浙江大学化学系唐睿康

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唐睿康，浙江大学化学系教授、博士生导师、教育部长江学者奖励计划特聘教授、中国青年科技奖获得者、国家杰出青年科学基金获得者、国家万人计划科技创新领军人才。1991-1995年就读南京大学基础学科教学强化部、获学士学位；1995-1998年为南京大学化学化工学院研究生、获博士学位；1998-2001年在纽约州立大学布法罗分校从事博士后研究；2001-2005年任纽约州立大学布法罗分校化学系研究助理教授；2005年到浙江大学化学系工作至今，也是浙江大学求是高等研究院、硅材料国家重点实验室成员，还担任浙江大学生物物质与信息调控研究中心主任。唐老师的科研主要围绕生物矿化开展前沿交叉探索，特别强调生物（有机）与材料（无机）之间的相互调控。通过理解生物矿化更好地开展功能材料的设计和制备，指导生物组织的仿生修复从事实现牙与骨的重构；提出基于材料开展对生物功能改造的新概念并将其拓展成为全新的研究领域，利用生物与材料功能复合构建成功地实现疫苗改进、生物光解水产氢及肿瘤矿化治疗等。在PNAS、Nat. Commun.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater.等高影响力学术刊物上发表论文160余篇，成果多次被选为科研进展亮点，推进了生物、材料和化学间的相互交叉融合。唐老师担任多项学术兼职：中国化学会理事、中国生物材料学会智能仿生生物材料分会副主任委员、中国生物材料学会生物陶瓷分会常务委员、Nano Research 编委、Science China Materials 编委、《无机化学学报》编委。

姓名：唐睿康

单位：化学系

职称：教授

工作研究领域

生物矿化、生物无机材料及仿生界面研究。

联系方式

电话：0571-87953736

电子信箱：rtang@zju.edu.cn

主要研究内容：

【1】结晶的基本原理 ——研究矿物晶体成核、生长和相转化等基本过程，关注生物分子对这些动力学过程的干预并重视它们在材料制备中的应用。(PNAS, 106, 22096-22101, 2009)

【2】 晶体组装及复合材料 ——通过对结晶和纳米组装的控制合成具有多级有序结构和特定功能的生物材料，强调类骨和类牙型矿化材料的仿生制备。(Adv  Mater, DOI: 10.1002/adma.201000941)

【3】 生物医学材料 ——制备可用于骨和牙等人体硬组织修复用材料并检测它们的生物效应，强调纳米磷酸钙（骨和牙的基本无机结构单元）、类骨或类牙组装等生物矿化技术的应用。(J Mater Chem, 18, 3775-3787, 2008)

【4】 细胞矿化 ——利用仿生矿化技术发展基于功能材料的细胞改造，实现纳米材料和细胞的复合；该工作也能为病理性矿化的防治提供研究模型。(Angew Chem Int Ed, 47, 3560-3564, 2008)

承担科研项目：

• 有机机基质对细胞矿化调控的化学模拟，唐睿康，国家自然科学基金委（面上项目），2009-2011。
• 唐睿康研究团队，唐睿康，浙江省自然科学基金会（人才项目），2008-2010。
• 生物矿化中生命-非生命界面间的相互调控，唐睿康，科技部（前期预研项目），2007-2008。
• 生物矿化中的界面能调控，唐睿康，国家自然科学基金委（面上项目），2006-2008。
  
  

我们的科研探索得到了浙江大学基本科研业务经费专项及大明®生物矿化发展基金的特别支持。

在南京大学就读期间主要从事两亲分子超薄膜诱导无机晶体定向生长方面的工作；1998-2005年在纽约州立大学布法罗分校期间代表性成果是发现生物无机材料纳米颗粒具有动力学稳定性的特征，认为纳米颗粒的尺寸效应可以抑制自发的溶解反应并提出了纳米溶液模型，从而解释了纳米颗粒的溶液稳定性问题；此外还尝试构建了生物矿化中界面能量调控的研究模型。以上期间在Angew Chem, JACS和Bone等学术刊物上发表SCI论文30余篇。

2005年到浙江大学后开展了基于生物矿化的仿生调控研究，已发表SCI论文40余篇，其中包括了PNAS、Angew Chem、Adv Mater 和 PLoS ONE等。论文被美国化学会Chemical & Engineering News报道和评论一次，英国皇家化学会ChemistryWorld 报道和评论三次，被Nature China和New Scientist等科学刊物介绍各一次，还被路透社作为国际科技新闻报道一次。生物矿化的研究主题是理解生物体系如何实现对无机结晶位点、晶体生长及纳米组装的控制，针对这些研究问题所取得的原创性成果有：（1）通过“给细胞穿衣服”实现矿化位点的仿生调控；（2）揭示生物中的结晶开关并实现了晶体相转化动力学的仿生调控；（3）通过有机分子实现了纳米无机晶体组装的仿生调控。这些研究成果还被应用于生物医学材料的改进以及人体硬组织如骨骼和牙齿的修复中。

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报告题目：生物矿化：从生物调控材料到材料调控生物
报告人：浙江大学化学系 唐睿康教授
报告时间：2018年11月8日，上午9点
报告地点：厦门大学材料学院，新楼201会议室

报告人介绍：唐睿康，浙江大学化学系教授、博士生导师、教育部长江学者奖励计划特聘教授、中国青年科技奖获得者、国家杰出青年科学基金获得者、国家万人计划科技创新领军人才。1991-1995年就读南京大学基础学科教学强化部、获学士学位；1995-1998年为南京大学化学化工学院研究生、获博士学位；1998-2001年在纽约州立大学布法罗分校从事博士后研究；2001-2005年任纽约州立大学布法罗分校化学系研究助理教授；2005年到浙江大学化学系工作至今，也是浙江大学求是高等研究院、硅材料国家重点实验室成员，还担任浙江大学生物物质与信息调控研究中心主任。唐老师的科研主要围绕生物矿化开展前沿交叉探索，特别强调生物（有机）与材料（无机）之间的相互调控。通过理解生物矿化更好地开展功能材料的设计和制备，指导生物组织的仿生修复从事实现牙与骨的重构；提出基于材料开展对生物功能改造的新概念并将其拓展成为全新的研究领域，利用生物与材料功能复合构建成功地实现疫苗改进、生物光解水产氢及肿瘤矿化治疗等。在PNAS、Nat. Commun.、JACS、Angew. Chem. Int. Ed.和Adv. Mater.等高影响力学术刊物上发表论文160余篇，成果多次被选为科研进展亮点，推进了生物、材料和化学间的相互交叉融合。唐老师担任多项学术兼职：中国化学会理事、中国生物材料学会智能仿生生物材料分会副主任委员、中国生物材料学会生物陶瓷分会常务委员、Nano Research 编委、Science China Materials 编委、《无机化学学报》编委。

报告摘要：作为一种自然界进化形成的策略，生物矿化实现了有机生物体和无机材料相互复合，而矿化材料及其 形成过程对生物体起到了一定的调控和保护作用。通过向自然学习，这也意味着人们可以借鉴生物矿化利 用材料手段开展对生物体系的改进及改造，大幅度扩大化学生物调控研究的范围。通过将材料合理地装配 在生物体上可以获得系列功能化复合体。例如，通过仿生矿化所构建出的“病毒—材料”复合体能大幅度提高 病毒的稳定性、甚至改变其感染途径；能够从材料学调控的角度理解禽流感的传播感染，颠覆了人们对传染病传播和控制的认识，发展成为疫苗的改进的新策略。再如，通过构建“细胞—材料”复合体可以降低药物治疗中的药毒性，实现对正常细胞的主动保护；进一步所发展出来的针对肿瘤细胞的靶向矿化能够实现肿 瘤的有效抑制，可望成为不依赖化学药物的肿瘤治疗新手段，其实质则是利用材料实现对细胞行为的调 控......这些研究演示了材料及其形成过程对有机生命体存在一定的化学与生物调控作用，不仅将传统生物矿化研究从“生物/有机体系对无机材料体系的调控”转变为“无机材料体系对生物/有机体系的调控”，更重要的是将化学生物学中的调控因子从化学分子扩大到了纳米材料。通过进一步发展，无机材料对有机分子的调控还体现在地球矿物在生命起源及生物进化中的关键作用：在非手性无机材料非平衡态研究中发现矿化动力学过程也能够实现对有机氨基酸手性的选择性调控，提出了动力学手性的新思路。我们特别强调了材 料及其动力学过程在化学及生物学中的调控作用，并以此为基础努力拓展出新的研究方向和领域促进材料和生物的相互融合。

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唐睿康教授即将迎来一次“长”牙的体验。他带领的研究团队发明出一种仿生修补液，在牙釉质的缺损处滴上两滴，48小时内缺损表面能“长”出2.5微米晶体修复层，其成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质几乎一致，并与原有组织无缝连结，浑然一体。
      德国著名生物矿化学家、康斯坦兹大学Helmut Cölfen教授评价说：这是我所知道的迄今为止最好的牙釉质修复材料，有望在临床上真正实现牙釉质的原位修复。
      论文8月30日在线发表在Science Advances（《科学进展》）杂志。论文第一作者为化学系邵长鹆博士，共同通讯作者为化学系刘昭明博士。

       最“硬”的挑战

       资料显示，牙釉质的摩氏硬度（一种相对硬度的表示方法）比金刚石略低，与水晶相当，是人体中最硬的天然生物材料。这层包裹于牙齿表面的半透明的物质，厚度约为2 毫米左右，其无机矿物含量高达96%。邵长鹆介绍，牙釉质近似于一层天然的无机晶体矿物，主要是成分是羟基磷灰石晶体，其排布非常致密，纤维状的纳米羟基磷灰石首先通过紧密聚集形成直径约5微米的釉柱，然后这些釉柱进一步交叉排列形成高度有序的层级结构，让牙釉质坚如磐石，于是我们能够自如地切割、研磨食物。
       牙釉质作为高度矿化的生物组织，几乎可被视为纯无机物，由于缺乏包括细胞在内的生物有机基质，因此无法再生。自恒牙长成的第一天起，牙釉质就在缓慢地消耗着，细菌酵解食物中的糖类物质释放出酸以及酸性饮料都会加速它的消耗。一旦牙釉质的防线被突破，整颗牙就像失去了保护伞。让很多人噩梦般痛苦的蛀牙，都是从牙釉质的破坏开始的。
      修复牙釉质，堪称是仿生领域一项最“硬”的挑战，科学家们没有停止过尝试。常见的补牙材料，例如复合树脂、陶瓷和汞合金等，它们几乎发挥着“填料”的功能，适用于“大洞”修补，但对小缺小裂却填不进去，并且与天然组织之间也不能完全结合，所以，补牙之后医生一定会叮嘱你，咬螃蟹，嗑核桃之类的事就属于危险动作了；在其他一些实验室，科学家还尝试了仿生矿化的方法，由于牙釉质结构的复杂性，过去还无法有效获得与天然釉质多级结构一致的大面积修复层，达不到临床应用要求，也没能真正在牙齿上实现修复。
   “理想的修复方法，应该是材料、结构、力学性能三者的统一，而且能实现原位修复。”刘昭明说。

两滴修补液，“长”出牙釉质

       唐睿康团队提出了一种全新的修复策略，有望将牙修复从“填补”时代带入到“仿生再生”阶段。
       研究团队成员将富含磷酸钙团簇的溶液，用滴管滴在人工龋齿表面，随后将其放入到一个模拟口腔唾液环境的溶液中，等待。接下来的48小时里，虽然肉眼看不出任何变化，但事实上，牙齿表面已经发生了“翻天覆地”的进展——牙釉质长出来了。“龋齿的表面首先形成了一个仿生矿化前沿，”唐睿康说，这个仿生矿化前沿能完全的结合在需要修补的牙釉质界面上，同时能引导接下来晶体的外沿生长，让羟基磷灰石长出类似于釉柱结构的晶体，并朝特定的方向有序排列。实验测量显示，48小时后，牙釉质“长”高了2~3微米。“也就是说，牙齿上长出了一种连续的材料，一个与原组织一模一样、完全结合的生物结构。”邵长鹆说。
       刘昭明说，大概在2000年前后，随着观测手段的进步，科学家得以观察到动物的成骨过程，“斑马鱼骨骼的生长，海胆的刺的生长，都是一个在无定形矿物层上实现晶体外延生长的过程，我们发现，我们对牙的修复过程与生物的成骨过程非常类似。”
       在临床医生看来，这几乎是目前最接近临床应用的实验室产品。浙大校医院、浙大医学院附属口腔医院的医生们很支持，把一罐罐的牙齿标本往实验室送。“所以我们是直接在人牙上做实验。”邵长鹆说，“两年下来，做过实验的牙齿可以装满一个脸盆。”

最真牙釉质

    “我们用了与人体相同的材料，实现了结构性的完全修复，和本体组织几乎一模一样。”刘昭明对这一研究十分自信。
    “真”到什么程度？邵长鹆第一次拿修复后的电镜照片给唐教授看，唐教授端详了半天，将信将疑：“这还是原来的牙吧，是不是修复材料脱落了？”没多解释，邵长鹆回去重新做实验。这一次，他建立了对照组，把整颗牙分为两部分，其中一半滴上修补液并修补液里添加了荧光指示剂。这样一来，证据充分了：虽然电镜图辨别不出人工修补的痕迹，但荧光剂指示了修补的具体位置。确实，人工牙釉质已达到了“以假乱真”的效果，即便是牙医也不能通过已有的经验分辨出修复前后的牙釉质。
       研究还进一步测试了修复材料的力学性能，实验人员用纳米压痕技术测试牙釉质修复层的力学强度。结果显示，长出来的人工牙釉质，其硬度和弹性模量与天然牙釉质的数值几乎相同。“也就是说，我们不但在结构、外形上修复了，在力学性能上也实现了修复。”刘昭明说。
       巧的是，唐睿康本人的门牙上有一处隐裂，牙医说缝太细，目前的医学手段修不了。这项研究有了进展后，唐教授主动提议在自己身上做实验，开展仿生矿化牙釉质修复的验证，届时科学家又要开始“长牙”了。
      当然，如果要真正实现临床应用，该项技术还需经历严格的动物实验和临床验证。“虽然我们实现了天然牙釉质的结构性原位修复，但牙缺损形式繁多，下一步需要针对不同的情况进一步研发修复模型，确保可控与有效。”邵长鹆说。
       这项研究受到了国家重点研发项目，国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。项目结题时，唐教授被修复的牙齿将是其中一份“答卷”。

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2019年10月1日，化学系唐睿康教授受邀赴京参加了庆祝中华人民共和国成立70周年大会阅兵式、群众游行。唐睿康教授：很荣幸在首都参加庆典活动。这庆典是检阅，检阅70年的辉煌历程与伟大成就；这庆典是赞美，赞美各族各界及海内外同胞的智慧与勤劳；这庆典更是号角，召唤我们在建成“一流强国、一流高校、一流学者”的“三位一体”新征程上，向着更高的目标砥砺前行。
       在天安门广场，每个人都有着按捺不住的激动。因为在这儿，包含着太多中华儿女的初心、使命、奋斗、成就与梦想，在交融中激动油然而生。每一个整齐的方阵，是我们前进在伟大复兴道路上激昂的脉搏，发出我们的最强音。夜空中绚丽的烟花，绽放的是事业的灿烂与辉煌，也向世界展示了我们的智慧与美丽。广场上沸腾般的人海，他们正是创造非凡成就的广大劳动者，人民万岁！我们将继往开来、砥砺前行、向着更高的目标继续奋斗。

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“浙江大学2019年度十大学术进展”评选活动于2020年1月16日正式启动，由各学部、科学技术研究院、社会科学研究院、校学术委员会委员以及同行专家等共推荐32项候选项目。在全校师生与社会公众共同参与和支持下，经校学术委员会委员、特邀评委评审，微信点赞，遴选出“浙江大学2019年度十大学术进展”获奖项目和“浙江大学2019年度十大学术进展提名”获奖项目。我系两个项目入选—

唐睿康老师团队项目“无机离子聚合及牙釉质再生”成功入选“浙江大学2019年度十大学术进展”！

范杰老师团队项目“基于分子筛生物界面的多相酶催化”成功入选“浙江大学2019年度十大学术进展提名”！

此外，徐光明老师所在的张宏老师团队项目“PET分子影像探针微流控模块化集成合成系统”成功入选“浙江大学2019年度十大学术进展提名”！

“浙江大学2019年度十大学术进展”获奖项目

序号	项目名称	申报单位	负责人
1	国学与近代中国研究	历史学系	桑兵
2	超导量子电路中反对称自旋交换作用以及手征自旋团簇的合成	物理学系	王大伟
3	无机离子聚合及牙釉质再生	化学系	唐睿康
4	主动渗透型高效抗肿瘤纳米药物的研制	化学工程与生物工程学院	申有青
5	三维光学拓扑绝缘体的实验实现	信息与电子工程学院	陈红胜
6	遗传补偿效应分子机制	生命科学学院	陈军
7	棕榈酰化修饰调控NOD1和NOD2蛋白对病原细菌的免疫识别	医学院	Dante Neculai
8	精神疾病的神经环路研究	医学院	李晓明
9	RIPK1非切割变异导致一种新的自身炎症疾病	生命科学研究院	周青
10	免疫系统代谢紊乱在焦虑症发病中的关键作用研究	生命科学研究院	靳津

“浙江大学2019年度十大学术进展提名”获奖项目

序号	项目名称	申报单位	负责人
1	媒体融合的定义、层面与研究议题	传媒与国际文化学院	韦路
2	全血采集、血小板生产和库存管理的联合决策研究	管理学院	周伟华
3	基于分子筛生物界面的多相酶催化	化学系	范杰
4	大型空间结构健康监测关键技术	建筑工程学院	罗尧治
5	基于超快光清除技术的脑信息高分辨率读取	光电科学与工程学院	斯科
6	面向能源物联网的智能传感芯片设计与应用	信息与电子工程学院	虞小鹏 唐中
7	PET分子影像探针微流控模块化集成合成系统	生物医学工程与仪器科学学院、医学院	张宏
8	两个四倍体栽培棉种种间分化的基因组解析	农业与生物技术学院	张天真
9	光敏快速止血生物胶水	医学院	欧阳宏伟
10	疾病微环境智能响应诊疗纳米药物	药学院	凌代舜