中科院院士趙宇亮：做國家最需要的事

編者按：如果問，他在科研道路上最深刻的記憶是什么，他會毫不猶豫地告訴你，是兩次“轉身”。第一次，他本是一位核化學研究者，因與同事們一起發現113號新元素而享譽其領域的時候，卻毅然轉身去開拓納米生物安全這個尚無人問津的前沿科學研究領域，在新的研究方向從零開始。第二次，當他用20年的時間在納米生物安全基礎研究領域走到國際最前沿的時候，卻選擇從實驗室走出來，從基礎研究轉向應用轉化，再一次轉身去開拓成果轉移轉化領域，將實驗室的基礎科研成果變成對國家和人民真正有用的技術和產品。

如何過一種有意義的人生？趙宇亮用自己的經歷給出了答案。

從地球到月球的星際電梯是否有可能建成？

可注射的治病納米機器人真的能成為現實嗎？

……

這些問題看似天馬行空，卻都能在神奇的“納米世界”里找到答案。“實際上，我們平常用的最普通的手機里面就包含了用100多項納米技術制成的部件或材料。”中國科學院院士、中國科學院大學（以下簡稱“國科大”）專任教師、國家納米科學中心主任趙宇亮在央視欄目《開講啦》說。

攝影/陳安瀾 徐曉燕

納米這么神奇？

納米技術從“鋪天蓋地”到“頂天立地”，經歷了20多年的時間。

2000年左右，納米技術在國內引發廣泛關注，在學術界乃至社會其他領域堪稱一夜爆紅，可謂鋪天蓋地。納米牙刷、納米毛巾、納米鞋墊……種種“納米產品”在市場上隨處可見。“納米”這個詞仿佛萬能的“帽子”，頻繁出現在社會生活的方方面面，當時的人們對“納米”可謂耳熟能詳。盡管當時社會上不少人把“納米”當作噱頭，但在20世紀初，中國的納米技術研究才剛剛開始。等到納米技術真正發展起來的今天，公眾對待納米技術的態度回歸理性，社會輿論反而平靜下來。在趙宇亮看來，這種社會心態的轉變，或許正是像中國這種，對科技充滿期待和憧憬的國家，發展前沿技術的必由之路。

那么“納米”究竟是什么？

其實納米，跟米、厘米、毫米一樣，是一個長度單位。只是它所指代的長度極小，一納米等于十億分之一米，相當于頭發絲直徑的十萬分之一。如果將一納米的小球放在乒乓球上，相當于把乒乓球放在了地球上。

納米雖然只是一個尺度單位，但是，納米科學與技術卻遠非尺度問題，因為，納米尺度既是物質世界從無功能向有功能的過渡空間，也是生命世界從非生命到有生命的過渡空間。在我們的生命體內，原子間的結合與聚集組成不同結構、不同功能的分子。其中，大約兩個納米寬度的DNA承載著人類生命的遺傳密碼，一些納米尺度的大分子聚集組合起來能夠形成線粒體、核糖體、細胞膜等，進而出現生命。

“從無功能到有功能，從無生命到有生命，這些變化實際上都發生在納米尺度。”趙宇亮說。

納米科學與技術涉及人們衣食住行的方方面面，其研究成果往往能作用于各領域，極大促進人類社會的進步。尤其在醫療健康方面，納米技術所產生的變革性影響，將帶來大量新技術、新方法，推動人類健康技術的發展與變革。

但納米材料極小，即便體外檢測都非常困難，如果進入到體內，該怎么樣去檢測和觀測它呢？趙宇亮用一專業術語給出了答案——同位素標記。

“例如，納米碳管是一個典型的納米材料，我們把它標記了碳同位素以后注射到小鼠的體內，發現很快在小鼠的五臟六腑里面都觀察到了納米碳管。”趙宇亮講道，“按照教科書上經典代謝動力學，納米碳管不應該以這么快的速度在生物體內轉運。”

發現納米碳管在生物體內的快速擴散能力后，趙宇亮團隊決定利用這一現象，讓納米機器人在人體內遞送藥物，構建納米機器人的藥物遞送系統。藥物遞送類似于寄快遞，把地點填好后，藥物載體就會作為“快遞員”，把需要的藥物送到肝臟、腎臟、脾臟、肺等疾病發生的地方。目前在全世界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。

“現在我們制造的最小的機器人大概只有細胞的1/50大小，用針頭把它注射到身體里面后，它可以主動尋找目的地，比如腫瘤病灶處。這相當于我們給外賣小哥安了一個自動駕駛裝置，只要告訴車去哪里，車就開到哪里。”趙宇亮解釋道。“納米機器人也可以被用來治療心血管疾病。納米機器人極小，因此能夠進入血管，將凝聚的血塊清理掉，相當于‘清潔工’定期對血管內壁做清掃。”

可注射納米機器人在體內進行藥物遞送，既可以做疾病診斷也可以做治療，未來的它有可能讓人類外科手術消失，這是人類健康的最大福音。

“納米機器人用于醫學后，我們就可以減少乃至取消現有的開顱手術、開胸手術或其他大型手術。智能化是人類技術發展的基本方向，從今往后50年甚至更長的時間，人類的科學技術會把我們所用的生產工具、生活工具、娛樂工具等都智能化。在這個過程中，納米技術作為底層技術，是智能社會的技術基礎。”趙宇亮眼睛發著光似地說。

無論是納米材料的生物安全性，還是納米機器人的生物醫學應用，種種科學成就的背后是趙宇亮20多年來日夜泡在實驗室的見證。現在他以納米研究領域專家的身份出現在人們的視野中，幾乎沒人能想得到，在20年前，他還是一位核化學家。

曾惑科學何處去？

如果問趙宇亮，他在科研道路上記憶最深的是什么，他會毫不猶豫地告訴你，是兩次“轉身”。

20年前，趙宇亮是一位核化學研究者，從事新元素合成。目前，元素周期表有118個元素，其中的113號Nh是唯一由亞洲人發現的新元素。作為Nh元素發現團隊的一員，他已在新元素發現這一領域功成名就。

元素周期表的奇妙之處在于，它濃縮了整個宇宙，迄今人類所認識的這個宇宙，就是由這些元素構成的。周期表中每一個元素的位置決定了物質的結構，結構決定性質，性質又決定用途。因此，如果一個人能發現一個新元素，能在元素周期表加上一位“新成員”，他就可以自豪地告訴子孫后代，他的科研生涯是為科學發展作出了已被歷史記載的貢獻。

但趙宇亮不愿意趴在功勞簿上講過去的故事。2001年，納米生物安全這個領域還是空白，因為覺得研究納米生物安全性這件事具有重大科學價值，趙宇亮便從核化學轉向納米生物安全研究。2019年，他已經成為納米領域的國際知名專家，當國家號召“要把論文寫在祖國的大地上”，他又從基礎研究轉向應用研究和成果轉化。這種轉行實際上非常辛苦，由于需要學習新知識、新技術，他每天都要付出比別人多一倍的工作時間。但是，趙宇亮說：“選擇那些更有創造性、更有挑戰性、更有意義的事情去做，尤其是選擇對國家更有意義的事情去做，是人生的最大樂趣。”相比于在既有的功勞簿上草草添上幾筆，選擇更有創造性、更有挑戰性的事情做，這樣的人生，對他而言更加充滿樂趣。

2001年，趙宇亮剛回到國內。在一次學術會議的茶歇上，他與一位來自德國的科學家邊喝著咖啡，邊聊著在歐美廣受爭議的轉基因食品。那時候，中國社會對轉基因尚沒有太多關注，而納米技術的宣傳卻是鋪天蓋地。“轉基因技術被消費者質疑是因為安全性問題，納米技術和納米材料是否也有安全性問題？”這個疑問在趙宇亮的腦子里一閃而過。帶著這樣的疑問，趙宇亮回去之后搜索資料發現，不僅中國國內沒人研究納米材料的安全性，就是在全世界范圍內，也都沒有人關注這個問題。這一發現，讓本就熱愛挑戰的趙宇亮“蠢蠢欲動”，他想：“既然沒人做，那就由我來做這件事。”如果他本身就是納米技術專家，突然找到尚未被發掘的納米生物安全性研究，那也是堪比哥倫布發現新大陸，老礦工發現黃金礦的大好事。但問題是，他本身是一位核化學研究者，而且已經成績卓著，又何苦到另一個賽道上“白手起家”？

“這是我第一次轉型。那個時候我還年輕，才30多歲，當時根本沒有人贊同我的決定。”趙宇亮說。2003年，在一次重要會議上，當他提出“納米安全性”（納米毒理學）這個詞，其他專家一聽，紛紛質疑，因為從來沒聽說過納米技術和納米材料還有安全性問題。當趙宇亮向其他人解釋說，納米毒理學是為了讓人們更安全地或者更好地去使用納米技術，而不是去證明它有毒有害時，人們仍然對此半信半疑。

缺乏同行的理解和支持，納米生物安全性（納米毒理學）的研究工作起步十分困難，但這沒讓趙宇亮灰心。他認為，被人“潑冷水”是好事，更能啟發自己的思維向多角度多維度轉變。

為了減少學術界對概念的誤解，他想到“納米生物效應”這個詞。因為“生物效應”是具有辯證性的術語，既有利也有弊，相比于“安全性”的表述，更容易得到學術界認可。在他和同事們的共同努力下，這一前沿交叉研究領域逐漸得到領域專家的普遍認可，而且也在全球迅速發展起來。

“有困難不怕，懂得做事的方法才是最重要的。”趙宇亮說，“但當你有新的想法和思想，在一個新的領域做一件全新的事情時，第一件事就是去找這個領域內真正的專家合作。”

為了掌握開啟新研究所需的生物實驗技術，他自己每天從玉泉路坐公共汽車到北京大學去聽課，并跟北京大學劉元方院士團隊合作。“同時把北大毒理學專家賈光教授、江泉觀教授等請到實驗室來，教我和學生做動物實驗，例如，教我們怎么把藥劑注射到老鼠的尾靜脈里，那個尾靜脈特別細，剛開始的時候，我們扎到自己手指上，滿手都是血。”

一路走來，他在納米毒理學領域碩果累累。作為國際上最早開展該領域研究的學者之一，他從明確研究方向到創建重點實驗室，開辟了我國研究納米毒理學與納米生物安全性研究的道路。在國際上，他建立定量分析方法，被ISO/IEC定為國際標準，推廣到160多個國家。他的研究成果多次獲獎，如“國家自然科學獎”二等獎、TWAS化學獎、中國毒理學杰出貢獻獎、何梁何利科學與技術進步獎（化學獎）、中科院杰出成就獎等。

“納米毒理學的第一本教科書是中國人領銜編著的。”趙宇亮介紹，《納米毒理學》這本書，作為領域內第一本教科書，是他與各國科學家共同的心血。2005年年底他寫出這本書的框架，2006年他和實驗室的同事們負責撰寫其中五章，其余章節邀請了11個國家的科學家共同撰寫。10個月后初稿完成，美國著名毒理學家奧普多斯特爾審讀初稿時，提出增加一章。在一個新的研究領域，能由中國科學家領銜撰寫第一本教科書，在2005年之前還是很少見的。

納米毒理學揭示了納米尺度物質在體內的吸收、分布、排泄、代謝和毒性的現象和規律。在深入研究納米材料的基本生物學特性以后，趙宇亮意識到，利用納米材料的生物學特性進行疾病診療，是另外一種創新思路，所以他在2003年就開始了納米藥物的研究。比如，他提出通過設計納米顆粒表面，利用不同分子結構的不同生物功能，同時調控腫瘤微環境中多種成分，讓它們不再適合于腫瘤生長，以“監禁腫瘤”，而非殺死腫瘤細胞方式治療腫瘤，這是一種毒性更低、對人體傷害更小的控制或治療疾病的方法。總之，趙宇亮的研究成果，包括最近與同事們一起研發可注射的治病納米機器人，對人類健康技術的變革性發展，將起著重要作用。

為國利民，無問西東

到2020年，中國納米科技累計申請ZL已超過30萬件，論文發表數量和質量排在全球第一。“但這些研究成果卻很少有人去轉化和落地的，這太可惜了！”世界處在百年未有之大變局，我們國家處在一個外部科技環境極其特殊的歷史時期，為了把科研成果真正寫在祖國的大地上，2019年，趙宇亮產生了建立一個納米科技成果轉化和中試平臺的想法。

在幾十年的基礎研究生涯中，他深深意識到，我國在科技飛速發展的進程中，存在著科技創新鏈不完整的問題。他介紹道，科技創新鏈分為9級，其中1~3級是基礎科學研究，4~6級是成果轉移轉化，7~9級是企業研發的產品與商品。

“1~3級是科研人員的事情，7~9級是企業界的事情，那么4~6級誰來做？”趙宇亮發問。

為了將科學發現轉化為實際的生產力，讓科研成果從實驗室走進千家萬戶，他再一次以令人瞠目的速度切換科研定位，跳出深耕20年的納米科學基礎研究領域，再一次從零開始，開展科技成果轉化和應用研發的工作。

從零開始開辟納米毒理學這一研究領域時，他38歲，還算年輕。如今，在從零開始成果轉化的領域，他已經不年輕了，或許可以說是“老夫聊發少年狂”。但是，面對社會和國家的需要，他又義無反顧，迎難而上。為了把基礎科研發現的現象、規律和原理通過工藝、標準和技術研發應用到產品，他決定自己化身工程師，在論文和產品之間架起4~6級創新鏈連接的橋梁。

2019年12月18日，廣東粵港澳大灣區國家納米科技創新研究院（以下簡稱“廣納院”）成立。廣納院旨在創建完整的1~9級科技創新鏈，推動我國基礎研究成果的產業化。

結合當前我國的科研和企業發展實情，即科研院所完成了科技創新鏈1~3級的工作，企業界負責7~9級的工作，趙宇亮認為，廣納院的主要任務就是補齊我國科技創新鏈所缺失的“4~6級”這個關鍵環節，擔任橋梁的角色。

“企業的產品研發工程師與基礎科研人員的思維方式是不一樣的，事實上，在我們國家，這兩撥人溝通交流的機會都極為欠缺，許多前沿研究成果都是一發完論文就沒人管了，這太浪費了！”為了使科技創新鏈上下游達成良好的溝通、合作，他決定先把這兩撥人聚在一起。“開學術會議時，企業很少有工程師來參加，所以我就開始邀請企業的研發工程師來參加我們的學術會議，只要來人就行了，不收注冊費。”趙宇亮笑著說。現在趙宇亮帶領的廣納院已有近600名工程師，有21個項目在轉化落地，7個通用技術平臺在建設。

很多人不理解，問他為什么要那么“辛苦”？

但趙宇亮認為，追求科學真理和造福國家人民是密不可分的。如何將論文寫在祖國大地上，并且還能轉化成對國家和人民真正有用的成果，趙宇亮無疑用自己的兩次“轉身”給出了答案。

正如他所說，“富有挑戰性的問題是科研工作的樂趣，要做就選擇科學意義更大、社會意義更大的研究去做。”

科學研究沒有終點

趙宇亮是一個值得敬佩的人。在無數的崇拜者中，最敬佩他的當屬他的學生們。在學生們眼里，趙宇亮睿智的洞察力，以及與之匹配的鍥而不舍和執著精神，是他身上最令人記憶深刻的品質。

2003級博士生孟幻，現在已經是一名頗有名氣的研究員，作為陪著趙宇亮一起“辛苦”、見證他悍然不顧地“轉身”的學生，他仍記得在學生時代，導師與他一起熬過的夜，對他說過的話。他清晰地記得導師說過，“未來要么在交叉學科開展工作，要么在交叉領域懂得與他人合作。”趙宇亮是這么說的，也是這么做的。

由于當時國內外還沒有人知道研究納米物質的生物安全性的前瞻性和重要性，開展納米毒理學實驗，是一件被學術界認為是“瘋狂”的想法。

一方面，由于沒有文獻可以借鑒，該項試驗難度高、幾乎沒有任何可以借鑒的研究方法，即使是動物“染毒箱”也需要獨立設計搭建。另一方面，當時傳統學科對這一方向認可度低，投稿難度大。孟幻基于對導師的信任，在趙宇亮的鼓勵下，與幾位同學共同完成國內乃至世界范圍內最早的納米安全性動物實驗的設計和研究工作。

最早的研究工作可謂一路“跌跌撞撞”，最終的研究成果發表在Toxicology Letters上。這是毒理學領域內公認的權威專業期刊，盡管雜志的影響因子不高，但是，就是這些第一批數據，揭示了一系列重要毒理學作用機理，奠定了實驗室在學科領域中的國際地位。實驗室最初的研究論文連續10年成為該領域的“hottest paper”，單篇的引用大都超過千次。“回想起來實屬不易，多虧趙老師的引領與堅持，不然不可能做出引領性的研究工作并成為引領性的實驗室。”孟幻說。

趙宇亮是對工作要求很高，同時以身作則的人。正是因為他對自己和對學生都是統一的“高要求”，看著他前行的背影，學生們也深深地被他對科研的“赤子之心”所打動。

“趙老師每日工作到晚上11點還不休息，為了學習新的知識，可以每日乘公交車去北大聽課，不辭辛苦地向領域的科學家請教。讓我從心底里敬佩趙老師對科學的熱愛之情。”國科大2012級博士畢業生王亞玲說。

趙宇亮一直堅信，科研過程一定不是一個享受的經歷。科研工作只有在經歷困難之后取得突破，才會迎來享受的時刻。任何突破性成果的取得，都要經歷無數次大大小小的失敗或打擊，只有堅持，才能最終將科學造福人民。

這份認真和熱愛感染了實驗室的學生們，王亞玲說，正是趙宇亮的身體力行，讓他們明白，科學家是通過不斷學習知識、積累實驗經驗和技能，做出科研成果造福社會，從而實現自己的人生價值。

趙宇亮喜歡和學生在一起，在擔任國科大本科班主任時，也樂于和年輕人一起討論學術與人生。他的同事，國家納米中心教育處主任潘海蓮回憶一次偶遇時說：“有一次我在他辦公室門口，看到他和本科生一起交流的那種神情，能感受到他是發自內心的高興。”

在國科大2021級新生開學典禮上，趙宇亮滿懷期待地看著又一屆新生，說著對學生們的期許，也宣告著自己的信念。

“當前，我們正處于與世界科技強國拼耐力、拼韌勁，拼思想、拼創造，拼精神、拼奉獻的時期，這是考驗中國科技是否有能力跑入‘無人區’的關鍵。”