——记同济大学环境科学与工程学院教授林思劼

　　本刊记者  李明丽
　　
　　

　　纳米，对于老百姓来说已经不是一个陌生的词语了。在近30年的飞速发展中，人们日益加深了对它的了解，它也在逐渐改变人们的生活。而在科研领域，每一次关于纳米技术的探索，都是人类深入微观世界的一次进步。
　　随着关于纳米材料的研究逐渐深入，它们在环境方面的应用也受到了广泛关注。其中，在水净化系统、光转能材料、靶向药物载体等方面，都具有广阔的应用前景。与此同时，纳米材料进入环境后或在使用过程中对环境和人类健康的潜在负面影响也引发了人们思考。
　　如何深入了解纳米材料物理化学性质，及其与环境健康效应间的联系，是关乎纳米科技可持续发展的关键科学问题。这些问题的解决将为安全性纳米材料的设计和广泛应用提供坚实的理论基础，将避免人类发展过程中反复经历的“先发展、后治理”的畸形老路，这也和“生态文件建设”的理念高度一致。为此，记者专访了同济大学环境科学与工程学院教授林思劼，听他讲述纳米与环境相关研究的那些事儿。
　　

十年磨一剑

　　从2001年到2010年——新世纪的前10年，林思劼是在深耕材料科学与工程学科中度过的。同济大学学士、美国克莱姆森大学硕士和博士，名校的光环并没有遮掩他的光芒，而是将严谨的学术作风、代代传承的精神气韵注入了他的气质之中。
　　当这位80后教授以科普般的语态讲解他的科研领域时，记者深受感染——不仅是一种胸怀大学问的儒雅，更有那周身散发的沉稳和谦逊。
　　同济大学的4年本科学习，给潜心钻研的林思劼打下了良好的基础，也开启了他深入这一学科进行科研工作的大门。2005年，林思劼申请到了美国克莱姆森大学材料科学与工程学科的深造机会，攻读硕士和博士学位，跟随导师Pu-Chun Ke从事科研工作，并确立了自己的科研方向。获得博士学位后，林思劼来到美国加州大学洛杉矶分校纳米科技环境影响中心，任博士后研究员，师从纳米毒理学先驱André Nel教授。其研究方向主要集中于运用多种环境生物模型发展高通量安全性筛选平台来研究纳米材料对环境健康的影响及安全性评价，在加州大学洛杉矶分校工作期间，林思劼以优异的科研成就获得UCLA校长奖题名。
　　在海外攻博及工作的10年间里，林思劼取得了许多创新性的科研成果，在相关领域具有较显著的影响。其主持的一系列项目获得重要进展；在ACS Nano、 Accounts爋f燙hemical燫esearch、ES&T和Small等纳米生物领域的顶尖杂志发表了30余篇学术论文；作重要国际会议学术报告20余次，其中包括了在美国环境与健康协会年会上关于纳米环境安全性评价的特邀报告，在美国国家科学基金关于纳米环境影响的特邀报告，在美国环保局关于纳米环境安全性评价的特邀报告，在材料研究协会年会关于碳纳米材料环境影响的特邀报告，以及在美国、芬兰、瑞典三国组织的纳米材料生物效应研讨会上的特邀报告......
　　

置身纳米世界

　　人们常说，最好的科研成果，就是能改变这个世界的。对于科研工作者来说，终极追求不也是改变这个世界，让它朝着更美好的方向发展吗？
　　在林思劼的徐徐讲述下，记者感受到了这样一个微观至极，却又十分有趣的纳米世界。而这些年，他的代表性学术成果，足以让他所研究领域的这个微观世界变得更清晰、更安全。
　　说起林思劼的科研成果——最为人所称道的，应该就是他首次指出了碳纳米材料的尺寸对其在植物体内的摄取，传输及效应的影响。通过研究天然水体中富含的有机质对碳纳米材料的相互作用，他成功阐述了自然界中有机质对碳纳米材料在水相中的迁移转化规律。并通过使用植物稻米，作为研究碳纳米材料生物效应的模式生物，详细阐述了富勒烯材料在植物体内的传输特性。这一发表于Small杂志上工作，已成为研究纳米材料植物效应的经典参考文献，作为ESI高倍引论文已他引360余次。
　　此外，在博士后研究阶段，林思劼成功创建了“以斑马鱼为环境生物模型的首个高通量纳米安全性评价平台”。他不仅首次建立斑马鱼高通量筛选平台，有效地提高了应用斑马鱼模型进行环境健康效应研究的效率，还一次性研究了至今为止最多的纳米金属氧化物颗粒；首次证实了金属氧化物纳米颗粒影响斑马鱼卵孵化成功率的分子机理，为将来预测未知含金属纳米颗粒的环境安全性提供了理论指导，也为改善金属纳米颗粒安全性提供了依据。结果发表于ACS燦ano和Small杂志上，随后受到ScienceDaily和Nanowerk等多家专业媒体的关注和报道，美国环保局负责人Lisa Jackson还特意造访并观看了该项高通量平台的现场操作。
　　提起“斑马鱼平台”，林思劼的话匣子也打开了：“纳米材料的生物安全性以及环境影响是关系纳米科技可持续发展的基础性和关键性问题。纳米材料是否会成为一种新型环境污染物的问题受到了多学科领域的广泛关注。迄今为止，通过模式生物的使用，人们对纳米材料的环境健康效应有了初步了解。而斑马鱼模型的使用，也在很大程度上加快了对多种纳米材料的毒性筛选和毒理研究工作。然而，由于在不同研究中所使用的斑马鱼发育阶段以及毒性测试方法的差异，出现了很多相互矛盾的研究结论，导致人们对纳米材料的潜在环境健康效应的认识不够全面。因此，我们打算继续在之后的项目中串联使用不同发育阶段的斑马鱼模型，以具有代表性的碳纳米管、石墨烯、纳米金和纳米银颗粒为研究对象，围绕材料尺寸、形状、表面电荷、溶解性对材料物理化学性质与其安全性间的联系展开系统深入探讨。”
　　除了“斑马鱼平台”的设计组建，这些年，林思劼在纳米材料与环境影响关系研究方面可谓建树颇多：首次建立了纳米材料形状特性(宽高比aspect爎atio)与其生物效应的密切联系，精确指出了纳米材料的临界宽高比数值为22，高于此数值的纳米材料将具有环境健康风险；通过精细控制CeO2的宽高比，首次得出纳米材料形状特性对斑马鱼模型发育的影响，从而对纳米材料宽高比特性对其环境健康效应方面的影响有了清晰全面的理解；成功利用单壁碳纳米管的光学特性及疏水性表面对其运输磷脂分子进入动物细胞可行性进行了详细的解析；通过结合废水处理的模拟分析，以及斑马鱼高通量安全性评价的优势，证实了传统水处理过程能够有效降低含铜纳米材料的环境负面影响，突破了以往一贯采取的毒性检测手法，解答了纳米材料对环境生物的潜在影响。
　　

跨界科研碰撞的火花

　　考虑到林思劼“在纳米环境健康等方面做出了有影响力的工作；在发展高通量环境安全性评价方法学等方面也取得了一系列研究成果；这些创新性研究正是国家发展的重大需求”，2016年1月，同济大学环境学院以特聘教授岗位邀其回国工作。
　　对于林思劼来说，回国工作是他一直以来的愿望，无论从情感上，还是从科研工作开展的角度考虑，母校同济大学都是最好的选择。对于同济大学来说，作为环境学科的传统优势方向，环境健康及安全的相关研究近年来开展得如火如荼，而林思劼掌握的“斑马鱼高通量筛选平台”则是该方向研究的有力补充。
　　深入了解纳米材料的物理化学特性，以及其在环境中起到的有利或不利影响的联系，是林思劼回国后的科研工作重点。林思劼说，围绕这一主要研究方向和思路，他未来的研究工作将由生物纳米的相互作用、高通量环境安全性评价平台以及设计创造环境友好型纳米材料这3个工作目标组成。“探索纳米材料的环境应用潜力或负面影响的可能性，都取决于在根本上理解纳米与生物体的相互作用。生物纳米的相互作用可发生在多个层面。”林思劼介绍道，“首先，理解纳米与生物分子的相互作用，可以帮助探索纳米材料用于水处理或环境感应的潜力，其在水净化和环境监测上都会起到促进作用；其次，深入理解纳米材料与细胞的相互作用，将有助于发展绿色安全的纳米材料，以用于药物载体或生物显影剂等；最后，理解纳米材料与有机体的相互作用，将有助于探索纳米材料的生物环境效应。”
　　与此同时，随着纳米科技的持续发展，纳米材料的种类和数量将成指数增长。使用传统的安全性评价方法已经无法赶上纳米材料的合成速度。而纳米材料的潜在负面影响将成为纳米材料商品化的主要障碍。因此，设计并组建高通量筛选平台，对加快纳米材料的安全性评价具有重要意义。
　　带着这一系列研究成果，林思劼及其团队希望为如何通过调控纳米材料性质、达到降低环境负面影响的目标提供研究思路，为下一步实现纳米材料的环境安全性预测奠定基础。而跨界科研碰撞出来的火花，也定将绚丽灿烂！
　　
　　
专家简介：
　　
　　林思劼，同济大学环境科学与工程学院环境科学系教授、博士生导师。2005年毕业于同济大学后赴美国克莱姆森大学深造，获得硕士、博士学位。2010—2015年，在美国加州大学洛杉矶分校环境纳米中心（Center for Environmental Implications of Nanotechnology）从事博士后研究。发表SCI收录论文50余篇，其中包括纳米、生物、环境等交叉领域的高影响杂志，目前论文引用5000余次，H因子34。