
重塑分子“生命周期”
2015年,王宇在上海交大材料学院副院长朱申敏的引荐下,拜访了上海交大化学学院教授、中国科学院院士颜德岳,表示希望颜德岳作为入站院士协助建立宇昂院士专家工作站,联合攻关。第一次见面,双方一拍即合,畅聊了两个多小时。
2016年7月,宇昂院士专家工作站正式揭牌成立,颜德岳作为入站院士,上海交通大学材料学院副院长朱申敏、上海应用技术大学贾润萍为首批进站专家,后期又陆续新增上海大学材料学院教授施鹰、谢建军,上海应用技术大学材料工程博士周鼎3名专家。
工作站成立第一年,重点项目之一就是高稳定性聚维酮碘消毒液的研发。这种消毒液由PVPK30和单质碘两种原料组成,重点是将活性碘的降解率降到极致,“生命周期”尽可能延长。经过反复的实验,工作站最终将聚维酮碘中的有效碘含量从9-12确定到11-12,降解率从常规的15%降至6%,这就是宇昂聚维酮碘消毒液区别于即时消毒的酒精,可以形成液体手套并在3小时内保持有效的原因。
“听起来很简单,实际上这是一个世界性难题。”王宇表示。据了解,在宇昂产出成果之前,这种稳定性高、分子量分布窄、残单低的PVPK30材料几乎为国际巨头巴斯夫、亚仕兰全部垄断。在宇昂十年的努力下,最终某南亚、非洲及南美最大的药厂陆续改用宇昂生产的高稳聚维酮碘。紧接着,欧洲、澳洲与美国的客户也陆续选用质量优异,性价比更高的宇昂生产的高稳聚维酮碘。
基本功之上,
延伸出更多可能
除了作为聚维酮碘消毒液的高分子载体材料,水溶性高分子另一个重要的基本功能是其水溶性。这也是它有别于传统橡胶塑料纤维树脂等高分子聚合物的优点。传统的塑料是现代生活、工业发展中不可或缺的常用材料,制成成品可以保存400多年,但难以降解的特性也造成了严重的环境污染。
如果将这些材料改性成水溶性高分子,不但可以使其在一定时间内保持原有用途,还能在“任务使命”完成后溶于水中自然降解。“它最大的特色是绿色、环保,可广泛应用于医药、化妆品、食品、水处理、3D打印材料、纳米材料、现代农业、石墨烯等高科技领域。”
2017年,工作站展开了“新型药用辅料超低分子量PVP的研究”项目。王宇介绍,超低分子量PVP是一种新型药用辅料,常用于一些药物和化妆品成分的助溶,能增强相关活性药用成分的溶解性,防止结晶或沉淀,降低溶液黏度增加其生物活性。以紫杉醇为例,这是一种常用于抗肿瘤的天然制剂,但它不溶于水,很难被人体吸收。但通过超低分子量PVP改性的紫杉醇,更易于人体吸收。
目前,国内低分子量PVP应用于药品的技术研究还是一片空白,宇昂走在行业前沿,已经进入出样阶段。
在十余年的基本功之上,工作站针对多个领域延伸出了多个研究方向,最终通过项目的形式实现了成果转化。
除了此次疫情应用到一线救急的医用无刺激PVP-I消毒液,还有国内领先的核电站污水处理,已应用到国内三大主流牧场的奶牛后药浴液,防治非洲猪瘟的高安全性小猪口服液,优于市面上大牌化妆品品牌的高稳定虾青素产品等十余个高科技含量的项目。
这些项目也构成了宇昂的主要业务,累计为公司带来了超过1亿元的收益。
接力长跑,渗透团队力量
与其他院士专家工作站中,不同专家对应不同项目的点对点合作模式不同,宇昂院士专家工作站的入站专家与企业更像一个共同体,多层次的专家力量在同一项目的不同阶段默契配合,在这场分子世界的长跑赛中,构建了一套能够形成合力的内在体系。
“在低分子量PVP的研究中,颜院士亲自进行聚合机理的分析指导,上海交通大学材料学院副院长朱申敏教授协助完成验证性工作,对材料分子微观尺寸进行表征则由上海大学施鹰教授所在的材料学院的团队完成,最后的表征结果又为验证理论假设提供依据。”
2018年,宇昂凭着工作站“无水型环保液体分散染料用水性高分子分散剂”项目成果,成为染料行业一家龙头企业的“智囊团”。项目成果帮助企业解决了印染产生的大量污水排放问题。王宇透露,该印染公司使用工作站研发的这种水性高分子分散剂后,用水能够降低30%到50%。目前宇昂在这项技术上处于全球领先水平。
“这项技术很难,用足了工作站的专家力量。”王宇作为企业方牵头,朱申敏教授是主要把关人,协助公司进行分散剂的机理分析和前期立项准备,并对纳米纤维素和PVP两种原材料进行选材尝试。随后上海应用技术大学的贾润萍教授,从染料应用的角度提供了建议,最后上海大学施鹰、谢建军教授从产品的微观表征上给予分析及改进建议。
此外,工作站还是宇昂对外合作的重要窗口。为了攻克海外长期占据主导优势的海水淡化膜技术,在工作站专家的领导下,宇昂与中科院相关研究团队也达成了合作。工作站院士专家总领,中科院研究团队主攻膜材料,宇昂提供关键的膜材料骨架致孔道剂,三方力量正朝着海水淡化的方向形成合力。目前膜材料的理化指标已经达到国际同行的水平。
奠基产业,引领绿色潮流
水溶性高分子是新材料领域的新兴方向,也是国民经济向着绿色环保高质量发展的重要基础性材料,兴起于上世纪六十年代,在以美国、德国、日本等国为代表的发达国家获得了迅速发展。
国内则起步于九十年代中后期,纵观整个水溶性高分子产业链,目前大部分企业处于产业链的最下游产品端,核心原料PVP等几乎都靠进口,只是将进口原料根据不同配方做成不同产品。而整个行业想要有长足发展,更需要夯实基础源头,标准制定、环评分类、行业代码归类、科技项目申报、基础教学等方面都有待明晰。
作为最早一批涉足该领域的行业专家,2018年,耗时3年,由王宇主编、工作站几位专家在内的数十名专家参编的《水溶性高分子》正式出版,成为行业内教科书级的必读书目。书中集结了国内水溶性高分子领域数十位顶尖专家的智慧,代表着国内行业的最新技术进展。
颜德岳在为这本书作序时写道,“中国水溶性高分子在市场规模、人才储备、科研力量等方面还有很多不足,还需要社会、企业、科研院所更多的投入,王宇是这一领域杰出的学者和企业家,他立志让水溶性高分子成为中国的战略新兴产业的梦想、初衷,让我深受感染”。
不久前,国家科技部发布了《关于国家重点研发计划2020年度项目申报指南》,王宇想要申请一个关于水溶性高分子共性研究的项目,但该领域并未列入项目目录。他马上找到工作站专家朱申敏教授,探讨并联合起草该领域的产业布局计划建议书,想要通过上海市科委上推到国家科技部,以国家重大专项的形式推动该领域的发展。
目前,宇昂的PVP系列产品已经出口到全球100多个国家。2017年在上海临港投资3500万建设的高稳维酮碘的项目获得上海市新材料产业目录的首批次项目,同时获得临港新片区的智能制造项目。2019年在湖北投资3.85亿的PVP工厂也将成为中国最先进的GMP水准的水溶性高分子医药生产基地,并为宇昂的产能带来跨越式发展。
十余年稳扎基本功,加上多位院士专家的通力协助,让王宇对公司的未来充满了自信,“在很多技术上我们已经超过了国际巨头,可以说我们的技术帮助了很多企业做大做强。”
尽管原材料研发是整个产业链利润率较低的一端,但王宇坚定的认为,这也是整个行业最核心的部分,必须扎扎实实做下去,“没有后端就没有前端,公司的定位是产业的幕后英雄,客户在后端帮我们打天下,我们在前端做研发。”
进一步夯实研发基础,建立行业的话语权,成为行业的技术风向标,早日成为具国际视野的具核心竞争力的全球知名的高科技企业。带着这样的目标,目前,宇昂科技正在厚积薄发,以只争朝夕的激情向着水溶性高分子领域不断突破,王宇用高分子改变世界的梦想也将更近一步。