瞭望·瞭望访谈 专访中国科学院院士赵宇亮

中国科学院院士赵宇亮

在纳米基础研究和应用基础研究领域，中国是全球最活跃也是最有影响力的国家之一，中国国家纳米科学中心和哈佛大学、加州理工学院在纳米科学研究领域并列世界前三

到2020年，我国纳米科技累计申请专利已超过30万件，论文发表数量和质量全球第一。为推动研究成果应用，成立了广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院，聚焦科技创新链4 6级，补齐科技创新链的短板

未来，可注射的治病纳米机器人有可能减少甚至替代现有的开颅手术、开胸手术或其他大型手术，甚至有可能让人类外科手术消失

文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺

在纳米世界里，神奇特性无处不在。上世纪80年代，科学家们利用扫描隧道显微镜首次实现了在纳米尺度下操控原子，自此之后，人类对纳米世界的观测和研究就一直没有停止。观测显示，微粒的尺寸不同，性能也大相径庭。例如一些金属氧化物通常“没有”磁性，但在20纳米尺度以下就会表现出顺磁性。黄金的熔点约为1064 ，但到了1 2纳米，在室温下就会熔化。这就是纳米的尺寸效应。

神奇的纳米世界吸引了中国及全世界众多科学家积极探索。在过去的20多年里，我国部分纳米基础研究已经处于国际领先水平，应用研究与成果转化成效也已显现。

在推动我国纳米科技发展历程中，中国科学院院士、国家纳米科学中心主任赵宇亮是重要开拓者之一。他是化学元素周期表113号新元素Nh（鉨）的发现者之一，跨领域进入纳米世界后，开拓了纳米生物效应与安全性研究的新方向，并积极推动科技成果转化，希望用毫末技术改变宏观世界。

“第一要确保我国纳米科技研究持续保持在世界前列，第二要考虑如何把科学家个人的研究能力转化为国家能力。”赵宇亮在接受《瞭望》新闻周刊记者专访时表示，需继续加强纳米基础研究和应用研究，加强成果转移转化国家级平台建设，加大纳米科技产业人才培养，让纳米科技为科技强国战略“添砖加瓦”。

国家纳米科学中心科研人员观察合成出的薄膜样品的致密程度 国家纳米科学中心供图

纳米尺度改变认知深度

《瞭望》：为什么说物质世界从无功能到有功能，生命世界从无生命到有生命的起点都是在纳米尺度？

赵宇亮：纳米是一个尺度单位，1纳米等于10-9米，大概是我们头发丝的五万分之一。单个原子直径大概是0.1个纳米，DNA链的宽度大约1.9纳米。纳米科技是在原子、分子尺度上，研究物质的特性和相互作用，进行知识和技术创新，并对物质进行精确加工和原子制造的科学技术。

在物质世界，物质在纳米尺度是从无功能到有功能过渡的，单个原子和单个分子并没有功能，原子、分子必须按一定方式排列组合成一定的纳米结构单元，然后才能产生功能。我们的宏观世界就是这些纳米结构单元经过一定规则的排列组合形成的。我们的生命也一样，从非生命过渡到生命也是在纳米尺度。比如一个蛋白质分子或其他生物分子是没有生命的，只有当它们按一定的规则组装成亚细胞器，然后亚细胞器再组装成为细胞，才能成为我们生命的基本单元。所以说物质从无功能到有功能，生命从无生命到有生命的起点都是在纳米尺度。

因此，如果我们能从纳米尺度去调控物质的功能或生命过程，就是最有效的。比如从纳米尺度上诊断疾病、治疗肿瘤，就比使用宏观手段更精准。这也是纳米科技引起全世界高度关注的原因。全球大概有60个国家专门成立了国家层面的纳米研究计划，2021年，美国发布了第七版《国家纳米技术计划（NNI）战略规划》，提出要确保美国纳米技术的竞争力。

我国纳米科技的研究大约起源于上世纪80年代后期。2010年后，我国有部分纳米科技研究工作已经走在世界前列。在全世界20家最顶尖纳米技术研究机构中，我国占了11家，国家纳米科学中心和哈佛大学、加州理工学院在纳米科学研究领域并列世界前三。可以说，在纳米基础研究和应用基础研究领域，我国是全球最活跃也是最有影响力的国家之一。

《瞭望》：纳米科技将对我们生活产生哪些影响？

赵宇亮：纳米科技无处不在，几乎覆盖了所有学科领域。根据爱思唯尔2021年发布的报告，在过去二十年间，全世界有960个最前沿研究方向，其中89%与纳米科技有关。例如纳米磁性材料，其中一个很大应用是存储介质。再比如计算机、手机越来越小、越来越薄，这是由于微纳器件加工技术的发展而实现的。

在医疗健康方面，纳米技术催生新的诊疗技术和方法，推动人类健康技术的发展和变革。以纳米医药技术为例，目前的诊断和治疗基本都是基于分子和分子之间的反应建立的，所以现在的药物被称为分子药物。而纳米药物则是由分子聚集在一起形成的颗粒物，这个颗粒有一个表面，可以在表面装上很多不同的药物。通过控制它的释放来治疗复杂的疾病，如肿瘤、心脑血管疾病等。这是一种毒性更低、对人体伤害更小的治疗方法。

利用纳米颗粒作为药物递送载体是药物研究前沿，目前正在研发的药物载体中，可注射纳米机器人是最先进的一种，这种纳米机器人可以在体内进行药物递送。我们制造的最小机器人大概只有细胞的1/50大小。用针头把它注射到体内，它可以主动寻找目的地，比如肿瘤病灶处。相关技术开创了药物递送的新形式，有望突破传统药物剂型和外科手术的局限。

除了精准送药的“快递员”，未来纳米机器人也可能进入人体，为人们提供医疗服务。这些机器人能够对纳米空间进行操作，是“功能分子器件”集合形成的系统。这种“机器人”与通常的机器人形象有很大差别，一根纳米棒或纳米管就可以构成一个纳米机器人。未来，人们有望利用自组装纳米机器人通过血管直达病灶，进行疾病治疗以及自我修复，比如消除体内的肿瘤细胞、进行微创手术等。未来有一天，可注射的治病纳米机器人有可能减少甚至替代现有的开颅手术、开胸手术或其他大型手术，甚至有可能让人类外科手术消失。

开辟纳米研究道路

《瞭望》：什么机缘促使你从零开始开拓纳米科技领域的？

赵宇亮：20多年前，我在国外从事核化学研究工作，我们团队一起发现了113号新元素Nh（鉨），成为元素周期表中亚洲人发现的唯一元素。

当时我们已经走到了新元素发现研究领域的最高峰。下一步有两个选择，一是选择继续在这个领域发展，这是一条相对容易走的路；还有就是去挑战没有人做过的全新领域，这需要很大的勇气。

2001年，我回国进入中国科学院高能物理研究所工作。在一次学术会议上，我与其他科学家交流发现我们大量人工合成纳米材料的生物学性质很少有人研究，尤其是进入生物体内的行为和效应，在全世界也鲜有人关注。我觉得这是具有重大科学价值的研究方向，于是马上就从核化学转向了纳米毒理学研究。

我们的研究目标是要揭示纳米尺度下物质在生物体内的吸收、分布、排泄、代谢和毒性的现象和规律。为减少学术界对概念的误解，我用纳米生物效应与安全性一词代替纳米毒理学，因为生物效应具有辩证性，既有利也有弊，更容易得到学术界认可。

《瞭望》：对纳米生物效应与安全性的研究有哪些进展？

赵宇亮：例如，我们揭示了无机纳米材料和碳纳米材料的纳米结构与生物效应之间的关系，发现一些经典毒理学难以解释的新现象和新规律。我们建立了定量分析方法，被ISO/IEC定为国际标准，并推广到160多个国家。2005年我们领衔11国科学家撰写了领域内第一本教科书《纳米毒理学》，2007年在美国出版。为了推动该领域的发展，在中国毒理学学会创建了纳米毒理学专业委员会，在中国药学会创建了纳米药物专业委员会，推动这两个新兴前沿交叉研究领域在我国的起步、发展和形成。

现在，纳米生物效应与安全性研究已经在全球科学界形成共识，许多科学家正在研究如何安全地使用纳米材料，如何将纳米材料的新性质新功能用于临床诊断和治疗，造福人类生命健康。

研究人员倾向于使用生物体的内源性材料来制作纳米机器人，这样它们就可以被人体分解掉，不会产生太大的负面效应。但是目前相关研究时间较短，知识积累和技术积累还不够丰富，仍有许多未知问题需要研究。

将纳米科技转化成生产力

《瞭望》：应如何推动纳米科技成果转化应用？

赵宇亮：我国在纳米科技成果转移转化方面还有很大进步空间。目前，国内科技创新链并不是很完整，通常我们将科技创新链分为9级，1 3级是基础科学研究，4 6级是成果转移转化，7 9级是企业研发的产品和商品。1 3级是科研人员的事情，7 9级是企业界的事情，而4 6级很少有人在做。

在纳米科学研究领域，科研成果落地应用仍是一个短板。到2020年，我国纳米科技累计申请专利已超过30万件，论文发表数量和质量也排在全球第一，这些研究成果却很少被应用。

推动研究成果的应用，需要在“论文”和“产品”之间建立“桥梁”，这就是创新链4 6级的研发平台。为此，我们在2019年底成立了广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院，其主要任务便是补齐科技创新链的4 6级短板。为了实现这一目标，我们配套了一系列成果转移转化设施，包括数学与理论中心、纳米大数据中心、微纳结构设计中心、制备工艺设计中心等，以此衔接基础研究和产业，并聚焦于成果转移转化。下一步我们将大力推进纳米科技的产业化，将基础研究成果转化为实际的产品和产业。