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10月3日，美国《国家科学院院刊》（PNAS，doi:10.1073/pnas.1105270108，2011）在线发表了中科院纳米生物效应与安全性重点实验室赵宇亮、陈春英、周如鸿等人在纳米安全性方面的最新研究成果。该研究揭示了血液蛋白吸附如何降低碳纳米管的细胞毒性，并被PNAS选为研究亮点进行重点介绍。

研究团队在探索碳纳米管与血液相互作用及其毒理学效应机制时发现，当碳纳米管进入含有人血液蛋白的溶液中，血液中的主要蛋白（如纤维蛋白原、免疫球蛋白、白蛋白、转铁蛋白）会在碳纳米管表面发生竞争性吸附，形成不同外形的“王冠”状蛋白-碳管复合物。利用北京同步辐射圆二色光谱及生化分析结果表明，尽管碳管表面吸附的血液蛋白二级结构有轻微改变，但蛋白的生化功能并未发生明显变化。IBM研究所的周如鸿研究员通过分子动力学理论模拟分析了蛋白分子与碳管表面的作用机制，结果显示碳纳米管的π电子与蛋白分子的芳香族氨基酸之间的相互作用力大小，决定了蛋白分子在碳管表面的竞争性吸附速率。进一步的细胞毒性实验表明，“血液蛋白-碳管复合物”显著降低了碳纳米管对不同种类细胞的细胞毒性，提示碳纳米管进入体内后，其表面吸附血液蛋白可大大降低细胞毒性，提高生物安全性。

碳纳米管应用广泛，但其生物安全性一直是学术界争论的焦点。无论纳米材料通过何种途径进入体内，与血液相互作用是不可避免的过程。从更广泛的角度看，大比表面积是纳米颗粒的重要特性，因此进入体内后其表面容易吸附血液蛋白，这也是纳米颗粒进入体内的共性之一。本研究结果对于理解碳纳米管及其他纳米颗粒的体内细胞毒性以及设计安全的纳米材料具有重要意义。

据赵宇亮研究员介绍，生物体在进化过程中已形成对外来异物的防御体系。对于纳米尺度的微小物质，生物体是否会借助纳米颗粒自身的特性（如大比表面积），利用体内固有生物分子的相互作用，发展出新的防御方式？这有待于今后更深入系统的研究。

该成果是该实验室自2001年以来针对碳纳米材料生物效应分析长期研究的系列成果之一。通过表面化学修饰降低纳米颗粒细胞毒性是该实验室承担的“科技部重大研究计划”纳米研究项目的重点内容。由于研究成果的国际影响，2011年该实验室应邀为美国化学会《Account of Chemical Research》撰写系列综述，分别阐述纳米材料的毒理学效应、细胞转运途径、代谢动力学行为等。

中国科学院纳米安全性重点实验室将于2012年承办“第六届纳米毒理学国际学术大会”，《Nature Nanotechnology》负责人将与会主持讨论纳米安全性问题。这从另一个角度显示出该问题对纳米技术整体发展和实际应用的重要性。纳米材料的安全性不仅是纳米尺度下物质生物化学行为的前沿基础科学问题，也被学术界和欧美工业界认为是纳米技术大规模应用的瓶颈之一。

本研究得到了国家科技部纳米重大研究计划、国家自然科学基金委和中国科学院的支持。