纳米尺度材料的生物环境卫生实验室取得重要成果

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纳米尺度材料的生物环境卫生实验室取得重要成果
发布时间 2006/11/11 点击 1516 次

根据知识创新工程试点工作确定的目标，近年来高能所十分重视培育新的学科生长点，重视交叉学科的发展。由引进的“百人计划”人员赵宇亮博士担纲，利用核分析技术、纳米科学技术、生物医学的交叉优势，在两年时间内，高能所建立了以“纳米尺度材料的生物环境卫生科学”为主要研究方向的实验室，并取得了多项重要成果。

随着纳米科学的发展和纳米技术的产业化，各种形态的纳米材料将以不同形式进入环境。由于纳米尺度的物质与常规物质有很大的差异，因此，纳米物质对人类环境与健康的影响及其生物医学应用成为关系到人类健康的、有待探索的新领域。需要研究的问题包括纳米物质在生物体内的生理、毒理行为，由此发现其在生物医学领域的应用；纳米物质在环境中的物理化学行为，及其对环境的正负两方面的影响等。

2001年7月，高能所引进了在国外工作近十年的赵宇亮博士，开始建设我国第一个以“纳米尺度材料的生物环境卫生科学”为主要研究方向的实验室。到2002年底，仅用一年多的时间，完成了实验室的第一期建设，建成了世界上第一台射线发射体碳纳米材料合成装置，建设了基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪，碳纳米材料制备、分离、纯化系统、分析型液相色谱等谱学分析实验室，制备用循环型高效液相色谱实验室和材料化学实验室；目前正在建设分子生物实验室。到目前为止，实验室建设共投入经费464万元，包括“百人计划”经费173万元、科技部专项经费100万元、国家基金委32万元，所知识创新经费160万元。研究队伍也由赵宇亮1个人发展成为由14人组成的科研团队。课题组成员来自物理，化学和生物科学领域，平均年龄约28岁，富有活力和交叉学科研究的创造力。实验室把国内外合作作为增强研究活力的重要措施。在国内与北京大学化学与分子工程学院、北京大学环境卫生学院、军事科学研究院等研究机构进行了广泛深入的合作，同时与日本理化学研究所、东北大学、日本原子力研究所等建立了密切的合作关系。

目前，纳米尺度材料的生物环境卫生科学实验室已经投入正常的实验研究，并获得多项重要研究成果。在研究中，不仅合成了新物质，发现了新现象，而且建立了新方法，提出了新概念，形成了自己的研究特色，在国际上产生了较大的影响。2001年到2003年间，发表了杂志论文21篇，其中部分研究成果已被《德国应用化学》、《美国化学会刊》、《物理评论快报》等一流水平国际学术刊物接受、发表或审改。同时，实验室申请了一项专利。

部分研究成果如下：

首次利用在线观测技术(核磁共振成像技术)研究了金属富勒烯在小鼠体内的动态生理行为、动力学过程以及生物毒理。合成了Gd@C82以及Gd@C82(OH)x碳纳米物质，与武汉物理数学所波谱与原子分子物理国家重点实验室的叶朝辉院士和雷皓研究员合作，利用在线观测技术(核磁共振成像技术)研究了金属富勒烯Gd@C82在小鼠体内的生理动态行为以及动力学过程，发现了重要的新现象。目前，实验结果正在分析整理中。同时，在细胞和分子水平上的进一步深入研究已经开始。

首次解决了存在于生物体内的碳纳米材料的定量检测问题。定量研究了水溶性纳米碳管在生物体内的分布和生理毒理行为，并有重大发现。与北京大学刘元方院士的实验室合作，在世界上首次解决了对生物体内碳纳米材料的定量检测问题。利用该方法研究了纳米碳管在小鼠体内的生理和代谢行为。不仅第一次获得了纳米碳管在生物体内的动态分布的定量结果，而且发现分子量约60万的纳米碳管竟然可以象很小的小分子一样在生物体的器官组织之间跨越。该结果已经引起有关领域的高度重视。

首次合成了两种新的功能性碳纳米材料C131和C141在利用亚原子粒子与富勒烯碳笼的相互作用，研究纳米空间特性的实验中，在世界上首次合成、分离、纯化出C131和C141。这是迄今为止合成成功的最重的单原子碳纳米分子。C131和C141具有哑铃形状，通过两个碳笼之间的碳桥可以进行电子转移，具有电子转移功能，预计在纳米分子电子元件的开发和应用方面，具有重要的潜在价值。

提出了单原子物理(Monoatomic Physics) 和单原子化学(Monoatomic Chemistry)新概念。在研究中子与富勒烯分子的反应过程时，发现了大量单原子碳(monoatomic carbon)生成，且具有较长的寿命和很高反应活性的新现象。利用该现象可以制造具有高反应活性的单原子(monoatom)，并且可以研究其在不同环境和条件下的物理和化学行为。研究单原子物理(Monoatomic Physics) 和单原子化学(Monoatomic Chemistry)可以为分子组装和纳米器械技术提供重要的新信息和新知识。

C60(OH)n类物质的结构和稳定性的新发现。基于富勒烯的C60(OH)n这类材料在生物医学(而且在燃料电池)领域具有重要的应用前景。实验室首先合成了一系列不同OH-基数目的C60(OH)n材料。利用同步辐射技术结合其他谱学等研究，发现富勒烯球体表面存在不同化学形态的氧。仔细研究发现它们的变化与合成过程中的碱用量有关；同时还找到了控制OH基数目的方法；在利用激光解离研究C60(OH)n分子的过程中，发现它们的稳定性与羰基氧和环氧的多少有直接的相关性。该结果对C60(OH)n这类材料的制备过程和实际应用都十分重要。

纳米材料对健康和环境的影响问题，不仅引起科学家而且也引起政治家的高度关注。据报道，美国和英国政府已经开始采取行动，研究和评价纳米物质及其产品对人体健康和生存环境所带来的影响。我国应该对这一发展态势给以高度关注。

事实上，研究纳米材料对健康和环境的影响，并非只是针对它们的负面作用，发现它们有益的一面，也是十分重要的研究目标。比如，在水溶性富勒烯与生物分子的作用研究中，人们发现它不仅可以清除生物体内的自由基，而且可以有效阻断艾滋病蛋白酶的活性，有望成为有效的艾滋病治疗药物。

碳纳米材料的生物医学应用研究也是高能所的纳米尺度材料的生物环境卫生科学实验室的重要研究方向之一。另外，在研究纳米材料对环境的作用过程中，发现纳米材料在改善环境、修复环境、保护环境中的功能，也是实验室重要的研究目标之一。由于该研究领域与环境产业，生命科学直接相关，预计不久的将来，将在全世界迅速发展起来。
[来源：来宝网【www.labbase.net】]

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