中國科學院院士趙宇亮

➤在納米基礎研究和應用基礎研究領域，中國是全球最活躍也是最有影響力的國家之一，中國國家納米科學中心和哈佛大學、加州理工學院在納米科學研究領域並列世界前三

➤到2020年，我國納米科技累計申請專利已超過30萬件，論文發表數量和質量全球第一。為推動研究成果應用，成立了廣東粵港澳大灣區國家納米科技創新研究院，聚焦科技創新鏈4～6級，補齊科技創新鏈的短板

➤未來，可注射的治病納米機器人有可能減少甚至替代現有的開顱手術、開胸手術或其他大型手術，甚至有可能讓人類外科手術消失

　　文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順

　　

　　在納米世界裏，神奇特性無處不在。上世紀80年代，科學家們利用掃描隧道顯微鏡首次實現了在納米尺度下操控原子，自此之後，人類對納米世界的觀測和研究就一直沒有停止。觀測顯示，微粒的尺寸不同，性能也大相徑庭。例如一些金屬氧化物通常“沒有”磁性，但在20納米尺度以下就會表現出順磁性。黃金的熔點約為1064℃，但到了1～2納米，在室溫下就會熔化。這就是納米的尺寸效應。

　　神奇的納米世界吸引了中國及全世界眾多科學家積極探索。在過去的20多年裏，我國部分納米基礎研究已經處於國際領先水平，應用研究與成果轉化成效也已顯現。

　　在推動我國納米科技發展歷程中，中國科學院院士、國家納米科學中心主任趙宇亮是重要開拓者之一。他是化學元素周期表113號新元素Nh（鉨）的發現者之一，跨領域進入納米世界後，開拓了納米生物效應與安全性研究的新方向，並積極推動科技成果轉化，希望用毫末技術改變宏觀世界。

　　“第一要確保我國納米科技研究持續保持在世界前列，第二要考慮如何把科學家個人的研究能力轉化為國家能力。”趙宇亮在接受《瞭望》新聞周刊記者專訪時&&，需繼續加強納米基礎研究和應用研究，加強成果轉移轉化國家級&&建設，加大納米科技産業人才培養，讓納米科技為科技強國戰略“添磚加瓦”。

國家納米科學中心科研人員觀察合成出的薄膜樣品的緻密程度 國家納米科學中心供圖

　　納米尺度改變認知深度

　　《瞭望》：為什麼説物質世界從無功能到有功能，生命世界從無生命到有生命的起點都是在納米尺度？

　　趙宇亮：納米是一個尺度單位，1納米等於10-9米，大概是我們頭髮絲的五萬分之一。單個原子直徑大概是0.1個納米，DNA鏈的寬度大約1.9納米。納米科技是在原子、分子尺度上，研究物質的特性和相互作用，進行知識和技術創新，並對物質進行精確加工和原子製造的科學技術。

　　在物質世界，物質在納米尺度是從無功能到有功能過渡的，單個原子和單個分子並沒有功能，原子、分子必須按一定方式排列組合成一定的納米結構單元，然後才能産生功能。我們的宏觀世界就是這些納米結構單元經過一定規則的排列組合形成的。我們的生命也一樣，從非生命過渡到生命也是在納米尺度。比如一個蛋白質分子或其他生物分子是沒有生命的，只有當它們按一定的規則組裝成亞細胞器，然後亞細胞器再組裝成為細胞，才能成為我們生命的基本單元。所以説物質從無功能到有功能，生命從無生命到有生命的起點都是在納米尺度。

　　因此，如果我們能從納米尺度去調控物質的功能或生命過程，就是最有效的。比如從納米尺度上診斷疾病、治療腫瘤，就比使用宏觀手段更精準。這也是納米科技引起全世界高度關注的原因。全球大概有60個國家專門成立了國家層面的納米研究計劃，2021年，美國發布了第七版《國家納米技術計劃（NNI）戰略規劃》，提出要確保美國納米技術的競爭力。

　　我國納米科技的研究大約起源於上世紀80年代後期。2010年後，我國有部分納米科技研究工作已經走在世界前列。在全世界20家最頂尖納米技術研究機構中，我國佔了11家，國家納米科學中心和哈佛大學、加州理工學院在納米科學研究領域並列世界前三。可以説，在納米基礎研究和應用基礎研究領域，我國是全球最活躍也是最有影響力的國家之一。

　　《瞭望》：納米科技將對我們生活産生哪些影響？

　　趙宇亮：納米科技無處不在，幾乎覆蓋了所有學科領域。根據愛思唯爾2021年發布的報告，在過去二十年間，全世界有960個最前沿研究方向，其中89%與納米科技有關。例如納米磁性材料，其中一個很大應用是存儲介質。再比如計算機、手機越來越小、越來越薄，這是由於微納器件加工技術的發展而實現的。

　　在醫療健康方面，納米技術催生新的診療技術和方法，推動人類健康技術的發展和變革。以納米醫藥技術為例，目前的診斷和治療基本都是基於分子和分子之間的反應建立的，所以現在的藥物被稱為分子藥物。而納米藥物則是由分子聚集在一起形成的顆粒物，這個顆粒有一個表面，可以在表面裝上很多不同的藥物。通過控制它的釋放來治療複雜的疾病，如腫瘤、心腦血管疾病等。這是一種毒性更低、對人體傷害更小的治療方法。

　　利用納米顆粒作為藥物遞送載體是藥物研究前沿，目前正在研發的藥物載體中，可注射納米機器人是最先進的一種，這種納米機器人可以在體內進行藥物遞送。我們製造的最小機器人大概只有細胞的1/50大小。用針頭把它注射到體內，它可以主動尋找目的地，比如腫瘤病灶處。相關技術開創了藥物遞送的新形式，有望突破傳統藥物劑型和外科手術的局限。

　　除了精準送藥的“快遞員”，未來納米機器人也可能進入人體，為人們提供醫療服務。這些機器人能夠對納米空間進行操作，是“功能分子器件”集合形成的系統。這種“機器人”與通常的機器人形象有很大差別，一根納米棒或納米管就可以構成一個納米機器人。未來，人們有望利用自組裝納米機器人通過血管直達病灶，進行疾病治療以及自我修復，比如消除體內的腫瘤細胞、進行微創手術等。未來有一天，可注射的治病納米機器人有可能減少甚至替代現有的開顱手術、開胸手術或其他大型手術，甚至有可能讓人類外科手術消失。

　　開闢納米研究道路

　　《瞭望》：什麼機緣促使你從零開始開拓納米科技領域的？

　　趙宇亮：20多年前，我在國外從事核化學研究工作，我們團隊一起發現了113號新元素Nh（鉨），成為元素周期表中亞洲人發現的唯一元素。

　　當時我們已經走到了新元素發現研究領域的最高峰。下一步有兩個選擇，一是選擇繼續在這個領域發展，這是一條相對容易走的路；還有就是去挑戰沒有人做過的全新領域，這需要很大的勇氣。

　　2001年，我回國進入中國科學院高能物理研究所工作。在一次學術會議上，我與其他科學家交流發現我們大量人工合成納米材料的生物學性質很少有人研究，尤其是進入生物體內的行為和效應，在全世界也鮮有人關注。我覺得這是具有重大科學價值的研究方向，於是馬上就從核化學轉向了納米毒理學研究。

　　我們的研究目標是要揭示納米尺度下物質在生物體內的吸收、分佈、排泄、代謝和毒性的現象和規律。為減少學術界對概念的誤解，我用納米生物效應與安全性一詞代替納米毒理學，因為生物效應具有辯證性，既有利也有弊，更容易得到學術界認可。

　　《瞭望》：對納米生物效應與安全性的研究有哪些進展？

　　趙宇亮：例如，我們揭示了無機納米材料和碳納米材料的納米結構與生物效應之間的關係，發現一些經典毒理學難以解釋的新現象和新規律。我們建立了定量分析方法，被ISO/IEC定為國際標準，並推廣到160多個國家。2005年我們領銜11國科學家撰寫了領域內第一本教科書《納米毒理學》，2007年在美國出版。為了推動該領域的發展，在中國毒理學學會創建了納米毒理學專業委員會，在中國藥學會創建了納米藥物專業委員會，推動這兩個新興前沿交叉研究領域在我國的起步、發展和形成。

　　現在，納米生物效應與安全性研究已經在全球科學界形成共識，許多科學家正在研究如何安全地使用納米材料，如何將納米材料的新性質新功能用於臨床診斷和治療，造福人類生命健康。

　　研究人員傾向於使用生物體的內源性材料來製作納米機器人，這樣它們就可以被人體分解掉，不會産生太大的負面效應。但是目前相關研究時間較短，知識積累和技術積累還不夠豐富，仍有許多未知問題需要研究。

　　將納米科技轉化成生産力

　　《瞭望》：應如何推動納米科技成果轉化應用？

　　趙宇亮：我國在納米科技成果轉移轉化方面還有很大進步空間。目前，國內科技創新鏈並不是很完整，通常我們將科技創新鏈分為9級，1～3級是基礎科學研究，4～6級是成果轉移轉化，7～9級是企業研發的産品和商品。1～3級是科研人員的事情，7～9級是企業界的事情，而4～6級很少有人在做。

　　在納米科學研究領域，科研成果落地應用仍是一個短板。到2020年，我國納米科技累計申請專利已超過30萬件，論文發表數量和質量也排在全球第一，這些研究成果卻很少被應用。

　　推動研究成果的應用，需要在“論文”和“産品”之間建立“橋梁”，這就是創新鏈4～6級的研發&&。為此，我們在2019年底成立了廣東粵港澳大灣區國家納米科技創新研究院，其主要任務便是補齊科技創新鏈的4～6級短板。為了實現這一目標，我們配套了一系列成果轉移轉化設施，包括數學與理論中心、納米大數據中心、微納結構設計中心、製備工藝設計中心等，以此銜接基礎研究和産業，並聚焦於成果轉移轉化。下一步我們將大力推進納米科技的産業化，將基礎研究成果轉化為實際的産品和産業。□