『納米 研究』2018年度中國科學十大進展發布 納米科技獨佔2席

2019年2月27日，由科技部基礎研究管理中心牽頭舉辦的2018年度「中國科學十大進展」發布，該活動至今已成功舉辦14屆，旨在宣傳我國重大基礎研究科學進展，激勵廣大科技工作者的科學熱情和奉獻精神，開展基礎研究科普宣傳，促進公眾理解、關心和支持基礎研究，在全社會營造良好的科學氛圍。

中國科學十大進展遴選程序分為推薦、初選和終選3個環節。《中國基礎科學》《科技導報》《中國科學院院刊》《中國科學基金》和《科學通報》5家編輯部推薦了353項科學研究進展，所推薦的科學進展須是在2017年12月1日至2018年11月30日期間正式發表的研究成果。

2018年12月，科技部基礎研究管理中心組織召開了中國科學十大進展初選會議，按照推薦科學進展的學科分布，分成數理和天文科學、化學和材料科學、地球和環境科學、生命和醫學科學等4個組，邀請專家從推薦的科學進展中遴選出30項進入終選。

終選採取網上投票方式，邀請中國科學院院士、中國工程院院士、973計劃顧問組和諮詢組專家、973計劃項目首席科學家、國家重點實驗室主任、部分國家重點研發計劃負責人等2600餘名專家學者對30項候選科學進展進行網上投票，得票數排名前10 位的科學進展將入選「2018年度中國科學十大進展」。這十項成果中納米技術相關的項目共兩項：

用於腫瘤治療的智能型DNA納米機器人

利用納米醫學機器人實現對人類重大疾病的精準診斷和治療是科學家們追逐的一個偉大的夢想。國家納米科學中心聶廣軍、丁寶全和趙宇亮研究組與美國亞利桑那州立大學顏灝研究組等合作，在活體內可定點輸運藥物的納米機器人研究方面取得突破，實現了納米機器人在活體（小鼠和豬）血管內穩定工作並高效完成定點藥物輸運功能。

研究人員基於DNA納米技術構建了自動化DNA機器人，在機器人內裝載了凝血蛋白酶——凝血酶。該納米機器人通過特異性DNA適配體功能化，可以與特異表達在腫瘤相關內皮細胞上的核仁素結合，精確靶向定位腫瘤血管內皮細胞；並作為響應性的分子開關，打開DNA納米機器人，在腫瘤位點釋放凝血酶，激活其凝血功能，誘導腫瘤血管栓塞和腫瘤組織壞死。

這種創新方法的治療效果在乳腺癌、黑色素瘤、卵巢癌及原發肺癌等多種腫瘤中都得到了驗證。並且小鼠和Bama小型豬實驗顯示，這種納米機器人具有良好的安全性和免疫惰性。

上述研究表明，DNA納米機器人代表了未來人類精準藥物設計的全新模式，為惡性腫瘤等疾病的治療提供了全新的智能化策略。Nature Reviews Cancer、Nature Biotechnology等評論認為該工作為裡程碑式的工作；美國The Scientist期刊將該工作與同性繁殖、液體活檢、人工智慧一起，評選為2018年度世界四大技術進步。

相關研究成果發表在2018年3月《自然-生物技術》[Nature Biotechnology, 36(3):258—264]上。相關論文見http://dx.doi.org/10.1038/nbt.4071

可探測細胞內結構相互作用的納米和毫秒尺度成像技術

真核細胞內，細胞器和細胞骨架進行著高度動態而又有組織的相互作用以協調複雜的細胞功能。觀測這些相互作用，需要對細胞內環境進行非侵入式、長時程、高時空分辨、低背景噪聲的成像。

為了實現這些正常情況下相互對立的目標，中國科學院生物物理研究所李棟研究組與美國霍華德休斯醫學研究所Jennifer Lippincott-Schwartz和Eric Betzig等合作，發展了掠入射結構光照明顯微鏡（GI-SIM）技術，該技術能夠以97納米解析度、每秒266幀對細胞基底膜附近的動態事件連續成像數千幅。

研究人員利用多色GI-SIM技術揭示了細胞器-細胞器、細胞器-細胞骨架之間的多種新型相互作用，深化了對這些結構複雜行為的理解。微管生長和收縮事件的精確測量有助於區分不同的微管動態失穩模式。內質網（ER）與其他細胞器或微管之間的相互作用分析揭示了新的內質網重塑機制，如內質網搭載在可運動細胞器上。而且，研究發現內質網-線粒體接觸點可促進線粒體的分裂和融合。

中國科學院外籍院士、美國杜克大學Xiao-Fan Wang教授評論認為，這項工作發展了一項可視化活細胞內的細胞器與細胞骨架動態相互作用和運動的新技術，將會把細胞生物學帶入一個新時代，有助於更好地理解活細胞條件下的分子事件，也提供了一個從機制上洞察關鍵生物過程的窗口，可對生命科學整個學科產生重大影響。

相關研究成果發表在2018年11月15日《細胞》[Cell, 175(5):1430—1442]上。相關論文見https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.09.057

在30項進入終選的項目中，共有5項納米領域相關成果入選。除了兩項最終進入十強外，另外3個備選項目分別是：

製備出有序大-微孔金屬有機框架單晶

華南理工大學化學與化工學院李映偉研究組與美國德克薩斯大學聖安東尼奧分校陳邦林等合作，在ZIF-8單晶中構建了高度有序和定向排列的大孔結構，開闢了在金屬有機框架單晶中構建三維有序大/微孔結構材料（同時包含大孔和微孔結構的材料）的研究領域，也使多孔材料的應用成功延伸到有序大-微孔單晶領域。研究人員採用的方法得益於聚苯乙烯三維有序納米球的強成形效應和雙溶劑誘導的異質成核方法。這種協同過程可使ZIF-8在模板內部有序的空隙中高效異質成核，並進一步原位生長，生成具有定向和有序大-微孔結構的單晶。這種獨特有序大孔框架帶來的優異擴散特性及單晶結構帶來的強穩定性，使其在大分子縮合反應中顯示出普通微孔ZIF-8和多晶ZIF-8空心球無法比擬的優異催化活性和再循環能力。

相關研究成果發表在2018年1月12日《科學》[Science, 359(6372):206—210]上。相關論文見http://science.sciencemag.org/content/359/6372/206

利用散點噪聲實現對非局域熱電子的空間成像

在現代的微電子晶片中，熱電子在納米尺度上加速、散射以及耗散能量，其中耗散能量形成的焦耳熱阻礙著晶片技術的發展。儘管近期在納米計溫領域取得了系列進展，但直接對熱電子能量耗散進行實空間成像還是一項挑戰，這是因為現有技術還局限於探測晶格結構而不是電子。中國科學院上海技術物理研究所陸衛研究組與復旦大學物理系安正華研究組等合作，通過測量局部的電流隨機漲落或與超快熱電子運動相關的散點噪聲（約21太赫茲）實現了對電子的納米計溫。研究人員利用一個掃描無接觸鎢針尖作為一個局域噪聲探針，直接對與砷化鎵/砷化鋁鎵晶體點陣熱平衡前的熱電子分布進行了空間成像。利用該技術，研究人員在納米受限器件中揭示出了一種偏離歐姆定律決定的非預期的室溫下的非局域能量耗散過程，該過程類似於低溫量子導體中的彈道輸運。該項被稱為「掃描噪聲顯微鏡」的獨特實驗技術開創了固態器件中的納米非平衡動力學研究方向，該技術的應用為後摩爾時代納電子器件的熱管理和新能源光伏器件突破傳統光電轉換理論極限等前沿領域帶來了新的機遇。

相關研究成果發表在2018年5月18日《科學》[Science, 360(6390):775—778]上。相關論文見http://science.sciencemag.org/content/360/6390/775

通過疊層設計使有機太陽能電池光電轉化效率突破17%

有機太陽能電池具有很多優勢，但其光電轉化效率仍然落後於傳統無機光伏電池。其中一個根本原因是有機光伏材料載流子遷移率較低，導致有機光伏器件活性層厚度受限，從而難以有效利用太陽光。南開大學陳永勝和萬相見研究組與國家納米科學中心丁黎明研究組等合作，採取疊層電池策略克服了上述問題。他們首先建立半經驗模型，從理論上預測了有機疊層太陽能實際可以達到的最高效率和理想活性層材料的參數要求。在此基礎上，設計合成了具有高效和寬光譜吸收特性的活性層材料，通過溶液法製備出了創紀錄的、驗證效率達到17.29%的有機疊層太陽能電池。

相關研究成果發表在2018年9月14日《科學》[Science, 361(6407):1094—1098]上。相關論文見http://science.sciencemag.org/content/361/6407/1094

來源：智識諮詢綜合報導