福州大学化学学院教授林立森：生物医学的拓荒者

　　随着科技的不断发展，纳米技术在过去几十年中日渐成熟并被广泛应用于生物医学领域。不同类型的纳米材料也相应地被不断开发出来以适应不同的应用条件。截至目前，纳米技术及材料已成为科学研究的一大热点，并有希望解决传统技术所无法解决的医学难题。基于纳米技术的广泛应用，闽江学者特聘教授、博士生导师林立森主要围绕新型功能纳米材料的设计与合成及其在生物医学领域中的应用等方面开展研究工作。研究内容涉及化学、材料、药学、生物、医学等多学科交叉领域，并取得了一系列突破性进展和原创性研究成果。

　　探索纳米医学

　　林立森从新型功能纳米材料的设计、合成、性能表征及其在生化分析、分子影像、癌症诊疗、药物递送等生物医学领域中的应用进行科研。在介孔二氧化硅@二氧化锰纳米材料领域，利用巯基与高锰酸钾的氧化还原反应，在巯基功能化的介孔二氧化硅表面原位形成二氧化锰，得到介孔二氧化硅@二氧化锰纳米材料。二氧化锰壳层均匀地包裹在介孔二氧化硅表面，可以很好地封闭介孔二氧化硅的孔口。所设计的合成思路可以扩展到其他巯基功能化纳米粒子-二氧化锰复合材料的制备。二氧化锰可被谷胱甘肽快速分解的特点，赋予二氧化锰壳层作为可控阀门的潜能，所以该纳米复合材料可作为一种生物分子响应型纳米载体。另外，基于二氧化锰与肿瘤细胞内谷胱甘肽的氧化还原反应，介孔二氧化硅@二氧化锰纳米材料能通过降低细胞内谷胱甘肽浓度来削弱癌细胞的抗氧化能力，并释放类芬顿催化Mn2+离子将细胞的内源过氧化氢转换成高活性的羟基自由基，实现增强型化学动力学治疗。

　　除此之外，他还进行了四氧化三铁-等离激元蛋黄-蛋壳结构纳米材料的研究，采用硬模板法制备蛋黄-蛋壳结构四氧化三铁-等离激元纳米颗粒，该材料的主要特点：内部空腔大小可控，能容纳客体分子（如药物、基因等）；磁性核与外界分子保持充分接触，有利于其展现距离相关的性质；外层等离激元组分具有多孔结构和可调的局域表面等离子体共振特性。通过理论模拟和实验研究证明，蛋黄-蛋壳结构的内部空腔使得四氧化三铁核与水分子保持充分接触，有利于其表现出高的横向弛豫率。多孔金壳的局域表面等离子体共振吸收可调至近红外区，具备良好的近红外光声、光热转换性质。金壳表面还能通过原位生长法修饰放射性核素64Cu。该纳米颗粒有机地整合了各组分材料的功能特性，可作为磁共振/光声/正电子发射计算机断层扫描三模态纳米造影探针。针对材料的研究，林立森结合化学氧化和超声剥落法，以大块石墨相氮化碳为原材料制备石墨相氮化碳纳米片。二维层状石墨相氮化碳具有比表面积大、水分散性好、荧光量子产率高等优点。石墨相氮化碳纳米片作为光敏剂，能在低强度的光照下高效地产生活性氧，用于癌症的光动力治疗。石墨相氮化碳纳米片具有优秀的药物负载能力和酸响应的药物释放性能，可以实现肿瘤微环境响应的药物递送。他还制备了四氧化三铁@聚多巴胺纳米材料，作为磁共振/光声双模态造影探针，并结合聚多巴胺的光热治疗特性构建集成像与治疗于一体的癌症诊疗一体化纳米平台。

　　助力肿瘤治疗

　　林立森主要从事癌症的早期诊断、成像定位及精准治疗等方面的研究工作，他首先构建了一系列可实现细胞乃至活体原位检测的肿瘤标志物传感器。肿瘤标志物的原位检测对癌症的早期诊断、治疗监测及预后评估有着重要的意义。在核酸生物传感器的制备过程中，相比于共价法固定探针分子，非共价法具有快速省时、操作简单、条件温和等优势。然而，在活细胞原位检测中，非共价修饰的探针分子在复杂生物环境中易受蛋白等影响而脱落，特异性和灵敏度大大降低。为解决该重要科学难题，他与团队利用聚多巴胺（PDA）构建了一种在血清中稳定、可用于活细胞原位检测的RNA荧光纳米传感器。发现PDA能够吸附染料标记的单链DNA探针并具备优秀的荧光淬灭能力，更重要的是探针DNA与PDA的结合相当稳定，在血清中不会发生非特异性脱落。目标分子存在时，探针DNA构型发生改变并从PDA表面脱落，染料荧光恢复。基于此原理，设计了多路复用型生物传感器用于活细胞内多条肿瘤相关信使RNA的同时检测。该传感器可利用PDA良好的近红外光热转换效应实现癌细胞的诊断同时治疗。他还研发了一系列基于芬顿/类芬顿反应的智能抗癌纳米药物。芬顿/类芬顿反应可将过氧化物转化成具有高细胞毒性的活性氧物种，化学动力学疗法利用这一特性，结合肿瘤细胞自身过表达的内源过氧化氢（H2O2）实现癌症治疗。

　　癌症是一项严重威胁人类生命的疾病，是人类健康的头号杀手。据世界卫生组织统计，2018年全球新增1810万例癌症病例（男性950万，女性860万），死亡人数达960万（男性540万，女性420万），全球癌症负担进一步加重。癌症的早期诊断与筛查，能够给患者带来更多的治疗选择，便于对癌症的有效治疗做出反应，降低发病率和治疗费用，提高存活概率。结合目前国内外癌症筛查和治疗领域的发展动态及自身的交叉学科研究背景，林立森回国后研究内容主要为构建肿瘤标志物原位检测传感器、优化肿瘤成像探针、开发协作多模态造影剂、研制基于活性氧的刺激响应型诊疗试剂等。他希望通过不懈的努力，解决癌症预防与诊治的现有瓶颈和重要科学问题，丰富和提升我国在此方面的研究实力，为人类健康事业做出贡献。