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2018-11-16 18:44 来源:东北新闻网

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【专稿】“千人学者”尚利:让荧光纳米颗粒照亮生命之美
发布时间:2018-11-16 09:56:36 作者:吴秀青 来源:党委宣传部 已浏览:

西工大新闻网6月4日电(记者 吴秀青)“探索生命的奥秘,造福人类的健康”,是科学家们长久以来的奋斗目标,也是国家“青年千人”、西北工业大学人才特区“纳米能源材料研究中心”及材料学院教授尚利的孜孜以求。

80后尚利,聪明睿智,温文尔雅,谦和有加。在与记者的交流中,尚利总是说他不善言辞,然而,在他不疾不徐、静水流深的讲述中,却向记者展示了一幅“以小窥大,让荧光纳米颗粒照亮生命之美”的动人画面。

“当初我是奔着西工大人才特区的平台而来”

但凡加盟西北工业大学的青年才俊,都有其背后的深层因缘。尚利坦言,“当初,我是奔着‘纳米能源材料研究中心’的科研平台和首席科学家魏秉庆教授而走进西工大的。”

魏秉庆,西工大首批人才特区“纳米能源材料研究中心”主任兼首席科学家、美国特拉华大学教授、国际知名的纳米材料学者,在碳纳米材料领域取得了诸多具有重要国际影响力的原创成果,为新型纳米材料的设计、合成和应用研究做出了卓越贡献。

“魏秉庆教授的人格魅力和学术魅力深深地吸引了我。”尚利说,“魏老师为‘中心’营造了自由宽松的环境,他一直倡导年轻人要大胆地去做自己想做的事儿,因此身在‘中心’工作深感愉快。”

尚利先后攻读于武汉大学化学与分子科学学院、中国科学院长春应用化学研究所,曾荣获中科院院长优秀奖及中科院优秀博士论文。之后,获得德国洪堡奖学金资助前往德国卡尔斯鲁厄理工学院应用物理系和纳米技术研究所从事博士后研究工作。2016年成为中组部“千人计划”青年项目入选者而加盟西北工业大学。

多年来,尚利主要从事纳米生物分析的基础和应用研究,致力于研发面向生命分析的新型发光纳米材料,发展纳米生物效应原位表征的新技术。迄今已在国际学术期刊发表论文69篇,文章被他人在Science、Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等期刊正面引用4800余次(单篇引用过百次的有17篇,单篇引用最高700余次),8篇入选ESI高被引论文,H因子为35。研究成果多次被Materials View、Nanotechnology Now、X-MOL等国际权威学术媒体聚焦报道。

“纳米材料因其独特的物理化学性能,在生命分析、医学诊断等领域具有广泛而重要的应用前景。”尚利介绍说,随着纳米科技的快速发展,一类具有独特光学性质的纳米材料——荧光纳米探针,应运而生。当粒径小于100纳米时,材料会呈现出不同于其宏观状态的许多奇妙的性能。

基于荧光探针的分析技术是当前生物和医学研究的重要工具,在疾病诊断、食品微生物检测、DNA测序等方面都发挥着重要的作用。那么,在科学家们的眼中理想的荧光探针是什么样子的呢?

“一般而言,他们应具备好的水溶性、优异的光物理性能、良好的生物相容性以及简便可控的制备途径。”尚利表示,和传统的荧光探针如有机染料分子和荧光蛋白质相比,荧光纳米粒子具有制备简便、光学性能优异、易功能修饰等特点,被视作一类新型的“明星”荧光探针得到科学家的广泛的关注和研究,并已在荧光标记、免疫组织化学、生物成像、医学诊断等领域取得了许多成功的应用。

“纳米生物效应分析研究充满创新机遇”

正如20世纪微米科技的发展给人类带来的进步一样,纳米科技也将导致人类未来生产和生活方式的革命性变化,因而已经成为当前发达国家投入最多、发展最快的科学研究和技术开发领域之一。

“纳米生物效应对于高效、安全地发展纳米科技具有重要的意义。”尚利表示,纳米生物效应研究是一个典型的综合性强的交叉学科领域,需要纳米科技、细胞生物学、分子生物学、高灵敏度的核技术、临床医学、基础医学、毒理学、物理学、化学和分析科学等多学科的融合交叉。因此,纳米生物效应研究不仅推动纳米科技的健康发展,还能为上述许多学科提出新的科学问题,推动各学科的发展。

“纳米生物效应研究既是国际科学前沿,也是与人类健康和生活密切相关的重要社会问题,因此是一个典型的在国家需求和科学前沿的交汇点上的新领域,在这里充满了科学创新的机遇。”尚利说,必须瞄准纳米生物效应和纳米生物分析的关键前沿科学问题,创造性地提出新的分析原理,针对纳米材料的特性以及生物体系的复杂性,率先建立先进可靠的分析方法,才能解决纳米生物医学研究中出现的关键科学和技术问题。

近年来,尚利致力于研发面向生命分析的新型荧光纳米探针,依此为基础发展了多种高灵敏的生物传感和细胞成像的生物应用策略,并提出了纳米生物效应原位表征的新方法和新机理。他的学术创新点及其科学意义主要表现在以下几个方面——

★紧紧围绕生命分析的实际需求,发展了多种新型的荧光纳米探针。主要的研究成果包括尺寸超小的荧光贵金属纳米簇、基于多肽自组装的多功能荧光纳米探针、可用于超分辨成像的荧光纳米探针等。在探索荧光金属纳米簇的合成策略及拓展其生物应用方面做出了一系列具有创新性和引领性的研究工作。

★将化学、生物及材料科学等交叉学科的最新研究成果与荧光传感相结合,构建了一系列新型的荧光纳米传感器,提出了多种荧光传感的新方法,并成功应用于实际样品中的目标物检测。主要的研究成果包括基于金属纳米材料内滤效应的荧光传感器、基于金纳米粒子强荧光猝灭特性的化学传感器设计、基于金属纳米簇的光学传感应用等。

★借助荧光技术灵敏度高且可以原位研究生物样本的特点,系统地考察了金属纳米簇、半导体量子点的生物效应,取得了一系列原创性的研究结果,主要包括利用荧光光谱和细胞成像探索金属纳米簇的生物效应、荧光相关光谱技术研究纳米颗粒表面蛋白质冠的形成机理等。

这些创新成果在本领域国际顶级学术期刊发表后,很快入选ESI高被引论文,并被多家国际权威学术媒体高亮报道。其中,尚利撰写的荧光贵金属纳米簇研究进展的综述(Nano Today 2011,6,401,ESI高被引论文),系统全面地讨论总结了贵金属纳米簇的研究现状和发展趋势,迄今已被引用724次。

尚利发现的诸多“配体”相继被国内外多个课题组采用和推广到高性能金属纳米簇的研究工作中;尚利提出的“新型荧光纳米传感策略”也很快被相继采用并推广到其它的纳米传感器的构筑中,展示了该方法极大的普适性和应用价值。

美国国家科学院院士、堪萨斯大学Jim E. Riviere教授在WIREs Nanomed. Nanobiotechnol.(2017,9:e1440)中,将尚利的这一系列成果作为金属纳米簇生物效应研究方向的代表性工作予以大篇幅的正面评述,并附图引用;澳大利亚工程院院士、卧龙岗大学窦士学教授在其综述中多次正面评述了尚利金属纳米簇的系列工作;ACS Nano副主编、德国马堡大学Wolfgang J. Parak教授等国际知名学者对尚利的工作也给予了高度评价。

“荧光纳米探针面临更多的机遇和挑战”

随着人类对生命现象研究的不断深入和健康需求的逐步增加,荧光纳米探针也面临着更多的机遇和挑战。

“一方面,为了满足生命科学发展对单分子、单细胞水平的研究需求,需要不断发展高质量的新型荧光纳米探针材料,比如集跟踪、诊断、治疗于一体的多功能纳米探针和可同步实现时间上和空间上超分辨荧光成像的纳米探针,从而进一步推进纳米技术的生物学研究和医学应用;另一方面,对于这些纳米尺度的荧光探针材料在生物体系内的行为需要予以足够关注。”尚利说。

已有研究结果发现,和血浆蛋白、活细胞等的相互作用会显著改变荧光纳米探针的性质,同时这些生物体系本身的生物功能亦可能发生变化,纳米尺度的材料在人体内的代谢和潜在毒性等问题亦需要慎重评估。“这些深入系统的相关研究无疑是荧光纳米探针在生物医学领域应用的关键,仍需要科学家们予以逐一攻克乃至解决”。

尚利表示,随着纳米材料的大量研制和生产,纳米颗粒在实验室、作业场所和产品使用过程中可通过呼吸、皮肤吸收甚至食物链等方式进入人体,其生物效应和安全性问题已引起了世界范围的广泛关注。

“对纳米颗粒的生物效应的研究有助于阐明纳米颗粒和生命体系的相互作用过程,对纳米生物安全性进行合理的评估,进而为纳米材料在生物、医药、环境、能源等诸多新兴领域的应用提供必要的理论指导和技术支撑。”尚利说,“纳米材料生物效应的深入研究则有赖于对纳米-生物界面的表征方法的建立和发展。”

谈起未来的科研规划及目标,尚利表示,在课题组已有工作的基础上,立足于自身对纳米生物界面的理解和荧光技术的认识,致力于发展基于荧光技术的新的表征方法,以更深入地阐明纳米生物效应研究中亟须阐明的关键问题,进而推进纳米科技的发展。

“将以解决当前纳米生物效应研究中的关键问题为导向,发展基于荧光光谱和成像技术的纳米生物分析新方法,为深入系统地评估纳米材料生物效应提供高效、精准的研究工具。”他期待着未来在三个方面发力突破,“基于荧光共振能量转移的纳米颗粒蛋白质冠的机理研究,超分辨荧光成像技术用于纳米生物作用的研究,以及基于时间分辨荧光技术对纳米材料胞内稳定性的探索。”

尚利表示,纳米生物效应的研究,尤其是先进的生物分析和生物医学检测技术的突破,对全面带动整个领域的跨越式发展,具有重要的战略和经济意义。希望未来在科学上抢占先机,在技术上推动我国纳米生物医药应用工业的快速发展。

(审稿:乔彩燕)

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