国家纳米科学中心赵宇亮

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赵宇亮，1963年2月出生，籍贯四川南充，研究生学历，博士学位。1985年毕业于四川大学化学系，获学士学位。1985年7月进入中国核动力研究院从事核燃料化学的研究。1989年赴日本原子力研究所进修，1993年考入东京都立大学研究生院，获硕士、博士学位。先后在日本原子力研究所先端科学研究中心，日本理化学研究所（RIKEN）从事研究工作。
    2000年入选中国科学院"引进国外杰出人才（百人计划）"，2001年7月起任中科院高能物理所研究员、博士生导师，杰青，973首席科学家，北京大学兼职教授，纳米生物效应与安全性中国科学院重点实验室中国科学院高能物理研究所多学科研究中心副主任。2007年4月兼任国家纳米科学中心主任助理。
    2011年5月担任国家纳米科学中心副主任，研究员，博士生导师。
    2001年回国之前，一直从事放射化学研究，发现了“原子核的变形度的不变性”规律，提出了原子核裂变释放能量的新公式，成功地解释了美国科学家在80年代中期在重核中发现的“Bimodal Fission”现象，用实验证明了低能原子核裂变时存在两条不同途径，揭示了裂变碎片核的质量分布和裂变核的变形度之间的相关性等。
    2001年以来，主要从事纳米材料的生物效应分析和放射化学的研究。在国内率先提出纳米材料生物(健康)效应这个研究方向和学术思想，创建了中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室，开展了系统的研究工作。提出反向应用纳米材料毒理学性质的新思路，发现了肿瘤低毒化疗的纳米材料体系，提出并设计了肿瘤低毒性治疗研究计划，并在开展系统的研究。已发表国际SCI论文167篇，以及中文刊物论文近50篇。并率先将这个新领域的知识体系化，编著了该领域的世界上第一部专著《Nanotoxicology》，2007年在美国出版，主编出版了9部《纳米生物效应》系列丛书，推动了这个新的分支学科在国内外的形成和发展。应邀国际国内邀请学术报告117次。目前担任美国、欧洲7本SCI杂志的副主编及编委。曾担任联合国环境与发展署、欧盟、芬兰，OECD等在纳米安全方面的专家顾问。   

姓    名:赵宇亮        
性    别:男
职    务:中心副主任        
职    称:研究员
通讯地址:北京市海淀区中关村北一条11号
邮政编码:100190        
电子邮件:无
      
   研究领域：
纳米生物效应分析，放射化学。如，纳米生物效应与安全性；低毒性肿瘤治疗与诊断纳米药物；低毒性纳米材料的分子动力学设计与表面化学修饰；核能纳米技术。
代表论著：        
1. Zhao YL, Xing GM, Chai ZF. Nanotoxicology: are carbon nanotubes safe?
Nature Nanotechnology, 2008 Apr; 3(4): 191-2.
2 .Liang XJ, Meng H, Wang YZ, He HY, Meng J, Lu J, Wang PC, Zhao YL, Gao XY, Sun BY, Chen CY, Xing GM, Shen DW, Gottesman MM, Wu Y, Yin JJ, Jia L. Metallofullerene nanoparticles circumvent tumor resistance to cisplatin by reactivating endocytosis. Proc Natl Acad Sci USA. 2010 Apr 20; 107 (16):7449-54.
3. Li YY, Zhou YL, Xu DX, Zhao YL, Tang ZY, Nie GJ. Surface chirality-dependent cytotoxicity of glutathione-stabilized quantum dots and its links to autophagy.
Angew Chem Intl Ed. 2011; Doi: 10.1002/anie.201008206.
4. Zuo TS, Sun ZP, Zhao YL, Jiang XM, Gao XY. The big red shift of photoluminescence of mn dopants in strained cds: a case study of mn-doped mns- cds heteronanostructures. J Am Chem Soc. 2010 May 19; 132 (19):6618-19.
5. Gao XF, Wang L, Ohtsuka Y, Jiang D, Zhao YL, Nagase S, Chen ZF. Oxidation unzipping of stable nanographenes into joint spin-rich fragments. J Am Chem Soc. 2009 Jul 22; 131 (28):9663-69.
6. Gao X Y, Xing GM, Yang YL, Shi XL, Liu R, Chu WG, Jing L, Zhao F, Ye C, Yuan H, Fang XH, Wang C, Zhao YL. Detection of Trace Hg2+ via Induced Circular Dichroism of DNA Wrapped Around Single-Walled Carbon Nanotubes. J Am Chem Soc. 2008 Jul 23; 130 (29):9190-91
7. Zhao YL, Chen ZL, Yuan H, Gao XF, Qu L, Chai ZF, Xing GM, Yoshimoto S, Tsutsumi E, Itaya K. Highly selective and simple synthesis of C2m-X-C2n fullerene dimers.
J Am Chem Soc. 2004 Sep; 126 (36):11134-35
8. Wang LM, Liu Y, Li W, Jiang XM, Ji YL, Wu XC, Xu LG, Qiu Y, Zhao K, Wei TT, Li YF, Zhao YL, Chen CY. Selective targeting of gold nanorods at the mitochondria of cancer cells: implications for cancer therapy. Nano Lett. 2011 Feb; 11 (2):772-780.
9. Liu B, Li XY, Li BL, Xu BQ, Zhao YL. Carbon nanotube based artificial water channel protein: membrane perturbation and water transportation. Nano Lett. 2009 Apr; 9 (4):1386-94.
10. Chen CY, Xing GM, Wang JX, Zhao YL, Li B, Tang J, Jia G, Wang TC, Sun J, Xing L, Yuan H, Gao YX, Meng H, Chen Z, Zhao F, Chai ZF, Fang XH. Multi hydroxylated [Gd@C82(OH)22]n nanoparticles: Antineoplastic activity of high efficiency and low toxicity. Nano Lett. 2005 Oct; 5 (10):2050-57.
承担科研项目情况：
科技部973项目 （2011-2015）: 重要纳米材料的生物效应机制与安全性评价研究.

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医学纳米机器人肿瘤治疗

《Nature Biotechnology》于2018年3月刊发了国家纳米科学中心聂广军、丁宝全和赵宇亮院士课题组与美国亚利桑那州立大学颜灏课题组合作完成的工作（“A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”, 36: 3, 258-264, 2018）。《Nature Biotechnology》同期以“Smart Cancer Therapy with DNA Origami”为题对该工作进行了专门评述。评述文章认为，中国科学家尝试利用医学纳米机器人治疗肿瘤等恶性疾病，这种新颖的纳米机器人将改变人们对药物输运的传统观念，为更有效的肿瘤治疗提供全新策略。

　　国家纳米科学中心团队发展了基于超分子自组装的DNA纳米机器人，用于活体运输凝血酶进行肿瘤治疗。该工作利用DNA折纸术构建智能化的分子机器，通过自组装将“货物”凝血酶包裹在分子机器的内部空腔，使其与外界底物隔绝而处于非活性状态；分子机器两端装载有“雷达”核酸适配体，提供靶向识别和定位功能；当DNA纳米机器人到达肿瘤血管时，纳米机器上的“锁”识别特异标志物而发生结构变化，使得 “锁”从闭合状态变为开启状态，整个纳米机器由管状结构打开变为平面结构，暴露出内部装载的“货物”进而实现诱导栓塞的功能。

　　国家纳米科学中心团队在细胞和活体水平分别进行了验证，结果显示这种DNA纳米机器人可以实现凝血酶在活体内的精准运输和定点栓塞，对于包括乳腺原位肿瘤、黑色素瘤、卵巢皮下移植瘤和原发肺部肿瘤在内的多种肿瘤都有良好的治疗效果。由于NDA纳米机器人可以实现精确的肿瘤定位，整个体系有效用量很低；同时DNA纳米机器人还有极好的识别响应功能，仅在肿瘤血管标志物存在时才启动活化凝血酶。这些性质保证了装载有凝血酶的DNA纳米机器人具有极高的特异性，在小鼠模型和迷你猪模型上都表现出良好的安全性。

　　这种智能化的DNA纳米机器人有望为肿瘤血供阻断治疗策略提供一种高效低毒的药物新剂型。以其强大的活体运输和响应识别功能，作为智能化的给药平台，进行多种药物的联合高效递送。有望对传统难以成药的物质（如毒素、蛇毒蛋白等）实现有效包载和智能递送，进而推动全新抗肿瘤药物的开发，在纳米药物领域具有广阔的应用前景。

　　该工作得到了《Nature Reviews Cancer》（“DNA nanorobots-seek and destroy”）和《Science Translational Medicine》（“Tumor-hunting nanorobots”）的专门评述以及F1000Prime推荐。国家自然科学基金、科技部纳米重点专项和重点研发计划、中国科学院前沿科学重点研究计划、北京市科委科技计划、国家杰出青年基金等对该研究提供了资助。国家纳米科学中心的李素萍、蒋乔、刘少利和张银龙为本文的共同第一作者。

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《先进材料》综述：基于石墨烯的智能响应平台用于癌症综合治疗

近年来，石墨烯基纳米材料因具有较大的比表面积、独特的物理化学性能和良好的生物相容性，在生物医学领域的应用受到了广泛的研究兴趣，特别是在纳米医学领域。石墨烯基纳米材料生物医学应用方向众多，从作为简单的药物输送体系到用于构建多功能癌症诊疗平台，包括光热治疗、光动力治疗、磁热治疗和声动力治疗等。除了这些单一的治疗模式，石墨烯基纳米材料还被广泛用于癌症综合治疗，以达到进一步提高抗肿瘤效果并降低副作用的目的。例如，石墨烯基纳米材料可以被设计成具有多种刺激响应能力的智能纳米载药平台（如图1所示），既可以响应内源性的酸性肿瘤微环境，又可以被外源性的光、磁、超声等物理作用触发，促进药物的定时、定点、定量可控释放，进而实现良好的治疗效果。

近日，来自中国科学院高能物理研究所和国家纳米科学中心的谷战军研究员和赵宇亮研究员团队在《Advanced Materials》杂志上系统地概述了石墨烯基纳米材料用于癌症综合治疗的设计原理并总结了相关的最新研究进展、挑战和前景。

图1 石墨烯基纳米材料用于多种刺激响应的癌症综合治疗。(i) 光; (ii) 热; (iii) 电场; (iv) 磁场; (v) 超声; (vi) 酶; (vii) 生物分子; (viii) pH;(ix) 氧化还原过程; (x) 乏氧微环境。

1. 基于石墨烯的癌症综合治疗平台的设计

基于石墨烯的癌症综合治疗平台的设计思路主要是将石墨烯及其衍生物与其他具有诊疗功能的组分通过物理或化学的方法整合为一体以实现多功能性。例如，石墨烯具有独特的sp2杂化晶体结构，使得石墨烯基纳米材料的吸光度从紫外区域延伸到红外区域，从而赋予它们优异的近红外光热转化能力。这种性质不仅可以使石墨烯基纳米材料直接作为高效的光热剂用于肿瘤热消融，还可以用来构建能够响应外源性光、电场等物理刺激的癌症综合治疗平台。此外，石墨烯基纳米材料具有完美的二维层状结构，大的比表面积有利于石墨烯基纳米材料负载其他具有诊疗功能的组分，例如化疗药物、基因、光敏剂分子、造影剂、生物相容性高分子等，还有利于材料与细胞或生物分子的相互作用。另外，石墨烯及其衍生物具有高反应活性的边缘，易于被其他基团功能化。因此，通过利用石墨烯边缘的可修饰性，可以将诸如肽和靶向分子等多种组分缀合至石墨烯上，制备成能够响应肿瘤微环境或细胞内信号的材料体系。

基于不同的物理化学特性和诊疗用途，石墨烯及其衍生物可以被设计制备成为响应外源性和内源性刺激的智能药物控释体系，以用于药物输送和肿瘤综合治疗。一般认为，内源性的刺激作用主要包括pH、H2O2、谷胱甘肽、酶、蛋白受体、乏氧环境等；外源性的刺激作用主要有光、热、磁场、超声等。一方面，这些刺激作用可以直接促进治疗效果。例如，在光热治疗中，外源性的光刺激可以使得肿瘤区域形成过高温环境，促进肿瘤细胞的凋亡。另一方面，这些刺激作用还可以起到协同促进杀伤肿瘤细胞的效果。例如，负载有化疗药物的石墨烯复合物进入肿瘤区域后，内源性的酸性肿瘤微环境可以促进药物的靶向输运，同时外源性的光照产生的热效应可以进一步促进药物释放，实现光热治疗和化疗的协同。

2. 基于石墨烯的癌症综合治疗的研究进展

(1)   基于化疗的综合治疗

许多临床数据显示单一化疗难以根治癌症，其原因主要是由于肿瘤细胞的耐药性和癌症患者的个体差异。近年来，研究表明将多种治疗方法相结合的综合治疗方法可以显著提高化疗的治疗效果。石墨烯基纳米材料因其优异的性能，在肿瘤联合化疗方面取得了可观的进展。

热疗与化疗联合。肿瘤细胞的耐药性是影响化疗疗效的主要障碍。研究表明，热疗可以协同促进化疗的疗效。一方面，光热效应诱导的过高温可以通过增加血液流速和细胞膜通透性来增强药物的细胞摄取。另一方面，过高温可以促进肿瘤部位的药物可控释放。此外，热疗不仅可以直接杀伤肿瘤细胞，还可以干扰DNA的修复，进而增加肿瘤细胞对DNA损伤型化疗药物（例如，阿霉素）的敏感性。而且，这种光触发的药物释放也可以逆转多药耐药机制，如药物外排。因此，利用石墨烯作为药物负载和递送平台，可以将化疗与热疗结合在一起，产生额外的协同治疗效果。

光动力治疗与化疗联合。由于石墨烯基纳米材料具有较大的负载能力，可以共负载化疗药物和疏水性光敏剂分子，用于新型的光动力治疗。光动力疗法是一种非侵入性疗法，主要使用具有适当波长的光作为外源刺激，在目标区域选择性地激活光敏剂，促进单线态氧（1O2）的产生，从而有效杀伤肿瘤细胞。而且，通过化学疗法与光动力疗法相结合，光动力疗法产生的活性氧物质（ROS）可以促进细胞内药物的递送，抑制药物外流；同时，抗癌药物可以改善肿瘤细胞对光动力治疗的敏感性。因此，光动力治疗与化疗联合具有广泛的应用前景。

此外，石墨烯基纳米材料通过负载和连接不同的功能性组分（如药物，基因，靶向分子，Fe3O4），使得其在多药共输运、化学-基因联合治疗、靶向治疗、化学-磁热联合治疗等方面也取得了显著性的进展。这些综合治疗方法不仅改善了化疗的治疗效果，而且大大丰富了以化疗为基础的综合治疗的模式。

(2)   基于热疗的综合治疗

除了在药物输运方面的潜力外，石墨烯基纳米材料的另一个独特优势是它们良好的近红外光吸收和光热转化能力，使得其可以用于肿瘤光热治疗。光热治疗不仅可以杀死对化疗或放疗不敏感的肿瘤细胞，还可以增强瘤内血流量、改善肿瘤的乏氧状态，可以协同改善各种疗法（如光动力治疗、放疗、化疗、基因治疗、免疫治疗等）的疗效。

以热疗和放疗联合为例。乏氧肿瘤微环境被认为能够降低癌细胞对X射线或γ射线的敏感性，导致放疗在治疗乏氧型实体瘤方面疗效不佳。为了解决这一难题，可以先利用具有良好光热转化能力的石墨烯基纳米材料对肿瘤实施光热治疗，然后再接受放射治疗。这是因为热疗产生的过高温可以通过增加瘤内血流来改善肿瘤内的氧含量，而且可以杀伤一些对放射线不敏感的肿瘤细胞。热疗还可以有效抑制由X射线辐射诱导的非致死性损伤修复。因此，建立由放射性同位素和石墨烯组成的光响应平台（例如131I–rGO–PEG），可以将光热治疗与内放射治疗相结合，产生显著的协同抗肿瘤效应。此外，将石墨烯与含高系数金属元素（如Au, W, Bi, Gd, Ta）的纳米材料复合在一起，也可以构建具有协同放疗增敏能力的智能诊疗平台。

(3)   基于声动力治疗的综合治疗

超声是一种机械波，通常用于临床诊断成像和肿瘤治疗。声动力治疗的原理是超声波可以有效地激活超声波敏化剂产生ROS来杀死肿瘤细胞。与利用可见光诱导ROS产生的传统光动力治疗相比，声动力治疗可以穿透更深层次的生物组织。而且，声动力治疗可以通过快速超声能量沉积，将大量的超声波聚焦到目标肿瘤上，以破坏肿瘤血管和肿瘤细胞，同时对周围健康组织造成的损害较小。石墨烯基纳米材料（如石墨烯，GO和rGO）由于具有大的比表面积、很高的导电性以及光热转化能力，目前也被广泛用于提高声动力治疗的疗效。例如，超声波可以激活二氧化钛纳米颗粒产生ROS，但是效率较低。通过将其负载于石墨烯上，利用石墨烯的高导电率分离电子和空穴，并且结合石墨烯在808 nm波长的激光照射下的光热转化来实现热疗协同声动力治疗增强抗肿瘤的效果。

3.未来的挑战和前景

尽管石墨烯基纳米材料在肿瘤综合治疗中的应用已有许多报道并取得了一些令人兴奋的结果（如表1所示），但在动物模型中仅评估了少数纳米复合材料，并且到目前为止它们都没有在临床中得到应用。因此，我们仍然需要做出更多的努力来解决那些阻碍石墨烯临床转化的关键问题。例如需要对这些石墨烯基纳米材料的生物安全性进行系统性评估，提高其生物相容性；另外，应开发出更绿色、更简便的标准化合成方法来生产这些多功能性石墨烯基纳米材料，以满足临床应用的需要。总之，合理设计和构建基于石墨烯的综合治疗体系需要来自癌症生物学、化学、纳米技术、材料科学和药学等不同领域的研究人员合作，共同推动石墨烯基纳米材料的临床转化。

致谢

本工作得到了国家重点基础研究发展计划（No. 2016YFA0201600）、国家自然科学基金（Nos. 51772292, 31571015, 11621505, 11435002,21320102003）、中国科学院前沿科学重点研究项目（No. QYZDJ-SSW-SLH022）、中国科学院青年创新促进会基金（No. 2013007）的资助。

参考文献

Gu Zhanjun, Zhu Shuang, Yan Liang, Zhao Feng, Zhao Yuliang*.Graphene-Based Smart Platforms for Combined Cancer Therapy. Advanced Materials.2018. DOI: 10.1002/adma.201800662

文献链接：

https://doi.org/10.1002/adma.201800662

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赵宇亮Nano Lett.：自适应疏水性纳米凝胶用于程序化抗癌药物递送

对于目前的纳米药物递送系统来说，如何实现长时间循环、增强肿瘤细胞和肿瘤干细胞(CSCs)对药物的吸收和在肿瘤组织有效渗透仍然是其面临的主要挑战。赵宇亮等人介绍了一种基于聚(N-异丙基泪酰胺)的纳米凝胶，这种纳米凝胶具有亲水性，可以延长其血液循环时间。而一旦它们聚集在肿瘤部位，就会对肿瘤细胞外的酸性物质迅速产生疏水反应。纳米凝胶的自适应疏水性有利于其在肿瘤的积累、进而深度穿透肿瘤和被肿瘤细胞和CSCs高效摄取。结合溶酶体pH调节的电荷反转和对氧化还原响应的胞内药物释放能力，纳米凝胶可以从溶酶体中逸出并释放负载的阿霉素。因此，该纳米凝胶也显著提高了阿霉素的体内抗癌效果，并减少了其副作用。这一研究为设计更加安全有效的抗癌药物递送系统提供了新的见解。

Yang H,Wang Q, et al. Hydrophobicity-Adaptive Nanogels for Programmed Anticancer Drug Delivery[J]. Nano Letters, 2018.

DOI:10.1021/acs.nanolett.8b03828

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b03828

shouzhi

　2018年11月27日，发展中国家科学院（TWAS）第28届院士大会在意大利开幕。来自20个国家和地区的46位学者新当选TWAS院士，中国科学院院士、国家纳米科学中心赵宇亮研究员及其他13位中国大陆科学家成功当选。4位大陆科学家获得2019年TWAS学科奖，国家纳米科学中心唐智勇研究员获得2019 TWAS化学奖。

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癌症已成为全球范围导致死亡的首要因素，据估计，到2030年全球约有2100多万人罹患癌症。目前，大量的人力和物力已被投入到癌症诊断和治疗的研究中。化疗、分子靶向治疗、基因治疗、放疗、免疫治疗、光治疗、栓塞治疗等多种方法已被广泛应用于癌症的临床治疗。白蛋白结合型紫杉醇（药品名，Abraxane）等药物的临床应用证明了纳米医学作为新兴的诊断和治疗机制，可实现癌症更为高效的治疗，能提高临床效果，减少不良反应。利用有机化合物、蛋白质、脂质、聚合物、无机纳米材料等不同生物相容性材料可制备和灵活设计出多功能高性能的纳米粒，从而满足肿瘤特异性成像和靶向给药要求。

该领域著名专家Sci. China Chem.副主编赵宇亮院士、谭蔚泓院士、顾问编委张希院士以及陈华兵、谷战军、陈春英、陈学思、陈小元、丁宝全、蒋锡群、刘刚、刘庄、聂广军、庞代文、申有青、田华雨、王浩、许华平、杨祥良、张先正教授等共同撰写了综述文章”Precise Nanomedicine for intelligent therapy for cancer”，详细总结了肿瘤纳米药物，特别是精准癌症治疗纳米药物领域的最新研究进展（图1），并对未来的发展趋势进行了展望。
参考文献：Chen H, Gu Z, An H, Chen C, Chen J, Cui R, Chen S, Chen W, Chen X, ChenX, Chen Z, Ding B, Dong Q, Fan Q, Fu T, Hou D, Jiang Q, Ke H, Jiang X, Liu G,Li S, Li T, Liu Z, Nie G, Ovais M, Pang D, Qiu N, Shen Y, Tian H, Wang C, Wang H, Wang Z, Xu H, Xu JF, Yang X, Zhu S, Zheng X, Zhang X, Zhao Y, Tan W, Zhang X, Zhao Y. Precise nanomedicine for intelligent therapy of cancer. Sci China Chem, 2018, 61(12): 1503–1552.

liuliang

报告人：赵宇亮 院士
国家纳米科学中心
报告时间：2018年12月6日（周四）下午3点30分
报告地点：南开大学中心实验室一楼A102报告厅
赵宇亮院士简介：
      研究员，博导，中国科学院院士，国家纳米科学中心主任，中国科学院高能物理研究所研究员。任国家科技部“国家纳米科技协调指导委员会”专家，国家科技部纳米科技重大研究计划“总体专家组”副组长，中国化学会“纳米化学”专业委员会主任，中国毒理学会“纳米毒理学”专业委员会主任，中国药学会“纳米药物”专业委员会主任。
      1985年毕业于四川大学化学系，1993年日本东京都立大学获博士学位。中科院百人计划，国家杰出青年基金获得者， 973首席科学家，中国科学院纳米重大项目共同首席科学家；中国科学院纳米生物效应与安全性重点实验室主任。目前主要从事纳米毒理学、纳米药物以及放射化学相关研究。创建了我国第一个“纳米生物效应与安全性”实验室，开创了纳米毒理学领域在我国的起步、形成和发展，同时使中国在该领域成为最具影响力的国家之一。
      获发展中国家科学院（TWAS）化学奖（2016）、国家自然科学二等奖(2012)、中国毒理学杰出贡献奖(2015)、全国优秀科技工作者奖(2016)等奖励。2017年11月，当选中国科学院院士。2018年11月28日，当选发展中国家科学院院士。

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谷战军＆赵宇亮Adv. Sci.：近红外光触发纳米材料释放NO用于敏化光热治疗

温和的光热疗法(PTT)是一种新的抗癌治疗策略，但是热分布不均，治疗精度有限，副作用大等问题成为了该领域所面临的严峻挑战。Zhang等人以硫化铋纳米粒子和双N-亚硝基化合物为基础，构建了一种近红外光触发一氧化氮释放的纳米复合材料用于增强温和的光热治疗。在808 nm激光照射下，该纳米材料可同时实现高光热转换和NO的释放。由于NO的存在和BNN-Bi2S3纳米复合材料的温和PTT，可以在体内外表现出显著的抗肿瘤效果。机制研究表明，BNN-Bi2S3产生的NO不仅可以损害肿瘤细胞的原位自噬自修复能力，还可以扩散到周围细胞来增强治疗效果。

Zhang X, Du J F, et al. Effcient NearInfrared Light Triggered Nitric Oxide Release Nanocomposites for Sensitizing Mild Photothermal Therapy[J]. Advanced Science, 2018.

DOI: 10.1002/advs.201801122

https://doi.org/10.1002/advs.201801122

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国家纳米科学中心赵宇亮、聂广军，李一叶研究员团队合作报道了一种可拓展的星形纳米平台，并将其用于功能和解剖学成像指导的肿瘤光热治疗。作者基于聚多巴胺包覆星形金纳米粒（GNS@PDA），设计了一个简单而功能强大并易于多种功能拓展的纳米诊疗平台，实现了功能和解剖成像指导的肿瘤光热治疗。该纳米平台支持CT/ PAI /双光子荧光/热红外四模态成像，并能进一步拓展成纤维细胞活化蛋白（FAP）激活的NIRFI以及基于Fe3+的MRI进行肿瘤综合诊断。此外，GNS@PDA具有良好的光热性能，可在肿瘤组织高效富集。在多模态成像的精确指导下，GNS@PDA在异种移植小鼠肿瘤模型中实现了对实体瘤(～200 mm3)的光热消融。该研究发展的可拓展纳米平台有望用于癌症的多模态诊疗。相关成果以“An Extendable Star-Like Nanoplatform for Functional and Anatomical Imaging-Guided Photothermal Oncotherapy”发表于知名学术期刊ACS Nano。

作者成功地制备了一个基于GNS@PDA的多功能纳米平台。该平台具有固有的CT/PA/TPL/IRT和可拓展的FAP激活NIRF以及基于Fe3+的MR成像功能，能够用于癌症的精确诊疗。CT、PA和MR成像显示了详细的肿瘤位置信息，TPL成像验证了GNS@PDA的有效摄取和体内分布，NIRF成像的激活提供了肿瘤的病理信息，IRT成像实时展示了PTT过程中的治疗效应。基于GNS@PDA的精确成像指导和显著热疗效果，仅单次治疗就实现了对肿瘤具有良好耐受的均匀光热消融。上述结果证实了GNS@PDA作为可拓展多功能纳米诊疗平台的良好临床转化潜力。鉴于成像相关金属离子以及肿瘤相关蛋白酶特异性底物的可替换性及多样性，作者认为该工作对于进一步探索基于GNS@PDA的纳米诊疗以及功能和解剖学成像指导的PTT具有重要的借鉴意义。

文献链接：An Extendable Star-Like Nanoplatform for Functional and Anatomical Imaging-Guided Photothermal Oncotherapy（ACS Nano. 2019. DOI：10.1021/acsnano.8b09607）

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6月21日，中国科学院院士赵宇亮受邀来访上海大学，并作题为“纳米材料生物学效应与纳米药物”的学术报告。报告由环化学院院长张勇主持，中国科学院院士刘元方、环化学院党委书记钱冬英、纳米化学和生物学研究所副所长（主持）曹傲能、实验设备处副处长邓小勇及50余名研究生等参加报告会。
报告在与会人员热烈的掌声中开始。赵宇亮院士阐述了纳米技术的发展基础，使大家对纳米技术有了更为清晰的认识。他介绍了纳米材料毒理学和纳米药物，并以深入浅出的方式讲述了纳米材料生物效应的五大普遍规律，包括穿过生物屏障、吸附体内蛋白、合成复合物且易进入细胞、易产生活性氧以及纳米材料在生物体内的去除机理等，使与会成员对纳米材料在体内的作用机理一目了然。报告最后，赵宇亮院士介绍了纳米材料目前在医学上的中重要应用——癌症治疗。通过使用纳米机器人调控恶性肿瘤生长的微环境，使其不再适合肿瘤细胞的生长，从而抑制肿瘤细胞的生长和转移，这是对目前癌症治疗难题的一项重大突破，入选2018年度中国科学十大进展。
报告结束后，刘元方院士发表感言，他对赵宇亮院士多年来在纳米材料领域及新元素发现方面做出的突出贡献高度赞扬，表示其研究领域围绕国家重大需求，立足纳米材料新兴领域，深入探索解决相关领域科学难题的方法与途径，多个学术成果达到国际前沿水平，为引领我国纳米科技发展做出了不懈努力。
最后，张勇院长作总结，赵院士报告内容丰富、精彩生动，不仅为我们讲授了中国纳米科技研究的前沿知识，同时其学术精神与思想也值得每位老师和同学们学习。
本次报告会座无虚席，是一场高屋建瓴的学术盛宴。赵宇亮院士报告聚焦纳米材料领域学术热点与难点，探讨纳米材料国际前沿技术，为传播科学精神、开阔与会人员学术视野、明确未来学术研究方向开辟了新的道路。


赵宇亮简介


赵宇亮，中国科学院院士、国家纳米科学中心主任、中国科学院高能物理研究所研究员。中科院“百人计划”入选者，国家杰出青年基金获得者，“973”首席科学家，中国科学院纳米重大项目共同首席科学家。现担任国家科技部“国家纳米科技协调指导委员会”专家，国家科技部纳米科技重大研究计划“总体专家组”副组长，中国化学会“纳米化学”专业委员会主任，中国毒理学会“纳米毒理学”专业委员会主任，中国药学会“纳米药物”专业委员会主任；代表中国担任联合国UNEP、世界经济合作组织OECD、欧盟EU等著名国际组织的专家或顾问；担任中国、美国、英国、德国5本学术杂志副主编。
1985年四川大学化学系放射化学专业毕业，进入中国核动力研究院从事核燃料燃耗的质谱分析研究工作。1989年到日本原子力研究所进修。在日本东京都立大学获放射化学硕士、博士学位。2001年回国以前，他和日本同事一起发现了113号新元素，这是亚洲科学家第一次对元素周期表中新元素发现做出贡献。
2001年获中科院“百人计划”支持并回国，从核放射化学转入纳米生物分析领域，开辟了纳米材料生物安全性分析的研究方向。创建了中科院纳米生物效应与安全性重点实验室。在世界顶级学术期刊如Nature Biotechnology, Nature Nanotechnology,等发表学术论文480余篇，被引用超过3.1万次（H因子~91），获中国、美国、日本、欧盟的授权发明专利26项。获得TWAS化学奖（2016），国家自然科学二等奖（2012）等奖项，于2014年入选美国汤森路透社的“全球最具影响力的科学头脑”。
2017年11月，当选中国科学院院士。2018年11月，当选发展中国家科学院院士。

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放疗 (radiotherapy, RT) 是最有效和最常用的癌症临床治疗手段之一。然而，在高剂量的电离辐射下，RT 会对肿瘤周围的正常组织造成伤害。受到多功能金属基纳米材料的启发，科研人员们致力于开发含有高原子量金属元素的纳米材料作为放射增敏剂，通过将更多能量施加到肿瘤组织中的做法来增强 RT 的效果并减轻副作用的发生。

      然而，这些金属基纳米材料介导的 RT 是高度依赖 O₂ 的。不幸的是，大多数实体瘤中的 O₂ 浓度水平都较低，严重妨碍了这些纳米材料在室温下的抗肿瘤功效。因此，开发可以作为放射增敏剂的新型金属基纳米材料，从而避免由肿瘤缺氧引起的放射抗性，就成为了非常重要的工作。
       赵宇亮院士、谷战军研究员等总结了用于缺氧肿瘤放疗的金属基纳米材料的最新研究进展，并详细讨论了将这些策略应用在 RT 中的设计思路和作用机理。相关内容以展望论文 (Perspective) 的形式发表在英国皇家化学会旗舰期刊 Chemical Science 上并被入选 2019 ChemSci Pick of the Week。


Strategies based on metal-based nanoparticles for hypoxic-tumor radiotherapy
Chenyang Zhang, Liang Yan, Zhanjun Gu* and Yuliang Zhao*
Chem. Sci., 2019

https://doi.org/10.1039/C9SC02107H

tianxia

传统的分子化疗药物和显像剂因会被快速代谢清除，表现出相对较低的生物利用率。具有靶向基序和优化颗粒大小的纳米材料系统在肿瘤内积累并能提高分子利用率，开发小尺寸纳米超级结构可增强长期循环，使用物理工具能够增加纳米颗粒的积累和保留，降低毒性和优化代谢。然而，这些策略在向临床实践的转化中，仍需要优化。
       目前，基于超分子化学的体内自组装策略已被广泛认为是对抗多种威胁生命疾病的有力工具，然而，设计具有生物功能的可控构件和预测体内自组装行为仍面临障碍。因此，从头设计具有生命系统自组装能力的生物相容小分子对于生物学的深入研究势在必行。

       有鉴于此，国家纳米科学中心赵宇亮院士、王浩研究员以及哈尔滨医科大学附属第四医院团队徐万海教授等人构建了一种新型肿瘤选择性级联激活自滞留系统(TCASS)作为肿瘤纳米医药，以优化积累、渗透和器官竞争，揭示其在肿瘤部位有效蓄积和滞留机制，分析该系统的药代动力学。
       TCASS在肿瘤组织中表现出高效的分子蓄积和滞留，与典型的纳米材料相比，能增强肿瘤穿透能力。同时，TCASS的器官竞争行为类似于小分子的竞争行为，从肝脏和肾脏迅速排泄。此外，与化疗药物(例如DOX)整合，TCASS具有增强的治疗效果和可忽略不计的全身毒性。而与造影剂整合，TCASS对膀胱癌具有高度的特异性和敏感性。这项研究提供了一种全新肿瘤靶向概念，可能比主动/被动靶向机制更有效。


      参考文献：
Hong-Wei An et al. A tumour-selective cascade activatable self-detained system for drug delivery and cancer imaging. Nat. Commun., 2019, 10, 4861.
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12848-5

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2020年1月16日上午，中国科学院在中国科学院大学国际会议中心召开了2020年度全院工作会议。在此次会议上，中国科学院院长、党组书记白春礼院士为荣获“2019年度中国科学院杰出科技成就奖”的10个获奖集体和个人颁奖。国家纳米科学中心（以下简称“国家纳米中心”）推荐的“纳米生物效应与安全性研究集体”位列其中，这是国家纳米中心成立以来首次荣获该奖项。
　　“纳米生物效应与安全性研究集体”于2001年率先提出纳米生物效应与安全性研究，2004年成为全球的普遍共识。该研究集体开辟了我国纳米毒理学这个新的研究领域，突破了纳米尺度物质生物学效应体内定量检测的方法学瓶颈，解决了纳米物质体内行为的复杂化学生物学机制难题，并率先发展到智能纳米药物的研究领域。在国内，创建了纳米毒理学与纳米药物两个专业委员会，推动了这两个新兴前沿交叉研究领域在我国的起步、发展与形成；在国际上，率先提出纳米毒理学知识体系框架。该研究集体于2012年和2018年度分别获得国家自然科学二等奖。
　　“纳米生物效应与安全性研究集体”的科研人员分别来自国家纳米科学中心和中国科学院高能物理研究所（以下简称"高能所"）。突出贡献者分别是国家纳米中心的赵宇亮院士、陈春英研究员及高能所柴之芳院士。主要完成者包括邢更妹（高能所），谷战军（高能所），张智勇（高能所），丰伟悦（高能所），孙宝云（高能所），聂广军（国家纳米中心），吴晓春（国家纳米中心），丁宝全（国家纳米中心），刘颖（国家纳米中心），王黎明（高能所），何潇（高能所），赵峰（高能所），汪冰（高能所），董金泉（高能所），常雪灵（高能所），袁慧（高能所），白茹（国家纳米中心）。      
　　 中国科学院杰出科技成就奖是为了适应新世纪科技发展需要，深入贯彻落实新时期的办院方针，进一步激励科技工作者的创新精神，并鼓励其矢志为人类科技事业做出重大贡献，结合国立科研机构的特点而设立的。该奖授予院属单位在近五年内完成或显示影响的重大成果的个人或集体，每年评选一次，每次授奖总数不超过10个，其中每个获奖研究集体的突出贡献者不超过3人。

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我们十分高兴地向大家宣布，中国科学院化学家、国家纳米科学中心主任赵宇亮院士担任Nano Today 期刊新主编。
借此机会，我们向上一任主编 Jackie Ying 教授对 Nano Today 做出的杰出贡献致以诚挚的感谢。她在任期间，Nano Today 从 Materials Today 的附属期刊成功转型为纳米领域具备极高影响力的刊物之一。
Ying 教授在 Nano Today 系列会议的创办中也起到了十分重要的作用。该系列会议每两年举办一届。在2019年位于里斯本的第六届会议上，逾500位全球各地的科研代表出席，包括崔屹教授（斯坦福大学）、Paul Weiss（加州大学洛杉矶分校）和 Andrey Rogach 教授（香港城市大学）。
展望新的十年，Nano Today 期刊及其同名会议将再接再励，继续展示整个纳米科学技术领域内振奋人心的前沿研究。Nano Today收录同行评议论文、最新研究新闻和关键发展信息，提供涵盖整个领域的全面资讯。
2020 年 1 月起，Nano Today 开始接受研究论文（research article）、综述（review）、研究简报（short communication）、新闻和观点类文章（news and opinion articles）。我们诚盼获得您一如既往的宝贵支持。
不忘初心，砥砺前行。




主编介绍
赵宇亮
研究员，中国科学院院士、发展中国家科学院院士，国家纳米科学中心主任
1985年四川大学毕业，1999年在日本东京都立大学获博士学位。先后在日本原子力研究所、日本理化学研究所（RIKE）从事原子核裂变动力学和发现113号元素Nh的研究工作。2001年7月回国后，提出了纳米材料生物安全性研究的学术思想和研究计划，并创建了世界上第一个“纳米生物效应与安全性”实验室。


研究兴趣及成果
发展纳米尺度下物质的生物学效应的研究方法，建立了体外与体内超微量纳米物质化学物种的定量分析方法，突破了体内定量检测的瓶颈；率先揭示了多种无机和碳纳米材料的尺寸与其体内吸收、分布、转运模式、代谢关系的定量分析，以及纳米尺寸、结构与健康效应的定量关系，对准确理解纳米材料与生命体系作用过程及其健康效应这一高度关注的科学问题，做出了创新性贡献；提出反向应用纳米材料毒理学性质的新思路，发现了肿瘤低毒化疗的纳米材料体系Gd@C82(OH)x及其调控肿瘤微环境而不杀死细胞的“监禁肿瘤”新机制，在动物模型上实现了超越“杀死细胞”传统策略的肿瘤治疗新方法；率先开展“纳米毒理学”这个新出现的学科前沿领域的知识体系化工作，2005年领衔11个国家学者撰写了该领域世界第一本教科书《Nanotoxicology》，2007年美国出版，成为纳米毒理学领域使用的教材。和同事们一起，开创了纳米毒理学领域在中国的起步、形成和发展，并使中国成为该领域世界上最具影响力的国家之一。
已在Nature Biotech., Nature Nanotech., PNAS, JACS, Angew. Chem. In. Edit., Anal. Chem.等期刊发表SCI论文500余篇，被引>4万次，H-因子约108。获中国、美国、日本、欧盟的授权发明专利26项。


研究成果
先后获中国科学院杰出科技成就奖(2019)，TWAS化学奖(2016)，中国国家自然科学二等奖(2018，2012)，中国毒理学杰出贡献奖(2015)，全国优秀科技工作者奖(2016)，等。

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“中国科技创新能力缺乏，很多人就觉得是中国科学家不行，抱怨他们只会发文章，这是认知偏差。”两会期间，全国政协委员、中科院院士赵宇亮在接受《中国科学报》采访时指出。
　　赵宇亮表示，科技创新分为科学发现和技术创新。科学发现是科技创新链1～3级基础研究的事情。科学家是做学术的，这是创新的基础，科学家的责任是科学发现，包括提出新问题、设计新实验、探索新现象、发现新规律、揭示新原理、建立新方法、提出新理论。而技术或产品创新属于科技创新链4～6级的事情，需要工程师和科学家合作完成。科技创新链7～9级是产品和商品，是企业和产业的事情。
　　赵宇亮说：“美欧日大企业的工程师跟科研院所和高校科学家们合作研发指数在6～14之间，中国企业仅有0～2.5。”造成这一现象的原因，正是中国科技创新链4～6级的缺失。
　　赵宇亮表示，目前中国企业还没有能力从科学原理出发去研发新技术、新产品，还没有能力把科学发现的新原理和新技术迅速应用到新技术和新产品开发中，去抢占世界技术和市场的制高点。
　　因此，赵宇亮建议，中国应该以新型举国科技体制为牵引，尽快设立聚焦科技创新链4～6级的成建制国家研发机构，高质量高强度地把科学家们的基础科学发现，高速度地转移转化成最终市场欢迎的新技术和新产品。
　　“这样才能把科学发现变成经济实力和国家实力，形成资本为科技创新服务、科技为经济质量服务、经济为人民生活服务的良性循环，中国就会走上科技强国的快车道。”赵宇亮说。

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随着纳米技术的迅猛发展，涌现出越来越多的纳米材料引起了人们对其生物和生态安全问题的广泛关注。如何系统地研究纳米材料的毒性，安全规范地使用纳米材料已成为纳米科学研究的热门话题。自2005年创刊以来， Small已成为纳米和微米尺度科学技术领域全球领先的期刊之一。在Small所涉及的所有主题中，‘纳米安全’主题在Small的全部出版物中占很大比例。2013年，Small发布特刊：纳米毒理学（Nanotoxicology），着重介绍了安全使用纳米技术以造福社会，环境和全球经济。今年，Small又推出一个新特刊：重新思考纳米安全性（Rethinking Nanosafety），旨在向读者提供该领域最新研究进展及新颖的见解，以重新思考纳米安全性研究，从而进一步促进纳米安全性研究的发展。

值此之际，中国国家纳米中心的赵宇亮院士、陈春英研究员与中国科学院高能物理研究所的谷战军研究员等人发表了题为“15 Years of Small: Research Trends in Nanosafety”文献分析综述，旨在分析过去15年Small期刊对纳米安全性研究发展的贡献。该分析借助Web of Science Core Collection的数据，针对Small 上发表的600余篇纳米生物安全性文章，对其文献类型、作者、机构、国家和高频词被引文章进行了量化统计，并使用CiteSpace软件进行科学文献可视化分析。自2005年创刊以来，Small期刊发表的纳米安全相关的文章数量多年来呈增长趋势，其中发表文章量最多的国家依次是中国，美国和德国；文章发表量最高的研究机构是中国科学院。对高引论文进行分析时发现，金纳米颗粒是最受关注的纳米粒子种类；尺寸因素是研究最多的纳米毒性影响因素；纳米粒子的生物毒性机理，如胞吞作用、细胞膜破裂、氧化应激、DNA损伤等都是研究者关注的重点。另外，科学家们还利用不同生物模型，例如细胞系，大鼠，微生物，水生生物或者植物等来解释和预测纳米粒子在生物环境中的行为，以便了解纳米粒子可能造成的危害。文章的最后，作者根据前期研究进展的分析，对未来该领域的研究趋势也进行了展望，以促进纳米安全性研究的进一步发展。对纳米安全领域的深入研究不仅关乎人类健康，更是纳米科技被人们认知和接受的前提。因此，当我们沉浸于纳米技术带来的种种科技进步的同时，更应该加强纳米材料安全性的研究，使之成为能安全造福人类的新技术。相关内容发表在Small（DOI: 10.1002/smll.202000980）上。

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11月3日，何梁何利基金2020年度颁奖大会在京举行。国家纳米科学中心主任赵宇亮院士荣获“何梁何利基金科学与技术进步奖”。
　　赵宇亮院士2001年率先提出纳米生物安全性问题并创建第一个实验室，开创了纳米材料生物安全性分析研究领域，部分成果已被ISO颁布为国际标准分析方法。曾两次获国家自然科学奖二等奖，中科院杰出科技成就奖，TWAS化学奖，中国毒理学杰出贡献奖，全国优秀科技工作者等。创建了中国药学会纳米药物专委会、中国毒理学会纳米毒理学专委会，大力推动了纳米生物学和纳米药物两个交叉前沿领域在我国的起步和发展。在国外工作期间与日本同事共同发现新元素Nh，成为元素周期表中亚洲国家发现的唯一新元素。

　　何梁何利基金奖是由何梁何利基金设立的奖项，1994年3月30日由香港爱国金融家何善衡、梁銶琚、何添、利国伟先生捐资在香港注册成立社会公益性慈善基金，其宗旨是通过对取得杰出成就的我国科技工作者进行奖励，激励一代代科技工作者不断攀登科学技术高峰，加速推进国家现代化建设进程。

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12月1日，第八届“中国侨界贡献奖”颁奖仪式在人民大会堂举行。国家纳米科学中心主任赵宇亮院士荣获“中国侨界贡献奖”（一等奖），并作为获奖代表在大会上发言。
　　 赵宇亮作为海外归侨，主要致力于纳米生物效应（纳米安全性）分析以及肿瘤纳米药物的研究。突破了纳米尺度物质毒理学效应的关键基础问题以及化学生物学机制的研究瓶颈，建立经济有效的纳米生物医学技术。在纳米技术研究领域服务国家需求，为提升我国纳米产业的国际竞争力，在核科学领域揭示了“原子核最大变形度的不变性”规律。获中国科学院杰出科技成就奖、国家自然科学二等奖、发展中国家科学院TWAS化学奖、全国优秀科技工作者荣誉称号等。
　　“中国侨界贡献奖”由中国侨联于 2003 年设立，是面向中国侨界创新创业的重大奖项。

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2021年1月29日，国家纳米科学中心赵宇亮院士访问化学所并作题为“智能纳米药物”的分子科学论坛报告。报告由化学所副所长王树主持，化学所所长张德清为赵宇亮院士颁发了“分子科学论坛”荣誉证书和奖牌。  

       赵宇亮院士现任国家纳米科学中心主任、广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院院长、中科院纳米生物效应与安全性重点实验室主任。2018年入选发展中国家科学院院士。他1999年于日本东京都立大学获得博士学位，随后于日本学术振兴会从事博士后的研究。2001年通过海外人才引进计划回国工作。曾任中科院高能物理研究所研究员、中科院研究生院化学学院常务副院长、肿瘤纳米技术研究中心主任。赵院士长期从事纳米毒理学领域的研究，率先建立并突破了该领域定量分析方法学瓶颈，部分方法被ISO/IEC颁布为国际标准分析方法，被160多个国家采用。他领衔编著了纳米毒理学领域的第一本教科书《Nanotoxicology》。迄今发表SCI论文600余篇，他引4万余次，h因子103，已获授权发明专利26项。赵院士2011年创建了中国毒理学会“纳米毒理学”专业委员会，2015年创建了中国药学会“纳米药物”专业委员会。曾获“国家自然科学奖”二等奖2项、TWAS化学奖、中国毒理学杰出贡献奖等多项奖励。他先后担任联合国UNEP、世界经济合作组织OECD、欧盟EU等机构/国家的纳米安全顾问，担任中国、美国、英国的7本SCI学术刊物的副主编。
        报告中，赵宇亮院士介绍了纳米技术的发展基础和纳米药物在体内的五大生物效应，并以DNA纳米机器人为例，分享了纳米药物的智能设计及其在癌症治疗中的应用研究。报告结束后，赵院士与参会师生进行了深入的座谈交流，取得了良好的反响。

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2022年12月29日，根据《中国医学科学院学术咨询委员会学部委员选聘办法》，中国医学科学院在线发布了中国医学科学院学术咨询委员会增聘学部委员名单。国家纳米科学中心赵宇亮院士当选中国医学科学院学术咨询委员会学部委员。


        中国医学科学院学术咨询委员会介绍
        为贯彻落实习近平总书记“努力把中国医学科学院建设成为我国医学科技创新体系的核心基地”的重要指示精神，加强对我国医学科技创新体系和核心基地建设的智力支撑，中国医学科学院于2019年成立了学术咨询委员会。学术咨询委员会的主要职责是针对国家医学卫生健康事业发展中的重大问题，特别是国家医学科技创新体系与核心基地建设中的重点、难点问题，研究提出咨询建议；承担中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目的立项咨询、人才队伍建设和发展规划等重大事项的评价评议。受中国医学科学院委托，组织开展国内外学术合作与交流等。学术咨询委员会下设临床医学、口腔、基础医学与生物、药学、卫生健康与环境、生物医学工程与信息六个学部，覆盖医学卫生健康主要科技领域，目前按临床医学-口腔、基础医学与生物、药学-卫生健康与环境-生物医学工程与信息三个学部（群）开展工作，每两年开展一次学部委员选聘工作，逢双数年进行。
        中国医学科学院学术咨询委员会成立以来，全体学部委员积极参与建设，每年组织召开中国医学发展大会，设立“由心讲堂”高端学术交流平台，发布中国21世纪重要医学成就及中国医学年度重大进展，开展学术咨询，积极承担国家医学科技创新体系建设和人才培养等战略谋划工作，国家医学卫生健康领域高端智库的作用初步显现。