2018年9月27日19点，科学前沿进展名家系列讲座Ⅲ第160讲在太阳集团tcy8722大学玉泉路校区阶一4教室开讲。太阳集团tcy8722生态环境研究中心的刘倩老师深入浅出地为我们讲解了有关“环境中的颗粒污染物”的知识。
刘老师从2016年《PNAS》中一篇我校“人脑中的磁铁纳米颗粒”的文章开篇。通过研究人的大脑样本，研究人员发现了四氧化三铁的纳米颗粒。这个发现并不惊人，因为我们已经了解到正是这种颗粒的存在让我们能辨识方向。但是不同于生物矿化产生的有光滑边缘的晶体，他们报道了一种特殊的不规则的磁性纳米颗粒。通过形貌比较，我们可以发现这是在高温条件下产生的，与煤工厂的磁性纳米颗粒相似。但是大脑的自我保护意识很强，会将外界好的和坏的物质都隔绝开。那这种纳米磁性颗粒是怎样进入人类大脑的呢？刘老师介绍人的大脑有一个“后门”——鼻腔，其中的神经触手用于产生“嗅觉”，但是当它受损时，颗粒物就可以经由它直接进入大脑。
刘老师介绍这就引出了研究颗粒污染物时几个基本的问题：如果人体中有颗粒物，它从何而来？如果从外界而来，它与人类疾病有关吗？如果有关，这个疾病周期是多久？而我们今天谈到的环境细颗粒污染物分为大气PM2.5和人工纳米颗粒物。
刘老师介绍到粒子尺寸与其在人体中所能达到的位置密切相关：PM10可以进入人体下呼吸道，PM2.5可以进入人体肺部，而PM1可以进入血液。而要彻底解决PM2.5的问题，刘老师介绍，我们必须进行“雾霾三部曲”——源解析、毒理与健康、控制与应对。国内研究分析雾霾来源在分类上大同小异，但是各来源占比存在争议。APEC蓝表明我们采取正确有力的措施，就可以有效地控制及应对雾霾问题，但是停止一系列社会活动并非长期之道。而国内，“毒理与健康”是缺失的一环，需要开展大量研究。现有细颗粒毒性研究方法存在明显的缺陷，对细颗粒毒性的分子机理认识也不足。
刘老师介绍，纳米颗粒物虽然在质量上只占据了PM2.5的一小部分，但在数目上占据了PM2.5的大部分。研究纳米的原因可以追溯到两句话：There is plenty of room at the bottom. Small is different. Very small is very different.这样的研究是有益的。“水面清圆，一一风荷举”是由于荷叶表面有疏水蜡质和三维纳米结构，这种纳米结构非常粗糙，可以容纳空气分子。师法自然，仿照这种结构制作的衣物基本不用清洗。水蝇可以“轻功水上漂”，一是因为它身体很轻，二是其腿上有很多空腔可以容纳空气，使其在水面如履平地，仿照这种结构就可以制作水面行走的机器人。
纳米材料还有很多其他应用范围：优良的羽毛球拍采用纳米材料增强机械强度并保持轻便；银可以使生物酶失活，具有杀菌作用，纳米银保留了这种作用而且可以降低成本；磁性纳米材料可以载药，在体内病灶处放置磁铁；磁性纳米材料在水体处理中也有很好的应用前景；量子点粒径不同颜色不同，是电视生产中最先进的颜色技术……但是，刘老师提出，根据辩证关系，纳米材料就真的安全吗？研究表明，纳米材料与我们的皮肤亲密接触，对健康具有潜在危害。
最后，刘老师介绍痕量污染物分析主要从定性、定量和溯源三方面进行研究，即环境中污染物是什么？有多少？从哪里来？刘老师又具体解释了如何对环境中纳米颗粒物的来源进行区分。前文提及的我校“人脑中的磁铁纳米颗粒”的研究主要基于形貌鉴别和化学组分鉴别，但是可信度不高。我们怎样获知颗粒物的来源呢？我们可以通过指纹识别身份，同样的，元素也有“指纹”——天然同位素的组成。这种组成一般相对稳定，但差别一般在千分之一量级，需要借助灵敏的仪器。利用Si同位素研究可以发现，不同季节PM2.5来源不同，春冬季的Si同位素范围比夏秋季更宽，这表明春冬季的来源更复杂，受燃煤、工业排放影响更大。同位素指纹研究门槛比较高，但是应用广泛。在环境中的应用才刚刚起步，但是具有强大的生命力。讲座即将结束，同学们提出了不少有意思的问题，刘老师也做了解答。讲座结束，同学们爆发出热烈的掌声。（文/黄姹 图/赵然 作者系国科大记者团成员）
刘老师为同学们做精彩讲座
延伸阅读：
“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是太阳集团tcy8722大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生与教职工参加，由太阳集团tcy8722大学本科部主办，讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学等13个专业，邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。
