新科院士施剑林：博学笃志真科研，从介孔材料到“饿死”癌细胞

刚刚，55岁的中科院上海硅酸盐研究所研究员施剑林当选2019年中国科学院新科院士。

为了做出更完美的介孔纳米复合材料——让活泼而又不安分的催化剂纳米分子老老实实地呆在只有几个纳米粗细的管道里高效地工作，中科院上海硅酸盐研究所研究员施剑林带领团队找到了各种办法：把催化剂分子挂在管道壁上，或限制在孔内，甚至形成只有几个分子厚度的管壁上的涂层。

近年来，他又开始研究如何利用介孔材料进行生物相容性、多功能化、药物输运和纳米诊疗剂等，不久前他与华师大合作的一项研究成果开创性地提出了无机耗氧剂用于肿瘤饥饿疗法的新思路，为传统的肿瘤饥饿疗法注入了新活力。

介孔材料的关键是控制

介孔，一种直径约只有头发丝的几万分之一粗细的孔道。布满这种或蜿蜒、或平直的孔道的材料，便是介孔材料。在材料学家眼中，这些孔道都是一座座微型工厂，催化剂纳米颗粒就是里面的工人。当各种化工原料经过“厂房”时，这些呆在纳米孔道内的催化“工人”们就会把它们迅速变成所期望的产物。

不过，这些“工人”很调皮，喜欢团聚“罢工”，让它们乖乖进入孔道，均匀地分布在管道壁上十分困难。十几年来，施剑林带领团队跟纳米小家伙们“斗智斗勇”，发展出了一系列控制方法：可以先在管道壁上抹一层反应物分子，好像胶水一样，纳米催化组分进入管道后，就会将它们逐一抓住，牢牢固定在管壁上；也可以让两种反应物分子材料同时进入管道里，再给予特定的条件，直接生成附着在管道上的催化组分；还可以对管壁进行特殊处理，使管壁带上特定的化学键——好像伸出一只只手，及时抓住催化剂分子……

这样做有什么好处？施剑林说，以价格昂贵的贵金属催化剂为例，哪怕能减少20%的用量，也能大大节省成本。传统催化剂颗粒大，只有在表面的才能接触到反应物发挥作用，更多的分子则藏在后面无所事事。他的研究就是要把催化剂接近于“单兵作战”地分布到只有2-10纳米粗细的管道中，让每个珍贵的催化剂分子都走到前台，发挥作用。

实验证明，这种方式可将催化剂的用量下降到原先的1/2到1/10，有时甚至达到1/50。不过，施剑林还在想，现在介孔材料的骨架还没发挥作用，能否使骨架也活跃起来，让管壁本身也能发挥催化作用呢？

药物“纳米车”精准摧毁癌细胞

在杀死癌细胞的同时，也会将正常细胞一起杀死，这是传统化疗的一大弊端。能不能让化疗药物在进入癌细胞之后，再释放毒性，进行“定向爆破”？施剑林想到了自己做了很多年的老本行——有“分子药物运输车”之称的细胞核靶向药物输运策略，他们曾在国际上最早实现这一方法。

于是，他们设计出了一种纳米尺寸的闪烁颗粒/半导体核壳，这种光敏材料在被X射线照射时，半导体颗粒就能直接氧化水分子，产生有毒的活性氧物种ROS类物质。这种方法既避免了紫外和可见光的穿透深度问题，又不需要消耗氧组分，使得肿瘤治疗可以持续产生疗效。“这克服了ROS寿命短、扩散距离短的问题，实现了在极低的光照条件下有效抑制肿瘤生长的目的。”施剑林说。

这辆“分子运输车”不仅可以运输药物，还可实现治疗过程的监控：当这些颗粒被肿瘤吞噬后，加上一个简单的外部超声作用，其中的卟啉分子就会分解释放出ROS和金属离子。ROS杀死癌细胞，而特定的金属离子则可用于肿瘤部位的磁共振成像，方便医生对治疗过程进行监控和评估。

科学家的“脑洞”不止于此。他们还想寻找更简便的方法———能否不使用任何外源的响应刺激，而只是利用肿瘤内源性的特异微环境，让肿瘤自己产生足以杀死自己的ROS？于是，施剑林团队又最新提出了纳米催化肿瘤治疗的全新概念，即彻底抛弃传统化疗用的高毒性化学药物，采用无毒或低毒纳米颗粒，这样的颗粒可以特异性地响应肿瘤特殊微环境，原位在瘤内通过催化产生抗肿瘤组分如ROS等，从而达到基本无毒副作用的肿瘤特异性治疗。

博学笃志真科研，风流儒雅是吾师

在上海硅酸盐研究所，施剑林是一位风流儒雅的老师。他的学生李孟丽说，在施老师课题组，没有那么多的条条框框。他从来不说“必须做什么或者禁止做什么”，从来不会说几点之前必须进办公室、实验室，科研时间完全是由学生自己支配的，但是他自己有严格的工作时间，每天早上八点左右，施老师办公室的门准时打开。他鼓励学生有自己的想法，即使课题的选择，也尊重学生的意见。

学生吴玫颖说，在学术上，施老师孜孜以求，勇攀科学的高峰。组里无论是催化还是生物方向，又或者这两者下面那么多的小方向，施老师都能给出关键性的意见。有时候困扰我们很久的问题，仅仅在施老师的一个提醒和帮助下，就迎刃而解。对学生的文章修改，施老师更是尽职尽责，小到一个标点符号，大到整篇文章的构思，施老师都会逐字逐句，并且很快反馈，从不拖沓。对于一个新领域文章的修改，除了出色的修改，施老师还说自己也学会了很多新词。施老师虽然寡言，但是对学生的关心也是尽到细微之处。平时工作繁忙，但他也会抽时间开组会，又或去办公室看望我们，询问科研进展情况和遇到的困难。

》》人物简介

施剑林，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师，曾任上海硅酸盐研究所所长，高性能陶瓷与超微结构国家重点实验室主任。1983年毕业于南京工业大学，1989年于上海硅酸盐研究所获博士学位。国家杰出青年基金获得者（1996），教育部长江学者特聘教授（2008）。担任国家重大基础研究计划“信息功能陶瓷若干基础问题研究”（2002-2008）和国家重点纳米专项“半封闭空间机动车排放污染物治理的关键纳米技术”（2013--）首席科学家，同时还承担并负责多项国家自然科学重点基金、“863”材料高技术和科学院创新方向性等多项国家与地方科研项目。

以第一完成人获国家自然科学二等奖一项（2011年度）、上海市自然科学一等奖两项（2008，2014）和上海市科技进步一等奖（2009）一项等科技奖励。 另获两院院士评选中国十大科技进展（2005）、中国青年科技奖、中科院青年科学家奖、上海市自然科学牡丹奖、上海市科技精英等奖励。

编辑：沈湫莎

责任编辑：任荃

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