人工肾脏未来将为亚健康人群服务，延长人
王铁研发的血液净化仪器不仅可以用于高危病人，也可以让普通患者使用。
文：《千人》杂志记者黄娜娜
原标题：《王铁：纳米技术与医学如何碰撞出火花？》
注：原文载于《千人》杂志年第69期，转载请注明来源，未注明来源转载将视为侵权。
纳米技术是20世纪末成熟起来的一个学科领域，在21世纪时成为世界各国竞相逐鹿的一个热点，它的兴起对快速发展的中国来说，既是一个严峻的挑战，又为我国实现跨越式发展提供了难得的机遇。纳米技术对现代社会的影响是显而易见的，在信息、环境、医药、生物、能源等许多领域都有纳米技术的存在。那么纳米技术与医学又能碰撞出怎样的火花呢？带着这个疑问，杂志专访了中国科学院化学研究所研究员王铁博士，请他讲述自己在纳米科技领域的探索与创新。
王铁，中国科学院化学研究所研究员
机缘巧合之中，与纳米材料结下不解之缘
“最早开始接触到纳米材料研发其实是个非常偶然的机会，”王铁说，“读博士的时候，有个课题是做生物燃料电池，做这个的关键是催化效率要高，在寻找解决办法的时候，我发现纳米技术可以有效提高生物燃料电池的催化效率，就这样，我在机缘巧合之下接触到了纳米材料。”五年半的博士生涯，让王铁与纳米材料结下了不解之缘。
年王铁出国深造，主要从事Ⅴ、Ⅵ族窄能量间隙的半导体纳米材料在热电转换和节能方面的应用研究，年，王铁开始接触纳米材料组装工作，此时他对纳米科技领域的研究进一步深入。直至年，王铁回国加入中国科学院化学所活体分析化学重点工作室，从事新型纳米材料的制备与组装工作，研究纳米在环境、医药、新能源等领域的应用。问到王铁为什么回国，他坦言：“十年前回国的人还是很少的，现在愿意回国的人就很多了，国家对科研工作越来越重视，各个方面的支持力度都非常大，科研条件和国外基本等同，甚至比国外更加优厚，这样我肯定是更想回国的，回来之后可以做我想做的事。”
在国内外从事了十多年的纳米技术研究，王铁表示：“中国目前有两个领域可以说是跟世界先进水平并驾齐驱的，一个是材料科学，一个是化学科学。而在这两者里面，中国的纳米技术目前在国际上均处于领先地位。”纳米技术在实际生活中的运用十分广泛，诸如我们平常用的电子产品，化工行业使用的催化剂和现在很多领域都被广泛运用的石墨烯等。尽管纳米材料应用范围广泛，但王铁最熟知的还是医学领域，医学领域的填充材料与检测材料，以及一些靶向药物都有用到纳米技术。
携志同道合者，完成纳米技术门槛跳跃
每个科研人员研发出来的项目，最后都是期望能够造福人类的，在做科研成果转换的时候，王铁遇到了市场、人员、渠道、资金等多种问题。“虽然国家政策放开，但是面对不同项目，这些政策执行起来各个地方还是有差异的，每个科研工作者都有自己的诉求，遇到的困难也都不一样，尤其现在市场偏向于投较成熟的项目，而现在的科研工作者的项目大多处于初期阶段，资本不愿意进入。”对这些现状，王铁感同身受。
“这些也是科研人员创业的失败率很高的原因。另外，对初创人员来说，除了政策支持，他们还需要市场、资金、人员等其他方面的支持。很多科研人员只懂技术不懂市场，做市场又缺经验，又缺资金，所以说要想成功，最好办法是帮他配备相关的专业平台，提供专业人员，要专门做市场的人去做市场，做技术的人做技术。”王铁希望与相同经历的科研人员去完成一个门槛跳跃，先打破市场壁垒，再回头协助更多的科研人员去实现成果转化。
谈到以后的科研工作需要哪些支持，王铁认为，现在国家政策对科研十分重视，科研环境大大改善，但是对于很多科研创业人员来说，市场能够给的时间还是太少了。
在国外，搞科研的人更多是出于爱好和个人的兴趣来做事情，可能并没有具体的指标，科研人员研究一个项目，可能三五年都没有结果，甚至很多东西研究出来才发现它短期内没有价值，可能十年之后它的价值才会体现出来。
而国内是以目标为导向的，更注重短期成果，一个项目立项之后，短期效果比较明显，可能十个项目里有七八个都是成功的，但是没有像国外研究的项目那样深远长久的影响。“希望国内能够有一个更加宽松的科研环境，科学工作者能真正的不为琐事所扰，不用只考虑眼前的价值与利益，届时不仅是纳米科技，其他科技也都会得到更长远的发展。”王铁说。
纳米与医学的美丽邂逅
王铁在纳米技术上做过许多尝试，例如利用纳米材料有效提高能源使用效率，利用一些具有特殊功能的纳米粒子，引入功能型纳米粒子，开拓新的研究领域；开发纳米粒子表面性质的高灵敏单分子检测技术，研究反应机理，从分子层次理解反应过程，提高产率以及转换效率。这些经验给纳米技术与医学相结合奠定了坚实的基础。
王铁将纳米技术运用于医学领域的研究主要有两个方面：一是肿瘤检测，二是血液透析。
现代社会，癌症已成为危害公民健康的头号“杀手”，平均每天超过1万人被确诊为癌症，每分钟有7人被确诊为癌症。但是由于医学的进步，只要能够提前检测到，癌症早期的治愈率可以达到百分之九十以上。对此王铁进行了认真地思考，怎么运用到纳米技术提前检测到肿瘤信号呢？直到德国的一项科学研究发现进入到他的视线，这个疑问才得以找到答案。
德国科研工作者发现，嗅探犬辨别肺癌与肺呼吸道疾病的准确率高达71%。为什么狗能闻出人是否得了肿瘤？最显著地原因莫过于狗拥有人类远不能及的嗅觉。人体有两个很重要的代谢途径，一个是排泄系统，就是尿液，还有一个途径就是呼吸循环系统。如果产生疾病，病人呼出的代谢产物就跟正常人不同，狗敏锐的嗅觉能区分其中的差别，因此只要研发出灵敏程度与狗类似的仪器，就可以有效检测出人是否患有肿瘤，而纳米技术恰好能够极大提高设备的检测性能，其原理在于：纳米粒子间存在的拉曼活性位点是影响拉曼增强因子的重要因素,即只有在纳米粒子团簇表面上才能得到最大的SERS信号。
在光谱分析方法中,拉曼光谱,特别是表面增强拉曼技术(Surface-EnhancedRamanScattering,简称SERS)可以进行超高灵敏度的非标记无损检测,非常适合用于人体呼出物的组成识别,也非常适合在临床上作为一种迅速、无创的诊断筛查工具。因此基于纳米粒子自组装过程SERS基底的制备,王铁设计出相关仪器,将该技术应用于癌症体外呼出物检测。目前该仪器已经开始进行测试。
“这个测试的任务很繁重，但成功之后对社会的影响非常大。”王铁说。展望未来，王铁希望，这项技术不仅可以检测人是否得了癌症，还可以检测出癌症的阶段与类型，只要是跟上呼吸道有关的疾病，都可以通过这个方法来检测。
王铁在医学领域的最新研究是血液净化仪器，仪器中用到的部分材料由纳米宽度的导线组成，它们的顶端一旦碰到细菌便会卷起来，形成可牢牢抓紧病原体的爪子。它的灵感来源于王铁给女儿培育的一颗捕蝇草，蚊虫一旦靠近，就会被捕蝇草的叶子牢牢抓住。
血液净化仪器通俗来讲叫人工肾脏，主要用于血透。人的生命活动需要不断地从饮食中获取营养，这些物质首先进入血液之中，由血液运送到人体的各个细胞，借以维持生命活动的需要。与此同时，人体细胞在吸收这些营养物质后，也会不断地产生废弃物质，这些废物首先进入血液，随后由肾脏帮助把血液中的代谢产物排出体外。
当人的肾脏出现了问题，血液中的各种代谢废弃物质无法排出，就会产生细菌。如果体质比较好，身体里的白细胞与抗体就可以把血液中的细菌杀死，体质不够好就需要用到抗生素，但现今社会由于抗生素滥用，很多细菌产生抗体，以致抗生素无法杀死细菌，就会出现血液感染，从而可能引发各种并发症，严重可导致死亡。如高血压、血栓、血脂、糖尿病、肥胖症等疾病的根源多是肾脏出了问题，而当肾脏无法帮助人体排毒，就需要用到血透代替肾脏功能。
血透针对的是肾衰竭等高危病人，普通人并不适用。而现阶段的血透价格高昂，且功能十分单一。在通过血透净化病人血液的过程中，医生将针头扎进病人的一条胳膊，导出病人的血液并使其通过某种净化设备，然后再从病人的另一条胳膊将血液输回其体内。然而，血液流动的速度很快，净化材料有时难以稳妥地抓住捕捉到的细菌，于是有一部分细菌可能又会被冲回血液中，以致于血透的效果大打折扣。
因此王铁团队的科研结果具有非常重要的意义，在由三维碳泡沫材料制成的透析液中，泡沫是用纳米线连接起来的。而这些多晶体纳米线的顶端有探测装置，可以识别细菌，并且很容易弯曲，形成三维的纳米利爪，当接触到一个细菌时，纳米利爪立即卷起来，捉住细菌并保证它不被血液冲走。
当然，王铁研发的血液净化仪器不仅可以用于高危病人，也可以让普通患者使用。在血透过程中，纳米利爪可以抓住血液中各种不利健康的代谢物，比如导致肥胖、糖尿病等疾病的血糖、血脂成分，将极大得利于人体健康，而且还可以降低很多慢性病的患病几率，提高人的寿命。采访中，王铁表示，希望后续的研发能够赋予血透更多的功能，并不断降低血透的成本，让更多的亚健康人群都可以使用这项技术。
结语
年至今，王铁从事科研已有20年了，当记者问到长时间的科研工作会不会枯燥时，王铁语气很轻快：“什么叫枯燥？当你做不喜欢的事时，自然就枯燥了。而做科研是我感兴趣的事情，怎么可能感到枯燥呢？再让我做20年这也是一件有趣的事。”
最后，王铁对科研工作者提出了三点寄语，第一是要有自豪感，对自己做的科研项目报以肯定，真正是对发明创新有兴趣，认为这是个有成就感的事业。第二是一定要耐得住寂寞，要接受坐“冷板凳”，只有学会适应成功之前的寂寞，坚持不懈，才有可能成功。第三要有信心，对于自己所做的创新要有绝对的自信，相信自己坚持一定能够成功，相信这是一个对人类和社会有意义的东西。
“我搞了20年科研，做过很多次实验，经历了无数次失败，也曾经灰心丧气过，能坚持到现在，需要非常大的信心，做科研是件非常有意义的事。”王铁说。
黄娜娜赞赏