赵宇亮，博士，2001年回国，提出纳米物质的生物效应研究计划，开始在我国推动并开展“纳米生物效应”研究这个新兴前沿学科方向，牵头组建了我国第一个纳米生物效应实验室，并取得一系列研究成果，在国内国际产生了很好的影响。目前负责欧共体“纳米安全性综合研究计划“的国际合作，主要从事纳米颗粒化学修饰、纳米生物效应等研究工作。

　　纳米生物效应研究背景：生命过程的基础是在发生在纳米尺度上的一系列高级有序的物理化学过程。具有许多特殊性质的纳米颗粒进入生命体后，与生命体发生什么相互作用？表面活性很高的人工纳米颗粒对生命过程是否产生影响？具有自组装能力的纳米颗粒，对正常生命过程中的生物分子自组装会带来什么影响等等？这些未知的前沿科学问题，孕育着取得重大突破的机遇。不仅如此，由于纳米生物效应研究与纳米药物研发、生物体系中纳米颗粒的检测技术、国家纳米标准制定、以及纳米产品的生物安全性等问题直接相关，因此，无论对人体健康，或是对社会经济都意义重大，都是在国家层面上需要部署的一个重要前沿研究新方向。

　　2003年以来,《Science》和《Nature》杂志先后4次讨论纳米生物效应问题。英国皇家学会和皇家工程院于2004年7月29日发布长达95页的报告，建议英国政府成立“纳米物质生物环境效应”研究中心。2004年12月5日，欧共体在布鲁塞尔公布了《欧洲纳米战略》，把研究纳米生物环境健康效应问题的重要性，列在欧洲纳米发展战略的第三位。为了抢占这个新兴科学领域的先机，2003年4月《Science》发表文章讨论纳米生物效应以后，10月美国政府就增拨专款启动了该领域的研究工作。2005年美国多个部门同时支持此领域，欧共体也在2004年12月迅速启动了Nanosafety Integrating Research Projects(纳米安全综合研究计划)。因为在新学科出现的时候，争取先机，是获得源头创新成果的良好时机。

　　创新经费支持建立我国第一个纳米材生物效应实验室：赵宇亮博士比国外稍早或至少是同步意识到了纳米材料的未知生物效应的潜在科学问题，在2001年11月就首先提出了开展纳米材生物效应研究的计划，得到了科学院领导层面上的高度重视。经过专家论证，高能物理研究所决定利用创新经费对这个原始创新的研究方向进行支持。为了建立系统的研究体系，胜任对纳米材料生物效应的研究，需要对纳米材料的性质进行彻底的表征，才能保证所观察到的生物效应来自纳米物质的纳米特性，才能真正探索和解明纳米物质与生物体相互作用的机制。因此，在建立纳米生物效应实验室同时，同时建立了纳米材料合成表征实验室。不仅如此，研究纳米生物效应不是最终目的，实现对纳米生物效应的调控，比如，消除负面的纳米生物效应，改善纳米颗粒与生物体作用的机制，也应该成为研究的不可缺少的内容，因此，还必须建立纳米颗粒化学修饰实验室。然而，当时几乎没有相应的研究条件，实验室的建设只能从零开始，从实验设施的设计加工、安装调试，到研究队伍的组织，研究人员的培训，研究计划的实施。随着研究工作的进展，为了加强力量，形成优势，高能物理研究所决定将原有的重金属毒理学研究组，稀土生物效应研究组，有机卤素生物效应研究组进行整合，正是成立了我国第一个纳米尺度材料的生物环境卫生科学实验室。目前实验室已经投入正常的实验研究。

　　正如2004年美国国家科学技术委员会给美国政府的一份报告中指出的那样，“为使未来科技领域真正有所成就，造就能够跨越传统学科进行研究并思考外部世界的新一代科学家是绝对必要的。培育这种要么能够跨学科研究，要么知道如何在学科交叉领域与他人合作的新一代研究人员，对于未来至关重要。”基于这种思考，为了适应新兴前沿学科的综合交叉的特点，赵宇亮寻找并吸收了来自物理、化学、生物学，毒理学、核分析技术等多学科的研究成员到同一个实验室共同工作，形成一个真正的交叉研究团队。为了使来自不同领域的研究者能够真正融合和富有创造力，赵宇亮研究员花费了很大的精力和时间在促进不同学科的知识与实验技术的融合上。

　　不仅如此，要研究纳米材料的生物环境效应问题，存在着很多的困难，其中第一步要解决的障碍就是它们的生物体系纳米颗粒的检测方法问题。例如，在动物体内存在的纳米颗粒的探测十分困难。要克服实验技术上的困难，必须进行多学科的技术集成。为此，赵宇亮提出多研究机构多技术平台的相互合作的想法，他把与北京大学化学生物学系合作，利用同位素标记技术在世界上首次实现了生物体内纳米颗粒的半定量检测、把加速器质谱技术发展到纳米颗粒与蛋白或DNA的结合与相互作用的研究中；与科学院化学所纳米分子结构与纳米技术重点实验室合作、发展活细胞中纳米颗粒的荧光成像和示踪技术；与北京大学医学部合作、开展纳米颗粒穿越生物屏障能力的研究；与科学院武汉物理数学所合作、利用核磁共振技术，发展生物活体水平上纳米颗粒的实时动态检测方法磁性纳米颗粒的活体、动态磁共振成像检测技术；建立活体、动态检测纳米颗粒在生物体内分布、输运及代谢的成像技术与波谱技术等。通过广泛深入的合作，不仅促进和加强学科之间的融合与交叉，以纳米生物效应的研究的研究为契机，整合我国纳米、生物、化学、物理学、医学以及核技术等领域的优势力量，把握机遇，争取先机，尽快建立了我国纳米生物效应的研究体系，努力抢占新兴学科的前沿制高点。而且扩大了我国纳米生物效应的研究队伍，培养了一批能够在前沿交叉学科领域从事高水平科学研究的专业人才，也取得了重大的科研新成果。在最近3年，实验室在国际学术刊物发表英文论文30余篇，其中一些研究成果发表在世界一流学术刊物如J. Am Chem. Soc.; Environ Sci & Technol; Toxicological Letters, J. Phys Chem B等，目前还有一批意义重要的研究结果，在世界顶尖刊物的审稿修改中。同时，实验室目前已经申请两项发明专利，一项已经获证。

　　纳米生物效应实验室与北京大学合作的最新研究发现，分子量高达60万的纳米碳管可以在生物体的不同器脏之间自由穿梭。在研究一种磁性纳米颗粒的动态生理行为时，研究发现在生理盐水溶液中尺寸小于只有约20 nm的磁性纳米颗粒，在进入动物体内很快就导致凝血现象，聚集形成小鼠血管大小的颗粒，堵塞小鼠血管。这暗示这种纳米颗粒进入人体可能会导致心血管疾病。研究发现，尽管一些纳米金属氧化物颗粒的生物毒性，随尺寸变小，有增大的趋势，但是，有的纳米尺度物质的生物毒性与常规的微米物质相比，并无明显差异，如纳米ZnO就是其中之一。因此，当我们在讨论纳米物质生物效应的时候，不能泛泛言之。需要严谨的指明具体的物质种类，形态，尺寸，剂量等参数。因为，实验发现，这些参数对纳米生物效应的影响很大。这种现象也给纳米物质的生物效应与安全性研究工作，带来了极大的难度。因为，即使同一种物质，同一种形态，同一个剂量，只要纳米尺寸大小改变，它们的生物效应（尤其是生物毒性）就需要重新测试。而测试生物毒性，需要进行大量的动物实验，工作量很大。因此，积累大量的实验数据，分析归纳、发现和揭示纳米生物效应的一般规律性，建立相应的理论预测体系，将是今后一个时期工作的重点。同时，纳米材料的超微性是否会导致纳米颗粒通过扩散或渗透形式经过皮肤、肺血屏障等进入生命体内？具有极大比表面积的纳米材料具有很强的吸附能力和很高的化学反应活性，它们将如何和生物大分子发生结合或可能催化生命活动中的化学反应过程。这是目前该实验室正在进行的研究方向之一，这些研究不仅对基于纳米结构材料的诊断和治疗药物至关重要，而且对开发纳米颗粒防护技术，纳米产品的生物安全性、制订纳米企业生产环境的各种标准的依据等，一系列国家层面上必须关注的重要问题，十分重要。

　　纳米生物效应实验室的发展方向和研究宗旨：正如白春礼院士指出的那样：“纳米科技的发展不能走20世纪“先发展后治理”老路，要有科学发展观。我们在发展纳米科技的同时，同步开展纳米生物效应的研究，使纳米技术有可能是第一个在其可能产生负面效应之前，就已经过认真研究，引起广泛重视，并最终能安全造福人类的新技术”。纳米生物效应实验室依据这个思想，确定了今后的发展方向和研究宗旨：揭示纳米颗粒与生命过程相互作用所产生的新现象，新规律，新问题，新理论；建立调控纳米生物效应的方法；发展生物环境中纳米颗粒的检测技术；取得有重大影响的、具有源头创新性的国际前沿科学成果；建立具有我国自主知识产权的生物体系纳米颗粒检测技术；建立具有我国自主知识产权的纳米安全性评估系统；发展我国纳米颗粒防护技术；为国家相关的各种纳米标准提供科学依据。

（纳米生物效应课题组）