2011年5月31日–6月2日，以 “纳米生物效应与纳米生物分析前沿”为主题的香山科学会议在北京召开。汪尔康研究员，陈洪渊教授，柴之芳研究员，赵宇亮研究员担任会议执行主席。来自美国的大学和研究机构、中科院的研究所，中国医科院的研究所，各大高校以及医院等20多家单位的纳米科学、分析化学、医学、生物学、药学、毒理学等多学科跨领域的专家学者近50人应邀出席了此次学术讨论会。

本次会议中心议题包括：（1）纳米生物医学相关的分析科学前沿；（2）生物纳米技术中的分析科学前沿；（3）纳米毒理学与纳米安全性相关的分析科学前沿；（4）环境纳米技术与生态环境效应相关的分析科学前沿。

 一、 国内外研究现状与发展趋势

  美国Methodist 医院研究所所长和康奈尔大学医学系教授Mauro Ferrari和湖南大学谭蔚泓教授分别作了“Nanotechnology Enabled Individualized Medicine”和“生物纳米技术在生物分析中的应用：机会与挑战”的主题评述报告。Mauro Ferrari指出，纳米技术能够有助于临床上个性化药物治疗，并对微流控技术，纳米多级载体用于早期诊断和治疗，及医学成像等方面的基础和应用问题，进行了探索。提出了达到临床个性化治疗的四个关键分析科学问题：正确的位置，正确的时间，有效性检测，以及如何提高组织分辨率。谭蔚泓教授系统阐述了生物纳米技术与生物分析技术的关键问题与研究成果。探讨了将分子成像，表面增强拉曼、药物输运、分子马达等与纳米生物分析相结合的问题，并讨论了目前生物纳米技术在上述各个研究方向上所面临的机遇与挑战。

与会专家指出，分析是眼睛，必须瞄准关键科学问题，创造性地提出新的分析原理，建立新的分析方法，否则可能因为缺乏手段和工具而迷失方向。只有针对纳米材料的独特特性以及生物体系的复杂性，建立相应的研究和分析方法，才能解决实际问题。纳米分析与纳米生物前沿需要做哪些事情，做到什么程度，纳米生物分析的主要科学问题，纳米药物方面的科学问题研究等，需要大家有针对性地开展深入讨论。纳米生物分析所面临的关键问题是什么？纳米药物目前所面临的挑战是什么？为什么生物体内的生物分子在如此复杂的生物环境中能自动找到其靶器官或靶分子，生物分子的相互作用是发生在纳米尺度上的化学过程，其中是否存在“纳米效应”？纳米效应在生命体系和生命过程中发挥了什么样的作用？比如，生物体系具有很强的容错和纠错功能，与纳米尺度效应有没有关系？这些崭新问题的提出与研究，必须依赖于提出新的分析原理，建立新的分析和研究方法。与会专家分别对报告及上述问题展开了热烈讨论。并进一步提出了一系列关键问题。

二、纳米生物医学相关的分析科学前沿

“纳米生物效应前沿：纳米毒理学与纳米医学分析”的报告，指出了纳米-生物相互作用过程的研究需要新的分析技术和方法，并阐述了纳米毒理学效应分析、纳米医学效应分析、纳米生态环境效应分析三方面对新的分析方法的要求，以及已经建立的分析方法，提出了上述方面所存在的关键问题。纳米生物效应分析，体内纳米颗粒的定量方法是关键；纳米颗粒光学标记、磁性标记、细胞成像需要新型分析技术；理论分析方法可以指导功能纳米材料的设计，并进一步提出了如何进行表面设计低毒性纳米材料？而这些低毒性纳米材料的筛选，需要建立一套快速的系列检测方法，才能满足发展纳米生物医学的需求。与会专家一致认为，要实现生物体系中纳米材料的有效表征、分析与检测，还有很长的路要走。因此，也给中国科学界在该领域的大力发展提供了机遇。

与会专家提出，将基础研究转化成实际应用是科学研究的大趋势，基础研究——开发研究——应用研究三者之间脱节，浪费了我国大量人力物力，或许我们从事基础研究的人，需要调整我们的思维方式，将三者紧密结合起来。我们应该充分认识到，基础研究是人类探索自然，认识世界的科学活动，通常与实际应用有一段距离。基础研究——开发研究——应用研究三者结合，各司其职，需要为了一个共同目标坚持不懈。摆正位置、平衡心态，处理好科研与应用之间的关系，这对我国的科学技术的可持续发展十分重要。

三、环境纳米技术与生态环境效应相关的分析科学前沿

针对“环境纳米技术与生态环境效应相关的分析科学前沿”的中心议题，“基于纳米材料的催化发光传感器阵列研究”的报告提出了光化学传感器阵列研究的重要问题，(1)寻找更好的催化发光材料满足实际应用需求，(2)寻找新的纳米材料能够产生更好的发光响应，（3）寻找低温催化材料。在题为“纳米银胚胎发育毒性机制研究”报告中，报道了纳米银暴露会降低生育成功率，并导致小鼠胚胎发育迟缓。纳米银能够进入细胞，通过mRNA转录酶抑制血红蛋白基因的转录，导致血红蛋白含量降低，造成贫血，进而导致胚胎发育障碍。纳米银如何进入细胞，如何进入细胞核，是否有其他影响机制，仍不清楚，有待进一步研究。国际上利用介孔二氧化硅纳米材料芯片可以从体液中选择性富集低分子量蛋白质和肽段，鉴定病人样品处于疾病发展的哪个时期。目前正在开展芯片产品的实际应用开发，并与合作单位开展心血管的stenna系统等项目的应用研究。

研究人造纳米材料的环境行为与环境毒理学对评价其安全性具有重要意义，题为“纳米材料的环境行为与生态毒理学效应”的报告，阐述了其研究难点：如何实现环境介质中纳米材料的定量检测？如何分析环境介质中纳米材料的形态转化？核技术是研究纳米材料的环境行为与生态毒理研究的有效手段。

针对上述问题，专家认为，低剂量产生高毒性，随着剂量升高，毒性反而降低，其可能的原因包括：（1）纳米材料聚集。浓度越高，导致纳米材料聚集，使得颗粒越大，毒性减小；（2）作用器官的实际暴露剂量无法表征，所以，即使在高剂量暴露下，所观测器官的实际暴露剂量并不清楚；（3）纳米材料的毒性机制并不清楚，纳米材料的剂量-效应关系复杂。

四、纳米毒理学与纳米安全性相关的分析科学前沿

美国专家做了题为“Large Scale Molecular Simulation of Nanoparticle- Protein Interactions with IBM Blue Gene”的评述报告，结合美国IBM蓝色基因计划，运用大规模分子动力学理论模拟的方法，建立模型，将细胞膜上孔道的变化转换成电流信号进行检测。发现纳米管与重要蛋白相互作用，可导致蛋白结构或构象发生变化，其中p-p作用很关键。这些发现可为在分子水平上更好地理解纳米毒理学，帮助设计更好的纳米药物奠定基础。

国内专家的“纳米材料体内定量分析与检测”评述报告，从纳米颗粒体内定量面临的问题和困难（体内纳米颗粒含量低，生物体系复杂，纳米颗粒的复杂性导致检测结果是否能反映特定的纳米颗粒状态）出发，讨论了纳米颗粒体内定量标记、非标记分析方法：同位素标记、非同位素标记、AES、ICP-MS、NAA、XRF Raman、Fluorescence、NMR,提出纳米材料的定量研究的方向：区别纳米颗粒的不同状态，追踪纳米颗粒的代谢过程，发展原位、实时检测方法，以及分析检测方法的标准化等。同时有专家认为，纳米材料的生物效应需要首先建立纳米材料性质的表征方法，进入生物体系后的纳米材料的分析技术，和生物体系中纳米材料的稳定性及形态转化的分析方法。

 五、总结与建议

与会专家认为，会议的报告与讨论孵育了创新思想，将对我国在该领域的科学研究起到重要指导作用。会议归纳的重要科学问题如下：

1.“纳米生物效应”与“生物纳米效应”

（1）两者科学内涵的差别问题，以及研究方法学和研究思路的差别问题；

（2）会议提出的新概念的“生物纳米效应”的问题；

（3）在“纳米生物效应”中，纳米材料的降解与代谢 (如何让其徹底代谢而不在体内蓄积)，或者纳米材料参与的代谢过程的问题，非常重要。

（4）研究纳米生物效应的本质问题，应该与生物纳米效应问题两者之间找到平衡，从而利用纳米技术解决生物学遇到的实际问题。

（5）在“生物纳米效应”中， 的研究，如果从一个新的角度来理解生物体内的生物分子在复杂的生物环境中能自动找到其靶器官或靶分子的过程。纳米效应在生命体系和生命过程中发挥了什么样的作用？生物体系的容错和纠错功能，与纳米尺度效应有没有关系？这些都是崭新的重大科学问题，值得重点研究。

（6）纳米材料应用于体内的生物相容性问题，非常重要。

2. 纳米生物分析新技术

（1）纳米生物分析的关键问题；

（2）纳米分析的瓶颈；单细胞、单分子检测的难点；

（3）纳米生物分析技术在临床应用中的突破口；在医药研究中的突破口；

（4）不同纳米材料与病毒进行可控组装的相关问题；

（5）研究病毒的纳米结构能够给生物、医学研究提供崭新的信息；

（6）病毒与纳米材料可控组装形成的颗粒的稳定性与安全性问题。

（7）如何利用微阵列体系检测并识别相似蛋白质序列之间的差异的问题；

（8）介孔纳米材料芯片对生物或环境样品中目标成分的富集和回收效率问题？

（9）如何解决芯片有可能干扰小分子与大分子之间的相互作用的问题？

3. 纳米生物效应相关的分析科学问题

（1）影响纳米生物效应最重要的因素；

（2）纳米生物效应的分析指标与标准问题；

（3）如何通过纳米技术实现临床药物的个性化诊断与治疗的问题；

（4）纳米材料可能诱发炎症的问题；

（5）纳米材料的特异性吸附及非特异性吸附的问题；

（6）纳米材料是否在基因、蛋白和代谢组学方面产生影响。

4. 纳米药物相关的分析科学问题

（1）纳米药物研究中与分析科学相关的关键问题；

（2）中国肿瘤发病率逐年升高与自主创新纳米药物的紧迫性问题；

（3）医学成像造影剂在高剂量下的纳米材料安全性问题；

（4）影响磁共振造影剂医学成像效果的关键因素；

（5）纳米载体系统通过何种方式突破细胞膜等生物屏障；

（6）肿瘤EPR效应问题，如何来设计并优化EPR效应；

（7）纳米载体的生物毒性特别是长期蓄积毒性问题；

（8）针对上述问题的纳米生物检测，分析方法和技术问题。

（9）先进医学技术：如高灵敏度、高特异性的纳米分析方法临床早期诊断应用问题；

（10）纳米药物的安全，有效，质量可控等关键问题；

（11）生物安全问题：如果我们无法明确回答这个问题，大规模应用就会很困难。

5. 纳米环境与健康安全相关的分析科学问题

（1）纳米安全性检测的目标、指标和方法学，是目前面临的最大难题；

（2）通过植物-食物链进入人体的纳米材料在体内的富集与长期毒性问题；

（3）纳米材料的环境效应与毒性问题；

（4）纳米材料的生产、加工过程的环境排放问题；

（5）纳米材料的职业暴露与防护问题。国家应该采取一定积极的措施，加强这方面的工作。

（6）纳米材料的暴露剂量与毒理学效应问题，如低促高抑现象；

（7）纳米材料的暴露方式、监测，检测与效应问题；

（8）纳米材料环境健康安全性标准问题；

（9）发展针对环境纳米技术的特殊需求的纳米生物分析方法的问题。

全体与会专家认为，除了科学家们各自的研究以外，还应该从整体和系统的角度来考虑问题。建议国家相关部门考虑以下问题：

1.国家重视，科学发展，引领科学技术未来：我国实施纳米科技战略，参与国际竞争，需要从根本上系统地进行长远战略布局。从国家层次上重视，设立专门研究纳米材料的生物效应、医学效应、环境健康效应的研究中心，将于此相关的分析科学与技术研究列入国家战略研究规划。

2.建立国家与纳米标准、质量控制，和质量保障体系相关的分析技术研发和应用平台：在我国构建一个资源共享平台，借助这个平台，尽快形成一套标准体系，数据库，以及建立质量控制标准，和质量保障体系。如纳米效应标准化，动物研究、细胞研究、不同纳米材料的选择等应该尽快制定国家标准。以平台为基础，鼓励纳米科技如何与其他学科领域更好的进行交叉融合，目前在基础研究领域，已经有较好的交叉融合，但在技术和应用层面，还远远不够。我国在纳米材料于生物体系相互作用的分子机理研究方面相对薄弱，利用平台的倾斜政策鼓励多团队-多层次开展分子机制方面的合作研究。

3.国家纳米科学中心，发挥核心指导作用：充分利用国家纳米科学中心这个平台，建立对纳米材料与产品进行评价，检测，监测，标准制订，产品的使用起指导作用的R&D技术服务中心。由于中国企业的总体技术力量薄弱，建立相应的系统的纳米生物分析方法和集成技术，将对我们纳米工业的健康顺利发展起到关键作用。

4.提高科学家和公众的社会责任感：在目前我国的科研资源逐渐增多的情况下，如何正确引领新兴科学技术的发展，值得深思。如纳米科技的伦理问题，希望我国能够重视科学伦理、法律与社会层面的问题。从科学发展观的角度，提高科学家和公众的社会责任感。