高能所稀土纳米材料生物效应研究获进展

纳米二氧化铈是最重要的一种稀土纳米材料，研究表明纳米二氧化铈具有很高的表面活性，使其不仅可用作工业催化剂，亦有望作为生物模拟酶用于生物医学领域。但与成熟的工业应用相比，其生物医学应用尚处于萌芽阶段。其中一个主要的瓶颈问题是具有生物模拟酶活性的纳米二氧化铈必须满足粒径小于5 nm、表面有大量的Ce（III）等条件，而这样的纳米颗粒往往不符合生物医学应用的要求或者在生理条件下极易失活。

    中国科学院高能物理研究所多学科中心环境毒理组的科研人员发现，通过与电子供体发生电子转移，可以使原本不具有模拟酶活性的纳米二氧化铈活化，获得超氧化物歧化酶（SOD）活性，且活性远远超过天然酶。利用这种方法，不同尺寸和形貌的纳米二氧化铈均可以被活化。该工作揭示了纳米二氧化铈表面化学行为与其化学形态之间的关系，为新型纳米酶的设计提供了基础，将有力推进纳米二氧化铈在生物医学领域的实际应用。相关结果已发表于《德国应用化学》（Angew Chem Int Ed， DOI: 10.1002/ange.201410398），并入选Wiley-VCH的Hot Topics in Surfaces and Interfaces。

    高能所环境毒理组在稀土元素化学与稀土元素生物效应方面有30余年的积淀。上世纪80年代起，利用中子活化分析技术陆续开展了土壤、生物样品中稀土元素的含量与化学形态、稀土元素的植物生理效应及神经毒理的研究。成功研制了性能优异的新型掺钆液体闪烁体，用于大亚湾反应堆中微子实验，解决了重大技术难题。近年来，在科技部和基金委的大力支持下，结合所“一三五”规划，研究组充分发挥同步辐射技术在化学形态分析方面的优势，将工作重点转向稀土纳米材料的环境行为与生物效应。研究了水生态系统中的纳米二氧化铈的分布与归趋（Chemosphere， 2012， 89: 530-535； Nanoscale Res Lett， 2012， 7:84）。评价了纳米二氧化铈对多种模式生物，如大肠杆菌（Nanotoxicology， 2012， 6: 233-240； Environ Pollut， 2015， 196: 194-200）、秀丽隐杆线虫（Environ Sci Technol， 2011， 45: 3725-3730）和大鼠、小鼠（Nanotechnology， 2010， 21: 285103； Int J Mol Sci，2014， 15， 6072-6085）等的生物效应。系统研究了稀土氧化物纳米材料与植物的相互作用（Chemosphere， 2010， 78: 273-279； Nanotoxicology，2011， 5: 743-753； Nanotoxicology， DOI: 10.3109/17435390.2014.921344； Environ Sci Technol， 2012， 46（3）: 1834-1841； RSC Adv， 2015，5， 4554-4560）。首次发现纳米二氧化铈的生物转化现象，确定了转化条件（ACS Nano， 2012， 6: 9943-9950； Environ Pollut， 2015， 198: 8-14），解释了纳米二氧化铈植物毒性种间差异的机制（Nanotoxicology， DOI:10.3109/17435390.2013.855829）。研究工作两次被英国皇家化学会期刊选为封面文章发表（Metallomics， 2011， 3: 816-822；Environ Sci: Nano， 2014， 1: 459 - 465）。