林思劼：納米與環境 跨界科研正當時
納米，對於老百姓來說已經不是一個陌生的詞語了。在近30年的飛速發展中，人們日益加深了對它的了解，它也在逐漸改變人們的生活。而在科研領域，每一次關於納米技術的探索，都是人類深入微觀世界的一次進步。
隨著關於納米材料的研究逐漸深入，它們在環境方面的應用也受到了廣泛關注。其中，在水凈化系統、光轉能材料、靶向藥物載體等方面，都具有廣闊的應用前景。與此同時，納米材料進入環境後或在使用過程中對環境和人類健康的潛在負面影響也引發了人們思考。
如何深入了解納米材料物理化學性質，及其與環境健康效應間的聯繫，是關乎納米科技可持續發展的關鍵科學問題。這些問題的解決將為安全性納米材料的設計和廣泛應用提供堅實的理論基礎，將避免人類發展過程中反覆經歷的「先發展、後治理」的畸形老路，這也和「生態文件建設」的理念高度一致。為此，記者專訪了同濟大學環境科學與工程學院教授林思劼，聽他講述納米與環境相關研究的那些事兒。
? 十年磨一劍 ?
從2001年到2010年——新世紀的前10年，林思劼是在深耕材料科學與工程學科中度過的。同濟大學學士、美國克萊姆森大學碩士和博士，名校的光環並沒有遮掩他的光芒，而是將嚴謹的學術作風、代代傳承的精神氣韻注入了他的氣質之中。
當這位80後教授以科普般的語態講解他的科研領域時，記者深受感染——不僅是一種胸懷大學問的儒雅，更有那周身散發的沉穩和謙遜。
同濟大學的4年本科學習，給潛心鑽研的林思劼打下了良好的基礎，也開啟了他深入這一學科進行科研工作的大門。2005年，林思劼申請到了美國克萊姆森大學材料科學與工程學科的深造機會，攻讀碩士和博士學位，跟隨導師Pu-Chun Ke從事科研工作，並確立了自己的科研方向。獲得博士學位後，林思劼來到美國加州大學洛杉磯分校納米科技環境影響中心，任博士後研究員，師從納米毒理學先驅André Nel教授。其研究方向主要集中於運用多種環境生物模型發展高通量安全性篩選平台來研究納米材料對環境健康的影響及安全性評價，在加州大學洛杉磯分校工作期間，林思劼以優異的科研成就獲得UCLA校長獎題名。
在海外攻博及工作的10年間里，林思劼取得了許多創新性的科研成果，在相關領域具有較顯著的影響。其主持的一系列項目獲得重要進展；在ACS Nano、Accounts of Chemical Research、ES&T和Small等納米生物領域的頂尖雜誌發表了30餘篇學術論文；作重要國際會議學術報告20餘次，其中包括了在美國環境與健康協會年會上關於納米環境安全性評價的特邀報告，在美國國家科學基金關於納米環境影響的特邀報告，在美國環保局關於納米環境安全性評價的特邀報告，在材料研究協會年會關於碳納米材料環境影響的特邀報告，以及在美國、芬蘭、瑞典三國組織的納米材料生物效應研討會上的特邀報告......
?置身納米世界?
人們常說，最好的科研成果，就是能改變這個世界的。對於科研工作者來說，終極追求不也是改變這個世界，讓它朝著更美好的方向發展嗎？
在林思劼的徐徐講述下，記者感受到了這樣一個微觀至極，卻又十分有趣的納米世界。而這些年，他的代表性學術成果，足以讓他所研究領域的這個微觀世界變得更清晰、更安全。
說起林思劼的科研成果——最為人所稱道的，應該就是他首次指出了碳納米材料的尺寸對其在植物體內的攝取，傳輸及效應的影響。通過研究天然水體中富含的有機質對碳納米材料的相互作用，他成功闡述了自然界中有機質對碳納米材料在水相中的遷移轉化規律。並通過使用植物稻米，作為研究碳納米材料生物效應的模式生物，詳細闡述了富勒烯材料在植物體內的傳輸特性。這一發表於Small雜誌上工作，已成為研究納米材料植物效應的經典參考文獻，作為ESI高倍引論文已他引360餘次。
圖像識別與自動化機器手聯用可以實現高通量斑馬魚胚胎的篩選
此外，在博士後研究階段，林思劼成功創建了「以斑馬魚為環境生物模型的首個高通量納米安全性評價平台」。他不僅首次建立斑馬魚高通量篩選平台，有效地提高了應用斑馬魚模型進行環境健康效應研究的效率，還一次性研究了至今為止最多的納米金屬氧化物顆粒；首次證實了金屬氧化物納米顆粒影響斑馬魚卵孵化成功率的分子機理，為將來預測未知含金屬納米顆粒的環境安全性提供了理論指導，也為改善金屬納米顆粒安全性提供了依據。結果發表於ACS Nano和Small雜誌上，隨後受到ScienceDaily和Nanowerk等多家專業媒體的關注和報道，美國環保局負責人Lisa Jackson還特意造訪並觀看了該項高通量平台的現場操作。
提起「斑馬魚平台」，林思劼的話匣子也打開了：「納米材料的生物安全性以及環境影響是關係納米科技可持續發展的基礎性和關鍵性問題。納米材料是否會成為一種新型環境污染物的問題受到了多學科領域的廣泛關注。迄今為止，通過模式生物的使用，人們對納米材料的環境健康效應有了初步了解。而斑馬魚模型的使用，也在很大程度上加快了對多種納米材料的毒性篩選和毒理研究工作。然而，由於在不同研究中所使用的斑馬魚發育階段以及毒性測試方法的差異，出現了很多相互矛盾的研究結論，導致人們對納米材料的潛在環境健康效應的認識不夠全面。因此，我們打算繼續在之後的項目中串聯使用不同發育階段的斑馬魚模型，以具有代表性的碳納米管、石墨烯、納米金和納米銀顆粒為研究對象，圍繞材料尺寸、形狀、表面電荷、溶解性對材料物理化學性質與其安全性間的聯繫展開系統深入探討。」
除了「斑馬魚平台」的設計組建，這些年，林思劼在納米材料與環境影響關係研究方面可謂建樹頗多：首次建立了納米材料形狀特性(寬高比aspect ratio)與其生物效應的密切聯繫，精確指出了納米材料的臨界寬高比數值為22，高於此數值的納米材料將具有環境健康風險；通過精細控制CeO2的寬高比，首次得出納米材料形狀特性對斑馬魚模型發育的影響，從而對納米材料寬高比特性對其環境健康效應方面的影響有了清晰全面的理解；成功利用單壁碳納米管的光學特性及疏水性表面對其運輸磷脂分子進入動物細胞可行性進行了詳細的解析；通過結合廢水處理的模擬分析，以及斑馬魚高通量安全性評價的優勢，證實了傳統水處理過程能夠有效降低含銅納米材料的環境負面影響，突破了以往一貫採取的毒性檢測手法，解答了納米材料對環境生物的潛在影響。
?跨界科研碰撞的火花?
考慮到林思劼「在納米環境健康等方面做出了有影響力的工作；在發展高通量環境安全性評價方法學等方面也取得了一系列研究成果；這些創新性研究正是國家發展的重大需求」，2016年1月，同濟大學環境學院以「青年千人計劃」特聘教授崗位邀其回國工作。
對於林思劼來說，回國工作是他一直以來的願望，無論從情感上，還是從科研工作開展的角度考慮，母校同濟大學都是最好的選擇。對於同濟大學來說，作為環境學科的傳統優勢方向，環境健康及安全的相關研究近年來開展得如火如荼，而林思劼掌握的「斑馬魚高通量篩選平台」則是該方向研究的有力補充。
深入了解納米材料的物理化學特性，以及其在環境中起到的有利或不利影響的聯繫，是林思劼回國後的科研工作重點。林思劼說，圍繞這一主要研究方向和思路，他未來的研究工作將由生物納米的相互作用、高通量環境安全性評價平台以及設計創造環境友好型納米材料這3個工作目標組成。
「探索納米材料的環境應用潛力或負面影響的可能性，都取決於在根本上理解納米與生物體的相互作用。生物納米的相互作用可發生在多個層面。」林思劼介紹道，「首先，理解納米與生物分子的相互作用，可以幫助探索納米材料用於水處理或環境感應的潛力，其在水凈化和環境監測上都會起到促進作用；其次，深入理解納米材料與細胞的相互作用，將有助於發展綠色安全的納米材料，以用於藥物載體或生物顯影劑等；最後，理解納米材料與有機體的相互作用，將有助於探索納米材料的生物環境效應。」
與此同時，隨著納米科技的持續發展，納米材料的種類和數量將成指數增長。使用傳統的安全性評價方法已經無法趕上納米材料的合成速度。而納米材料的潛在負面影響將成為納米材料商品化的主要障礙。因此，設計並組建高通量篩選平台，對加快納米材料的安全性評價具有重要意義。
與課題組成員一起
帶著這一系列研究成果，林思劼及其團隊希望為如何通過調控納米材料性質、達到降低環境負面影響的目標提供研究思路，為下一步實現納米材料的環境安全性預測奠定基礎。而跨界科研碰撞出來的火花，也定將絢麗燦爛！
專家簡介：
林思劼，同濟大學環境科學與工程學院環境科學系教授、博士生導師。2005年畢業於同濟大學後赴美國克萊姆森大學深造，獲得碩士、博士學位。2010—2015年，在美國加州大學洛杉磯分校環境納米中心（Center for Environmental Implications of Nanotechnology）從事博士後研究。2015年入選中組部第十一批「千人計劃」青年項目後回母校同濟大學任職。發表SCI收錄論文50餘篇，其中包括納米、生物、環境等交叉領域的高影響雜誌，目前論文引用5000餘次，H因子34。
來源：科學中國人2018年6上
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