【原】只金芳研究员：科研人员要做“有用”的科学研究

近年来，金刚石的功能化应用的探索受到了前所未有的重视。从研发到市场，产业链条的整体水平都有了大幅提升。特别是，随着对纳米金刚石各种优异性质认识的深化，其在金属镀膜、磁性记录系统、储能、催化、生物医学等领域开始获得应用，且应用领域还在不断扩展，我们也从跟跑逐渐向领跑进军，但其中仍存在许多关键性问题尚未解决。

《Carbontech Magazine》编委会特邀只金芳研究员，就纳米金刚石在生物医药领域的功能化应用需要攻克的关键难题和未来临床应用前景，以及纳米金刚石新应用领域等，进行了交流和探讨。

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人物档案

只金芳

研究员（博导），1984 年毕业于南开大学，1987 年南开大学硕士学位。1995 年获日本东京大学工学部博士学位。1995 年至 1999 年，日本 NOK 先端技术研究所任研究员。2000 年至 2003 年任日本 JST 研究员。2005 年至 2006 年 12 月日本早稻田大学客座研究员。2003 年作为中国科学院理化技术研究所国外引进人才回国。长期从事金刚石薄膜电极材料，纳米金刚石材料等的应用开发。发表学术论文 140 余篇，授权专利 30 余项。先后主持和承担科技部国际合作重大项目，国家自然科学基金，北京市自然科学基金重大项目；中科院国际合作等项目。现任任中国感光学会理事，中国光催化专业委员会秘书长，常务副主任。

开拓纳米金刚石材料在生物医药领域的应用

纳米医学发展至今，俨然成为现代医疗的一个重要发展方向。近年来，科学家们积极利用纳米金刚石颗粒独特的惰性和其优异的生物相容性，对其进行各种功化设计，并将其应用于载药、标记、蛋白质分离、抗癌治疗、光催化……领域。纳米金刚石材料的多样性及应用潜力愈来愈突显，成为各国热门研究课题。

在国际上，就有这样一个团队，默默坚持纳米金刚石的基础研究的同时，兼顾应用技术的开发，在纳米金刚石材料的功能化应用，特别是在生物医药领域的应用，多年勤恳耕耘。这就是中国科学院理化技术研究所只金芳研究员的团队。

早在 2006 年，只金芳研究员的团队就开始进行纳米金刚石材料的研究。这是国内乃至国际上最早利用纳米金刚石材料的优异特性，探索其在生物医药领域功能化应用的研究团队。最初的课题是利用纳米金刚石高稳定性和生物兼容性，研究其表面的活性化修饰方法，并将其作为药物载体，附载抗癌药物 - 顺铂，用于宫颈癌细胞的杀伤和顺铂药物的缓释等体外实验。该项成果发表《Small》杂志上。多年后，这篇文章被认为是国际上利用纳米金刚石应用于生物医药方面研究的首篇论文。

随着纳米金刚石得到大家广泛的认可和关注，只金芳研究员的团队的工作得以进一步的推进，取得了许多令人瞩目的成果。如开发了基于纳米金刚石为药物载体、表皮生长因子 (EGF) 为靶向因子的药物主动靶向递送系统。并利用载带药物的纳米金刚石的特征拉曼光谱作为探针，可视化观测肿瘤细胞的对纳米金刚石粒子的内吞，迁移等状态，使其既可以用于载体，也可用于治疗（靶向药物递送），并可用于诊断（例如拉曼光谱成像、色心荧光成像）等诊疗一体化功能。最新研究成果进一步表明：高温高压法制备的纳米金刚石（HTHP Nanodimonds: NDs）粒子还可干预肿瘤细胞的生理行为，能有效抑制肿瘤细胞的迁移，并干扰细胞迁移相关的多个基因表达。并利用小鼠肺转移模型验证了纳米金刚石材料在体内对肿瘤转移的抑制效果。他们的研究成果提示了我们：纳米金刚石材料在未来的生物医学领域中不仅可作为单纯的载体和探针，更有可能通过对其表面修饰，使其本身也成为了一种“监禁”并导致“凋亡”的纳米药物。

一个领域的突破，需要科研团队的长期努力与布局

未来，纳米金刚石领域是否能取得突破性进展，需要科研人员的坚持与创新。只金芳研究员团队在过去近 20 年里，主要是集中精力于光催化的功能材料和金刚石材料的应用研究两大方向。

该团队在碳基纳米材料方向上，除去纳米金刚石材料，还在开发以纳米金刚石为前躯体制备的其他新型碳纳米材料，如纳米洋葱碳材料等，即具有洋葱层状结构的碳基纳米材料，最新研究显示：这类材料有优异的光致热特性，并有望作为新型靶向光热材料用于精准肿瘤治疗领域。

另外，基于色心纳米金刚石的研究。色心金刚石，最大特点就是荧光性非常稳定，并且高强度的荧光是通过其自身的缺陷产生的发光，在量子力学特别是量子传感方面应用非常多。这在医学领域也是一个非常重要的荧光材料。色心金刚石具有室温下稳定、无光漂白等优异性能，那么如何把这个荧光探针用在生物医药领域，然后进行多模态可视化，用来解释医学现象，例如癌症细胞增值、迁移等过程，也是只金芳研究员团队将来要做的另一个主要研究方向。

未来，只金芳研究员团队依然还会持续深入布局这两个领域，继续耕耘，解决科研难题的同时，不断创新，做出更有价值的产品。对于纳米金刚石在生物医药领域的功能化应用需要攻克的关键难题和未来临床应用前景，以及纳米金刚石新应用领域等情况，只金芳研究员也作出了详细的解释。

纳米金刚石医药领域必须要突破的关键性难题—体内毒性问题

纳米金刚石在生物成像、抗癌药物运输和癌症治疗等领域都有着非常突出的表现，但真正决定这项科学研究能否具有实际应用价值的关键在于下面难题是否被突破。

现有实验结果表明：在所有新型碳基纳米材料中，纳米金刚石材料被认为是生物兼容性最好、最安全，同时对生态最友好的材料，但纳米材料由于它本身粒径小和活性高，这些活性的小颗粒在体内的状态， 是否可以排泄出来等等，还没有完全的认知。这需要进行系统的研究和验证，包括：纳米金刚石进入生物体内的状态，如是否聚沉、粒径改变等如何影响其性能？进入生物体内后，它能不能被顺利的排泄出来，或者如何能使其完成工作后排泄出来？其对人体各种细胞的毒性如何等，这是作为一个药物（载体）必须要实证和解决的关键性问题！

目前国际上对于纳米金刚石在生物医学领域应用的研究，主要分为两个方向：体外应用和体内应用。

（1）体外应用。如添加纳米金刚石的增强牙胶材料。纳米金刚石兼有金刚石与纳米材料的特性，如高硬度、高耐腐蚀性、高表面活性、高透明度、高耐磨性等，以及良好的生物相容性，是更为理想的口腔材料。纳米金刚石复合牙科树脂可以提高牙齿修复材料原有的机械性能，改善牙齿修复材料界面性能，降低其接触角，使牙齿修复材料更易于清洁，且具有抗细菌粘附的效果。目前，这类牙胶的开发已进入临床实验。可以说是在接近产业应用的道路上。

（2）体内应用。尽管纳米金刚石在生物医药领域的研究成果不断涌现，国内外的关注也在持续升温。但是，目前尚未有进入临床的报道。临床实验是一个需要大量经费和多方支持共同完成的工作，属于需要跨界合作攻克的难题。

因此，纳米金刚石材料在生物医药领域的应用，从基础研究到市场化，还是有一条漫长的路要走。

光催化，是纳米金刚石另一个值得开辟领域

当然，纳米金刚石吸引科研人员的魅力不仅于此。近年来其在光催化领域也是引起了越来越多的关注。新型碳材料作为光催化材料的研究得到广泛的关注，如碳量子点， sp2/sp3 杂化结构的纳米金刚石材料等。

科研人员通过对纳米金刚石功能化研究发现，由于其表面常常具有一些碳杂质，或者说 sp2 碳和 sp3 碳以一个合适的比例存在的话，这类结构的碳材料具有明显的光催化性能。所谓的光催化性能就是在特定光的照射下，它会快速发生电子、空穴跃迁分离，而空穴产生强氧化能力，可以起到杀菌、分解有机物的作用。另外，在能源领域也有一些应用，例如，它可以作为一个辅助催化剂用于水光解产氢，目前这方面的研究也在逐渐得到关注。

但如何挖掘纳米金刚石材料的光催化潜力，还有很多方面需要探讨。

首先，如何进一步提高纳米金刚石光催化活性，例如，如何调整 sp2 和 sp3 结构的比例，掺杂和异质结构的调整等都需要进一步进行分子设计。其次，如何提高它对可见光的响应性。常规使用的二氧化钛光催化剂，由于其带隙较宽，太阳光谱中仅有 3%左右的 365 nm 的紫外线对其有激发作用。碳系光催化剂，包括碳量子点，纳米金刚石这种 sp2/sp3 杂化的碳基材料，是否可以通过掺杂的方法精确控制带隙，使其在可见光范围内有很好的吸收响应，从而充分提高太阳能的利用率。在机理方面，我们可能还需要进一步探讨和做一些系统的研究：表面状态，如空穴，表面缺陷将如何影响光催化性能等。

目前，除了在环境领域的处理有机污染物的应用以外，纳米金刚石作为催化剂在 CO2 还原、杀菌、固氮、水分解制氢等领域的研究还比较少，或许，这也是将来碳类催化剂的研究热点，都是一个值得探索和需要开辟的新领域。

产学研合作是支撑基础创新到实际应用过程中的重要桥梁

一项科研成果最终是否能够走到产业化应用，这是离不开企业参与的。在这个过程中，科研院所和企业分别扮演不同的角色，需要承担各自的责任，这是一个国家科技发展中的非常重要、不可或缺的环节！只金芳研究员提出，以科研工作指导产业提升产品的高科技附加值，是科研院所不可推卸的责任。科研人员不能观望，需要做一些实际性的工作，尤其在提升企业的核心技术竞争力上更应该做一些工作。

同时，企业是实现科研想法与成果实践的重要平台。有用的科学研究不会只停留在实验室，必须变成一个有用的产品或有用技术。另外，调动企业参与创新积极性，提高企业利用科研院所的成果进行产业化推进的积极性，也是科研创新的重要保障。只金芳研究员建议由企业设立一些研究院所，专职于孵化实验室研究成果，并进一步转化到产品是必不可少的一环，也是支撑科研院所的研究成果到应用产品或技术的重要一部分。

科研人员要做有用的科学研究，不要辜负国家的期望

无论从政府到科学家、企业家、投资者都非常重视创新。一个有竞争力产品的源头是创新，一个国家的发展同样离不开创新。但如何做好创新工作，做什么样的创新，这与科研人员的认知有很大的关系，这也是对每个科研工作者的灵魂拷问！

只金芳研究员认为创新是我国技术发展的大趋势，科研院所需要参与国家的创新，跟准国家的大方向，按照国家需求来做科学研究，这是一项基本工作，也是一份需要承担的责任。

另外，作为国家的科研团队，科研人员一定要做有用的科学研究，不要辜负国家的期待和投入科研经费。这也是只金芳研究员多年职业生涯一直秉承的信念。她提到所谓“有用的科学研究”，就是科研人员做出来的这些研究工作要能够用在实际上，能够造福人类，这是一个作为科学家应该具备的基本想法或者信念。

创新是一个不断积累的过程，青年科研人员能够耐得住寂寞

任何一个创新都不是凭空出来的，不管是从 0 到 1 的创新，还是从 1 到 100 的创新，都需要一个积累的过程。

青年科研人员是我们国家科技创新的主力，如果一个青年科研人员追求的是头衔、荣誉、曝光度和影响力，那么谁来做具体的工作？因此，只金芳研究员认为，科学研究是一个需要耐得住寂寞的职业，沉下心来专心做科研。只有不断积累，才能发生量到质的转变。