应北京大学化学与分子工程学院陈鹏教授邀请，2023年6月9日下午，中国科学院院士、中国纳米毒理学研究领域开创者之一、国家纳米科学中心主任赵宇亮教授为北京大学师生做了题为“纳米毒理化学——化学机制及其药物递送应用”的兴大报告。
下午2点，报告在化学学院A204准时举行，化学院100余名师生参加了此次兴大报告讲座，高毅勤教授主持报告，并在报告正式开始前简要介绍了赵宇亮院士的科研经历和学术贡献。赵宇亮院士本次的报告主要分为研究经历回顾，纳米毒理化学领域的研究进展及具体机制，纳米材料的药物递送应用三个部分。
报告开始，赵宇亮院士首先简单回顾了自己在国外做研究时发现第113号元素的研究历程。在赵宇亮院士出国时，元素周期表上仅有111号元素的相关信息，但他与合作者根据“稳定岛”理论，预测在锕系元素之后还可能存在一系列能够稳定存在的元素。随后，他们通过高速粒子碰撞融合的方式，获得了质量数为278的第113号元素，并且在2014年被IUPAC正式命名为Nh。这也是元素周期表中亚洲国家发现的唯一元素。
接下来，赵宇亮院士简要描述了纳米生物学效应的重要性。在生命体系中，发生“从无到有”，即原子和分子组合成为有生物学功能的蛋白质、细胞器以及细胞的关键节点在“纳米尺度”的级别。因此研究纳米体系在体内发生的物理、化学相关过程及其对生命过程的影响具有深刻意义。
赵宇亮院士将纳米材料在活体中的行为总结为两个方面：（1）纳米材料复杂的体内生物分布图谱以及（2）纳米材料体内行为的新规律。关于前者的研究存在很高的专业壁垒，而且十分繁琐，但却是纳米毒理学和纳米医学赖以生存的基石。后者则主要分为五个方面：易穿越生物屏障、易吸附血液蛋白、易进入细胞、易诱发慢性炎症以及尺寸与器官分布密切相关等特点。这些新规律基于20多年以来科学家们的实验观察和总结，但很多规律用传统的毒理学理论无法解释，需要深入解读纳米物质影响生命过程的底层原理和分子机制，也需要用更多化学参数来描述。
为了更好地解释上述的实验规律，赵宇亮院士提出了纳米颗粒与生命活性物质之间相互作用的两个假设模型，即吸附和非共价相互作用模型，以及发生了电子转移的化学反应过程。对于吸附模型和相关研究，赵宇亮院士以纳米碳管与部分血液蛋白分子间吸附作用的研究为例（PNAS, 2011, 108,16968-16973.），描述了实验推论：碳纳米管与蛋白相互作用主要依赖于暴露在二级结构表面的氨基酸残基，且基本不影响蛋白质二级结构。随后赵宇亮院士及其研究团队发现，这种纳米颗粒对蛋白质的吸附能够在减小急性毒性的同时，增加诱发慢性毒性的可能，呈现“双刃剑”的效应。
对于化学反应和电子转移模型，赵宇亮院士认为纳米表面缺陷原子产生的高化学活性位点是极重要因素。这一因素是多数具有“两性电子转移”性质的纳米材料产生细胞毒性的化学本质。比如石墨烯类纳米材料在细胞内会发生能级分裂现象，通过“电子放大器”的相关作用，影响线粒体中发生的电子转移过程，从而导致细胞发生氧化应激而呈现出毒性（Adv. Mat. 2012, 24, 5391-5397.）。
报告的第二部分，赵宇亮院士主要介绍了纳米材料在药物递送和医学领域的相关应用。首先，赵宇亮院士强调了纳米/生物表界面的相互作用能够超越传统的化学作用的规律，呈现一种多重相互作用力的协同效应，这些多重作用力的组合使得纳米载体能够跨越生物屏障，在特异性药物递送领域发挥其独特的优势。赵宇亮院士主要介绍了其团队开发出的基于DNA单元自组装形成的纳米机器人（Nat. Biotechnol. 2018, 36, 258-264.），该智能递送载体能够与不同环境中的靶标分子产生不同的氢键相互作用，通过链构象的变化导致其携带的货物分子的释放，从而实现特异性响应。在后续的几年间，赵宇亮院士及其团队系统性地在啮齿类动物以及巴马猪等模型上研究了该智能递送系统的生物安全性，推动了科学成果的转化应用。
最后，赵宇亮院士简单地对本次兴大报告做了总结。他不仅勉励同学们要时刻怀着对科学研究的热情和理想，更是理性地从我国科技创新链“4-6级”的缺失来分析国内从基础科研到转化应用的壁垒。鼓励同学们要同时成为创新型和实干型的人才。
精彩的报告结束后，老师及同学们和赵宇亮院士进行了热烈的讨论，高毅勤教授向赵宇亮院士赠送了“兴大报告”纪念章。
赵宇亮教授简介
赵宇亮，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，中国医学科学院学部委员，国家纳米科学中心主任。
2001年回国后，率先揭示了无机纳米材料和碳纳米材料的毒理学性质及其化学机制；建立的纳米材料定量分析方法被ISO颁布为国际标准方法，被160多个成员国采用；2007年领衔欧美日等11国学者编著了该领域世界第一本教科书《Nanotoxicology》，美国出版；2012年创建中国毒理学会“纳米毒理学”专业委员会，2015年创建中国药学会“纳米药物”专业委员会；研究成果发表学术论文600余篇，被引用>7万次，H因子136。获中国、美国、日本、欧盟的授权发明专利36项。两次获国家自然科学二等奖，中国科学院杰出科技成就奖，TWAS化学奖，何梁何利科技奖，中国毒理学杰出贡献奖，全国优秀科技工作者等。目前任中国生物材料学会候任理事长，中国化学会副理事长，中国药学会副理事长以及Elsevier学术期刊 Nano Today主编等。
