[編者按]依托于中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室25年前成立。雖然有個(gè)拗口的名稱(chēng)，但該實(shí)驗(yàn)室科研人員所作的研究卻并不令人陌生，既關(guān)乎民生，亦關(guān)乎國(guó)防。
一個(gè)靈光一現(xiàn)的好想法，從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)，再轉(zhuǎn)向市場(chǎng)，其難度不言而喻。
“雖然我們實(shí)驗(yàn)室所做的大多是基礎(chǔ)性研究，但我們也有的放矢，按著應(yīng)用需求來(lái)做，這點(diǎn)毫不含糊。”高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)驗(yàn)室）主任施劍林在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示。
他所在的實(shí)驗(yàn)室依托于中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海硅酸鹽所），于25年前成立。該實(shí)驗(yàn)室雖然有個(gè)拗口的名稱(chēng)，但該實(shí)驗(yàn)室科研人員所作的研究卻不讓人陌生，既關(guān)乎民生，亦關(guān)乎國(guó)防。
納米“廠(chǎng)房”提高催化效率
先進(jìn)無(wú)機(jī)材料的研究、開(kāi)發(fā)和利用，是當(dāng)前材料科學(xué)發(fā)展最迅速、最活躍的前沿領(lǐng)域之一。其探索性強(qiáng)，交叉學(xué)科知識(shí)覆蓋面廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。
在成立不算長(zhǎng)的時(shí)間里，實(shí)驗(yàn)室在高性能陶瓷材料、納米材料、超微結(jié)構(gòu)和計(jì)算科學(xué)等方面所取得的成績(jī)讓人矚目。
對(duì)于環(huán)保人士而言，汽車(chē)催化劑不是個(gè)陌生的概念。施劍林和他所在的課題組，曾用10年時(shí)間，將一種介孔結(jié)構(gòu)的汽車(chē)尾氣催化劑從實(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)。
介孔的孔徑在2~50納米，1納米是1米的十億分之一。施劍林就在這肉眼無(wú)法分辨的長(zhǎng)度單位上，將介孔改造成“孔道廠(chǎng)房”的組成部分。當(dāng)汽車(chē)排放的尾氣通過(guò)這些“廠(chǎng)房”時(shí)，納米孔道內(nèi)的催化材料便能發(fā)揮作用。這種方法，能大幅減少納米催化材料的用量，提高催化效率，使用壽命也能延長(zhǎng)。
可能“生不逢時(shí)”，這項(xiàng)介孔結(jié)構(gòu)的汽車(chē)尾氣催化劑推向市場(chǎng)后，恰逢國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售市場(chǎng)比較混亂，不少針對(duì)自主品牌的汽車(chē)催化劑的銷(xiāo)售價(jià)格甚至超過(guò)成本。雖然最終結(jié)局很遺憾，但一項(xiàng)有價(jià)值的科研成果能得到成功轉(zhuǎn)化在一定程度上已是很幸運(yùn)的事了。
在生物醫(yī)用材料方面，施劍林和他的團(tuán)隊(duì)不斷努力，最近取得了顯著進(jìn)展，某些方面已走在國(guó)際最前沿。
據(jù)悉，研究人員針對(duì)不同藥物分子的大小，把介孔納米顆粒的孔道尺寸分別調(diào)控為2~10納米和10納米以上，分別用于化學(xué)藥物和基因藥物的擔(dān)載輸運(yùn)；同時(shí)調(diào)控介孔納米顆粒的粒徑為30~400納米，并在顆粒表面作適當(dāng)?shù)男揎椄男裕涂砂阉幬锇邢蜉斔偷讲∽內(nèi)绨┳儾课唬M(jìn)入細(xì)胞甚至直接進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，達(dá)到提高療效、減少毒副作用的目的。
“我們做的不僅僅是載體材料，還要做細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等一整套相關(guān)實(shí)驗(yàn)。等成果出來(lái)，未來(lái)的目的是能夠在臨床得到應(yīng)用。”施劍林說(shuō)。
承擔(dān)了“運(yùn)輸任務(wù)”的納米顆粒載體，在包覆藥物和進(jìn)行穩(wěn)定性及靶向修飾之后，通過(guò)靜脈注射進(jìn)入人體，它會(huì)自動(dòng)或在外場(chǎng)引導(dǎo)下找到病變部位實(shí)施治療，所以是一種低毒高效的化療手段，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
此外，結(jié)合了化療、熱療、放射治療以及高強(qiáng)度聚焦超聲無(wú)創(chuàng)治療等的多模式癌癥治療模式，也在該實(shí)驗(yàn)室加緊開(kāi)發(fā)。
為腫瘤診療提供精準(zhǔn)技術(shù)
化學(xué)生物是個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。對(duì)于施劍林所在的課題組而言，去年算是個(gè)豐收年。在多功能介孔納米生物材料的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用方面，他們?nèi)〉昧瞬簧龠M(jìn)展，上海硅酸鹽所研究員步文博的研究成果就是代表之一。
作為高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，步文博在應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域也干得頗有激情，其研究進(jìn)展或許將為腫瘤病人帶去福音。
患者去醫(yī)院進(jìn)行是否有腫瘤的診斷，往往要借助分子影像診斷技術(shù)，通常采用CT、磁共振、熒光這三種診斷方式，但這三種單一的成像診斷方式各有優(yōu)劣，都可能出現(xiàn)難以判斷的情況或誤判。
“為此，我們制備了一種基于多功能上轉(zhuǎn)換發(fā)光的診斷納米探針，在顯微鏡下看上去像個(gè)‘芝麻球’，卻可以將多種成像探測(cè)模式聯(lián)合于一體。”步文博在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，巧妙地將金納米顆粒與上轉(zhuǎn)化納米顆粒結(jié)合于一體，將此作為CT造影劑和熒光示蹤劑，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)針對(duì)病變組織的紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光成像和增強(qiáng)的CT成像。這樣便能大大提高確診率，為病患提供更精準(zhǔn)的診斷。
多功能納米診療劑，是一種用于高效化療與放療結(jié)合的協(xié)同療法，這也是步文博的研究之一。他談到，放療是臨床上治療癌癥的主要手段，可以精確聚焦定位病人的腫瘤部位，并輔以高能X射線(xiàn)殺死癌細(xì)胞，達(dá)到抑制腫瘤生長(zhǎng)的目的。
然而，大多數(shù)乏氧腫瘤對(duì)X射線(xiàn)不敏感，從而限制了放療技術(shù)的發(fā)展。目前，大多數(shù)化療藥物，如順鉑、紫杉醇等被廣泛用作臨床的放療增敏劑，然而往病人體內(nèi)注射這些大量的自由藥物，常常會(huì)對(duì)正常組織帶來(lái)巨大的毒副作用。因此，需要合成一種新型的多功能納米診療劑來(lái)輸運(yùn)這些具有放療增敏功效的化療藥物，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同治療。
為此，研究人員設(shè)計(jì)了一種具有核/殼空腔結(jié)構(gòu)的新型多功能納米診療劑，實(shí)現(xiàn)針對(duì)惡性腫瘤的高效診斷以及協(xié)同治療。
步文博說(shuō)，在這方面他們已經(jīng)在小白鼠、裸鼠身上進(jìn)行活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，起初確實(shí)經(jīng)歷了不少挫折，但后來(lái)總算取得成功。
可以預(yù)見(jiàn)的是，通過(guò)科研的進(jìn)一步深入，這些成果將會(huì)在未來(lái)癌癥的診斷與同步治療中具有更大的應(yīng)用價(jià)值。
把陶瓷用到“天”上去
對(duì)于陶瓷，大家不會(huì)陌生，耐高溫、抗氧化、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，讓其頻繁出現(xiàn)在我們生活的周遭。但你或許不曾想過(guò)，陶瓷有可能通過(guò)改造成為用作火箭、衛(wèi)星的部件材料。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員董紹明及其團(tuán)隊(duì)就作了這方面的嘗試，而且成功應(yīng)用。
董紹明為該實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)陶瓷工程研究中心（復(fù)合材料研究中心）主任、復(fù)合材料研究課題組組長(zhǎng)，他所負(fù)責(zé)的復(fù)合材料課題組，在高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室很有特色。
他在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)表示，傳統(tǒng)陶瓷都具有脆性，一敲就碎，他們將碳纖維或者碳化硅纖維等引入到復(fù)合材料當(dāng)中，就成為具有陶瓷特性的特殊復(fù)合材料，既有陶瓷所有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具備了非脆性。
在航空航天、新能源等領(lǐng)域，高性能陶瓷基復(fù)合材料具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是新材料研究的重要方向，是開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)的重要材料基礎(chǔ)，亦是一個(gè)國(guó)家材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
特別是在飛行器長(zhǎng)時(shí)飛行、大氣層再入、跨大氣層飛行和火箭推進(jìn)系統(tǒng)等極端環(huán)境下，具有耐高溫、高強(qiáng)度、抗氧化耐燒蝕的高性能超高溫結(jié)構(gòu)材料，成為飛行器發(fā)展中一個(gè)重大關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)飛行器制造與應(yīng)用起著舉足輕重的作用。
在民生方面，高性能陶瓷基復(fù)合材料也可以得到應(yīng)用。董紹明說(shuō)，國(guó)外不少高檔汽車(chē)的剎車(chē)片就是用這種復(fù)合材料做的。一般汽車(chē)剎車(chē)片大多采用合金所制，使用年限有限，其安全性和可靠性也存在風(fēng)險(xiǎn)。比如在復(fù)雜的路面，連續(xù)剎車(chē)會(huì)造成剎車(chē)片的溫度顯著上升，其摩擦系數(shù)也會(huì)因此降低，而陶瓷基復(fù)合材料就不會(huì)存在這種問(wèn)題。
如今，高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的人才隊(duì)伍結(jié)構(gòu)仍在不斷優(yōu)化，隊(duì)伍代際轉(zhuǎn)移已經(jīng)完成，研究領(lǐng)域也已劃分明細(xì)，還會(huì)有更多驚喜等著被發(fā)現(xiàn)。
一個(gè)靈光一現(xiàn)的好想法，從實(shí)驗(yàn)室走向現(xiàn)實(shí)，再轉(zhuǎn)向市場(chǎng)，其難度不言而喻。
“雖然我們實(shí)驗(yàn)室所做的大多是基礎(chǔ)性研究，但我們也有的放矢，按著應(yīng)用需求來(lái)做，這點(diǎn)毫不含糊。”高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（以下簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)驗(yàn)室）主任施劍林在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)表示。
他所在的實(shí)驗(yàn)室依托于中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)上海硅酸鹽所），于25年前成立。該實(shí)驗(yàn)室雖然有個(gè)拗口的名稱(chēng)，但該實(shí)驗(yàn)室科研人員所作的研究卻不讓人陌生，既關(guān)乎民生，亦關(guān)乎國(guó)防。
納米“廠(chǎng)房”提高催化效率
先進(jìn)無(wú)機(jī)材料的研究、開(kāi)發(fā)和利用，是當(dāng)前材料科學(xué)發(fā)展最迅速、最活躍的前沿領(lǐng)域之一。其探索性強(qiáng)，交叉學(xué)科知識(shí)覆蓋面廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。
在成立不算長(zhǎng)的時(shí)間里，實(shí)驗(yàn)室在高性能陶瓷材料、納米材料、超微結(jié)構(gòu)和計(jì)算科學(xué)等方面所取得的成績(jī)讓人矚目。
對(duì)于環(huán)保人士而言，汽車(chē)催化劑不是個(gè)陌生的概念。施劍林和他所在的課題組，曾用10年時(shí)間，將一種介孔結(jié)構(gòu)的汽車(chē)尾氣催化劑從實(shí)驗(yàn)室推向市場(chǎng)。
介孔的孔徑在2~50納米，1納米是1米的十億分之一。施劍林就在這肉眼無(wú)法分辨的長(zhǎng)度單位上，將介孔改造成“孔道廠(chǎng)房”的組成部分。當(dāng)汽車(chē)排放的尾氣通過(guò)這些“廠(chǎng)房”時(shí)，納米孔道內(nèi)的催化材料便能發(fā)揮作用。這種方法，能大幅減少納米催化材料的用量，提高催化效率，使用壽命也能延長(zhǎng)。
可能“生不逢時(shí)”，這項(xiàng)介孔結(jié)構(gòu)的汽車(chē)尾氣催化劑推向市場(chǎng)后，恰逢國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售市場(chǎng)比較混亂，不少針對(duì)自主品牌的汽車(chē)催化劑的銷(xiāo)售價(jià)格甚至超過(guò)成本。雖然最終結(jié)局很遺憾，但一項(xiàng)有價(jià)值的科研成果能得到成功轉(zhuǎn)化在一定程度上已是很幸運(yùn)的事了。
在生物醫(yī)用材料方面，施劍林和他的團(tuán)隊(duì)不斷努力，最近取得了顯著進(jìn)展，某些方面已走在國(guó)際最前沿。
據(jù)悉，研究人員針對(duì)不同藥物分子的大小，把介孔納米顆粒的孔道尺寸分別調(diào)控為2~10納米和10納米以上，分別用于化學(xué)藥物和基因藥物的擔(dān)載輸運(yùn)；同時(shí)調(diào)控介孔納米顆粒的粒徑為30~400納米，并在顆粒表面作適當(dāng)?shù)男揎椄男裕涂砂阉幬锇邢蜉斔偷讲∽內(nèi)绨┳儾课唬M(jìn)入細(xì)胞甚至直接進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)，達(dá)到提高療效、減少毒副作用的目的。
“我們做的不僅僅是載體材料，還要做細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等一整套相關(guān)實(shí)驗(yàn)。等成果出來(lái)，未來(lái)的目的是能夠在臨床得到應(yīng)用。”施劍林說(shuō)。
承擔(dān)了“運(yùn)輸任務(wù)”的納米顆粒載體，在包覆藥物和進(jìn)行穩(wěn)定性及靶向修飾之后，通過(guò)靜脈注射進(jìn)入人體，它會(huì)自動(dòng)或在外場(chǎng)引導(dǎo)下找到病變部位實(shí)施治療，所以是一種低毒高效的化療手段，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和發(fā)展方向。
此外，結(jié)合了化療、熱療、放射治療以及高強(qiáng)度聚焦超聲無(wú)創(chuàng)治療等的多模式癌癥治療模式，也在該實(shí)驗(yàn)室加緊開(kāi)發(fā)。
為腫瘤診療提供精準(zhǔn)技術(shù)
化學(xué)生物是個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。對(duì)于施劍林所在的課題組而言，去年算是個(gè)豐收年。在多功能介孔納米生物材料的設(shè)計(jì)、制備與應(yīng)用方面，他們?nèi)〉昧瞬簧龠M(jìn)展，上海硅酸鹽所研究員步文博的研究成果就是代表之一。
作為高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，步文博在應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域也干得頗有激情，其研究進(jìn)展或許將為腫瘤病人帶去福音。
患者去醫(yī)院進(jìn)行是否有腫瘤的診斷，往往要借助分子影像診斷技術(shù)，通常采用CT、磁共振、熒光這三種診斷方式，但這三種單一的成像診斷方式各有優(yōu)劣，都可能出現(xiàn)難以判斷的情況或誤判。
“為此，我們制備了一種基于多功能上轉(zhuǎn)換發(fā)光的診斷納米探針，在顯微鏡下看上去像個(gè)‘芝麻球’，卻可以將多種成像探測(cè)模式聯(lián)合于一體。”步文博在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)，巧妙地將金納米顆粒與上轉(zhuǎn)化納米顆粒結(jié)合于一體，將此作為CT造影劑和熒光示蹤劑，即可同時(shí)實(shí)現(xiàn)針對(duì)病變組織的紅外激發(fā)上轉(zhuǎn)換熒光成像和增強(qiáng)的CT成像。這樣便能大大提高確診率，為病患提供更精準(zhǔn)的診斷。
多功能納米診療劑，是一種用于高效化療與放療結(jié)合的協(xié)同療法，這也是步文博的研究之一。他談到，放療是臨床上治療癌癥的主要手段，可以精確聚焦定位病人的腫瘤部位，并輔以高能X射線(xiàn)殺死癌細(xì)胞，達(dá)到抑制腫瘤生長(zhǎng)的目的。
然而，大多數(shù)乏氧腫瘤對(duì)X射線(xiàn)不敏感，從而限制了放療技術(shù)的發(fā)展。目前，大多數(shù)化療藥物，如順鉑、紫杉醇等被廣泛用作臨床的放療增敏劑，然而往病人體內(nèi)注射這些大量的自由藥物，常常會(huì)對(duì)正常組織帶來(lái)巨大的毒副作用。因此，需要合成一種新型的多功能納米診療劑來(lái)輸運(yùn)這些具有放療增敏功效的化療藥物，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同治療。
為此，研究人員設(shè)計(jì)了一種具有核/殼空腔結(jié)構(gòu)的新型多功能納米診療劑，實(shí)現(xiàn)針對(duì)惡性腫瘤的高效診斷以及協(xié)同治療。
步文博說(shuō)，在這方面他們已經(jīng)在小白鼠、裸鼠身上進(jìn)行活體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，起初確實(shí)經(jīng)歷了不少挫折，但后來(lái)總算取得成功。
可以預(yù)見(jiàn)的是，通過(guò)科研的進(jìn)一步深入，這些成果將會(huì)在未來(lái)癌癥的診斷與同步治療中具有更大的應(yīng)用價(jià)值。
把陶瓷用到“天”上去
對(duì)于陶瓷，大家不會(huì)陌生，耐高溫、抗氧化、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，讓其頻繁出現(xiàn)在我們生活的周遭。但你或許不曾想過(guò)，陶瓷有可能通過(guò)改造成為用作火箭、衛(wèi)星的部件材料。中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員董紹明及其團(tuán)隊(duì)就作了這方面的嘗試，而且成功應(yīng)用。
董紹明為該實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)陶瓷工程研究中心（復(fù)合材料研究中心）主任、復(fù)合材料研究課題組組長(zhǎng)，他所負(fù)責(zé)的復(fù)合材料課題組，在高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室很有特色。
他在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)表示，傳統(tǒng)陶瓷都具有脆性，一敲就碎，他們將碳纖維或者碳化硅纖維等引入到復(fù)合材料當(dāng)中，就成為具有陶瓷特性的特殊復(fù)合材料，既有陶瓷所有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具備了非脆性。
在航空航天、新能源等領(lǐng)域，高性能陶瓷基復(fù)合材料具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是新材料研究的重要方向，是開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)的重要材料基礎(chǔ)，亦是一個(gè)國(guó)家材料科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。
特別是在飛行器長(zhǎng)時(shí)飛行、大氣層再入、跨大氣層飛行和火箭推進(jìn)系統(tǒng)等極端環(huán)境下，具有耐高溫、高強(qiáng)度、抗氧化耐燒蝕的高性能超高溫結(jié)構(gòu)材料，成為飛行器發(fā)展中一個(gè)重大關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)飛行器制造與應(yīng)用起著舉足輕重的作用。
在民生方面，高性能陶瓷基復(fù)合材料也可以得到應(yīng)用。董紹明說(shuō)，國(guó)外不少高檔汽車(chē)的剎車(chē)片就是用這種復(fù)合材料做的。一般汽車(chē)剎車(chē)片大多采用合金所制，使用年限有限，其安全性和可靠性也存在風(fēng)險(xiǎn)。比如在復(fù)雜的路面，連續(xù)剎車(chē)會(huì)造成剎車(chē)片的溫度顯著上升，其摩擦系數(shù)也會(huì)因此降低，而陶瓷基復(fù)合材料就不會(huì)存在這種問(wèn)題。
如今，高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的人才隊(duì)伍結(jié)構(gòu)仍在不斷優(yōu)化，隊(duì)伍代際轉(zhuǎn)移已經(jīng)完成，研究領(lǐng)域也已劃分明細(xì)，還會(huì)有更多驚喜等著被發(fā)現(xiàn)。
