一、建立机构的目的

伴随着我国经济的飞速增长和人民生活水平的日益提高,因发展而长期积累所导致的环境恶化也日益加剧。这不仅严重阻碍了我国经济的健康、可持续发展,也影响了人们正常出行和日常生活,给人民的身心健康造成了极大的危害。近年在全国大部分地区频现的大范围重度雾霾灾害性天气,更是成为国内外和社会各阶层关注的焦点。雾霾的研究与治理已是摆在我们面前亟需解决的重大国计民生问题,与之密切相关的雾霾气溶胶分析、生物效应及健康效应,对于保障国家安全、维护人民健康、保护生态环境、促进和保障经济可持续发展等具有重大意义。

气溶胶(aerosol),是指液态或固态微粒分散在气体介质中所形成的悬浮体系,主要包括矿物质与沙尘气溶胶、碳气溶胶(黑碳和有机碳气溶胶)、硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶等。雾霾,则是雾(fog)和霾(haze)的合称。雾是由大量悬浮在空气中的液体所组成的气溶胶体系;霾则是由细微固体颗粒悬浮在空气而组成的气溶胶体系。研究表明,目前“我国气溶胶浓度水平在世界范围内较高, 仅次于南亚城市, 远高于欧洲和美洲的城市与城郊区域”(张小曳等,《科学通报》,2013, 58(13), 1178)。相关研究进一步指出,气溶胶在雾霾形成中起着极为关键的作用,“我国现今雾-霾问题的主因是严重的气溶胶污染”(张小曳等,《科学通报》,2013, 58(13), 1178)。因此,欲详细了解雾霾的生物效应与健康危害,首先需要建立能快速准确地分析检测雾霾气溶胶复杂组分的方法,并进一步系统深入地研究雾霾气溶胶的生物效应及其相关科学规律。尽管气溶胶的研究已有很长的历史,但与雾霾相关的研究工作绝大多集中在气溶胶的宏观气候效应方面,而其生物效应(尤其是与人民群众生活密切相关的健康效应)的研究还很少(Altizer等,《Science》,2013, 341(6145), 514)。比如,基于对欧洲30多万人的研究结果(Raaschou-Nielsen等,《Lancet Oncology》,2013, 14(9), 813),世界卫生组织所属的国际癌症研究机构(International Agency for Research on Cancer, World Health Organization)最近首次认定大气污染会导致癌症,并认为大气污染是普遍和主要的环境致癌物(www.iarc.fr/en/media-centre/iarcnews/pdf/pr221_E.pdf)。然而因缺乏系统深入的研究(如分子、细胞和个体水平的研究),气溶胶污染是否与某些重大疾病(如癌症、心肺疾病)直接相关依然没有确定的结论(Sax等,《Lancet Oncology》,2013, 14(10), e439; Raaschou-Nielsen等,《Lancet Oncology》,2013, 14(10), e440)。另一方面,除利用观测基地实时在线监测分析技术与遥感监测技术对雾霾气溶胶进行宏观监测外,还需要从微观层次对雾霾气溶胶进行组分分析,以深入研究雾霾气溶胶的物理和化学性质和本质,并进一步考察雾霾气溶胶在分子、细胞和个体层次上与疾病的关系,揭示雾霾气溶胶的生物与健康效应。同时结合临床数据,通过合理的模型分析来揭示雾霾气溶胶与人类健康的内在关系。

与欧美日等发达国家不同,雾霾气溶胶生物效应及健康研究是我国所面临的迫切问题和特殊挑战。相关问题也引起了我国政府的高度重视,两届政府总理均主持相关会议,听取各界人士的意见和建议,商讨并部署相关措施。在“十二五”期间,国家将调动资金人民币34000亿元投放到生态环保领域,而与雾霾相关的投资就有3500亿元人民币。各个省市也都加大了在此领域的投入力度,2013年仅江苏省在相关领域(节能环保)的预算就高达人民币8500多亿元。近年来,国家高技术研究发展计划(863计划)、国家重点基础研究发展计划(973计划)等也都对相关的基础与应用研究给予了连续的重点支持,仅2002年与气溶胶和雾霾相关的973项目就有7项。国内的一些兄弟院所,如清华大学、华中科技大学、中国气象科学研究院、中国科学院等在此领域都建立了自己独立的研究机构(如国家重点实验室、研究所、研究中心等),并利用这些支撑平台承担了大量的国家重大科研项目。南京大学在化学、材料、物理等相关领域有着深厚的研究基础,软硬件环境得天独厚,在生物医学工程与生命分析科学领域也有着不俗的实力。但在雾霾气溶胶的生物效应及健康研究方面,缺少一个创新能力强、研究口径宽、基础与应用研究并重的综合型协同研究机构和平台,这成为该研究方向的一个瓶颈,导致缺乏竞争国家重大研究项目的优势,难以应对国家重大需求导向科学研究与国家亟需社会问题的挑战。

南京大学通过全球遴选,聘请了聂书明教授担任现代工程与应用科学学院院长并兼任生物医学工程系系主任。聂书明教授长期从事纳米材料和纳米医学的研究,是该领域的国际领军人物。自现代工程与应用科学学院正式启动以来,在研究设施、人员构成等方面进行了全面的规划与建设,仅生物医学工程系就已经引进国家千人计划入选者2位国家青年千人计划入选者3位,江苏省特聘教授1位,南京大学讲座教授2位。董林教授长期致力于负载型金属氧化物催化剂的制备、表面物理化学性质及其在大气分子污染物(特别是NO,CO等)的吸附和催化消除方面的基础与应用研究,是该领域的知名专家。董林教授现为现代分析中心主任,并担任江苏省机动车尾气污染控制重点实验室主任,近年来组织一批专家和科研人员,已在雾霾气溶胶的分析监测与治理研究方面取得了比较丰富的研究成果。周正扬教授为南京大学医学院附属鼓楼医院医学影像科主任医生,博士生导师。周正扬教授不仅有着丰富的临床经验,在基础研究方面也有极其扎实的理论功底。已在多排CT与MR的基础和临床应用研究及磁共振淋巴造影对肿瘤转移性淋巴结定性诊断的基础和临床研究等领域取得了比较丰富的科研成果。综上所述,在人员构成方面,南京大学现代工程与应用科学学院已经完全具备成立气溶胶生物效应与健康研究中心的条件。

本研究中心的建立,有利于提升我校在雾霾气溶胶生物效应与健康方面的科研实力、完善我校的学科布局、吸引相关领域的优秀人才。在中心建设过程中,将逐步建立一支具有南京大学特色的优秀人才队伍;在中心建成后,将为国家储备和输送相关的特色人才。本中心建立后,在争取国家重大科研项目开展雾霾气溶胶生物效应与健康基础研究的同时,还将开展“校-院-地”合作(如与中国科学院国家纳米中心及石家庄市合作),并进一步筹建雾霾气溶胶生物效应与健康研究方面的国家研究机构,力争使本中心发展成我国雾霾气溶胶生物效应与健康研究、人才培养及产业化研发、相关国家智库的重要基地,有力推动我国科技与经济的发展。同时,中心的研究成果将为政府的科技决策以及雾霾气溶胶污染防治等提供理论和技术战略支撑。

二、科研方向、特色和主要任务

(一)、科研方向

气溶胶生物效应与健康研究中心将基础研究与应用研究并重,集中开展以下几个方面的工作:

雾霾气溶胶的微观分析

该方面研究工作主要依托现代分析中心和江苏省机动车尾气污染控制重点实验室展开。将通过重点采样和实验室分析,揭示雾霾气溶胶的物理化学性质和组分(如所含重金属、多环芳烃、病菌等的种类、含量等)。以此为基础对雾霾气溶胶的物理化学分析方法、具体实施技术和标准进行研究并给出改进完善方案,为快速、深入分析检测雾霾气溶胶等提供国家层面上的技术战略积累。

雾霾气溶胶生物效应

该方面研究工作主要依托现代工程与应用科学学院生物医学工程系展开。利用现代工程与应用科学学院的科学平台优势,结合先进的生物医学工程分析技术,以及材料学、光学等丰富的研究经验,从不同的生物层次,在分子、细胞、器官组织、个体(动物)水平上,全面开展气溶胶的生物效应研究(包括毒性的研究)。系统研究气溶胶的尺寸、化学组分、表面成分、浓度等对心肺疾病、呼吸系统、心血管系统、神经系统、免疫系统、癌症、遗传、出生缺陷等的影响,并研究其急性和长期毒性,深入理解气溶胶的生物效应机制(及与人类密切相关的健康效应机制)。

雾霾气溶胶的健康与临床研究

该方面研究工作主要依托医学院和附属鼓楼医院展开。基于雾霾气溶胶的组分分析数据,并结合临床数据分析及模拟性实验等,通过合理的模型分析来揭示雾霾气溶胶与人类健康的内在关系。并着重研究雾霾气溶胶与一些重大疾病的关系,及人体(尤其是对雾霾敏感人群)对雾霾气溶胶的急性和长期反应。

(二)、科研方向

通过系统地开展上述基础与应用研究工作,气溶胶生物效应与健康研究中心拟完成以下几个方面主要任务:

加强学科建设

雾霾气溶胶生物效应与健康研究是一门多学科交叉的研究方向,需要化学、材料、物理、分析科学、基础医学、临床医学等多领域的学科知识及研究手段。南京大学在这些基础学科领域有着雄厚的综合实力和优良的学术传统,在国内外学术界享有盛誉。我们将对现有的优势学科进行交叉、凝炼,再进一步扶持发展,必能形成我校现代工科新的增长点乃至新的优势学科——生物医学工程学科。而雾霾气溶胶生物效应是这一学科的重要组成部分,该研究中心的建立将进一步推进基础学科的交叉融合,推动学科成长,完善我校新型现代工科的布局,使得该学科发展成为国内乃至国际一流并与南京大学地位相匹配的强势学科。这也将提升南京大学的基础与应用研究水平,提高国际学术影响力和竞争力。

人才培养与队伍建设

气溶胶生物效应与健康研究中心的另一个重要任务是培养科研新生力量,造就一流科研队伍。中心成立后将形成一支年龄及知识结构合理、竞争力强、创新能力高的人才队伍。同时,该中心将承担生物医学工程方向的本科及研究生的部分专业课程,并培养硕士、博士研究生,为我国该领域培养、储备和输送领军型的基础研究及产业化复合人才。

开展健康研究,提高人们的生活质量

气溶胶生物效应与健康研究中心除开雾霾展气溶胶生物效应的基础研究工作外,还将密切结合实际,开展雾霾气溶胶的临床应用研究。在雾霾气溶胶与一些重大疾病的关系,及人体(尤其是对雾霾敏感人群)对雾霾气溶胶的急性和长期反应等方面,将与附属鼓楼医院紧密合作,开展临床应用。这将为提高我国人民的生活质量做出应有的贡献。

为国家科技决策提供技术支撑

在雾霾气溶胶的分析检测及其生物效应与健康研究所获得的相关科技成果不仅将为国家政府部门的环保研究、疾病诊断与治疗提供技术方法等具体科学研究的支持,还将为国家重大科技政策的制定提供国家层面上的战略积累。

气溶胶生物效应与健康研究中心的特色是依靠现代工程与应用科学学院现代工科的优势平台,与现代分析中心、江苏省机动车尾气污染控制重点实验室以及医学院和附属鼓楼医院等特色研究密切结合,开展相关的基础与应用研究工作。该中心的核心研究方向既有深刻的科学内涵和意义,同时也与国家重大需求、科技决策密切结合;由于研究方向的多学科性质,该中心由现代工程与应用科学学院、现代分析中心、医学院及附属鼓楼医院共同建设,是一个综合性的协同创新平台。

(三)、特色

校内没有同领域机构。江苏省机动车尾气污染控制重点实验室,是气溶胶生物效应与健康研究中心的支撑平台,是中心建立发展的关键之一。污染控制与资源化研究国家重点实验室(与同济大学合建),其主要研究领域为水污染治理和区域环境管理与规划等,与气溶胶生物效应与健康研究中心的研究无交叉重叠。气候与全球变化研究院,主要研究方向为气溶胶及其相关的多种大气参数的长期、连续宏观观测,与气溶胶生物效应与健康研究中心的微观分析及生物效应与健康研究为相互补充关系。

三、主要学术带头人基本情况

姓 名

学历

专业技术职务

专 业

聂书明

博士

教授

生物医学工程

董林

博士

教授

物理化学

周正扬

博士

教授/主任医生

医学影像学

聂书明教授,美国西北大学博士,斯坦福大学博士后。2011年10月出任南京大学现代工程与应用科学学院院长。2012年入选中央组织部第八批千人计划。

拟任雾溶胶生物效应与健康研究中心主任。

2002年起任埃默里(Emory)大学和乔治亚理工(Georgia Tech)合办的生物医学工程系教授,2005年晋升为Coulter杰出讲席教授和纳米生物医学中心主任。自从2004年以来,主持了4个跨学科大型项目,还参与了多项有关纳米生物、癌症和心血管病的大型课题。在Science、Nature Biotechnology、Nature Nanotechnology、JACS等刊物发表高档次学术论文200多篇,引用超过35000次。在北美、欧洲和亚洲作邀请报告和大会报告近450场。此外,有多项发明专利已为美国5家公司提供了核心技术,主要用于生物检测、分子诊断、手术器械和靶向药物。

1991-1994年获 Whitaker基金会生物医学工程奖励基金;1996-1998年获贝克曼基金会贝克曼青年发明者奖励基金;1999年获 BFGoodrich 学院发明家奖;2000年获国家基金委海外杰出青年奖(清华大学);2005年获英国 Rank光电子奖(The Rank Prize);2006年获教育部长江学者讲座教授(湖南大学);2007年当选美国AIMBE医学与生物工程Fellow;2007年获德国 Merck分析化学奖;2008年获乔治亚州癌症研究成就奖;2010年获技术创新奖 (Innovation of the Year);2010年获埃默里大学医学院 MilliPub 论文奖(4篇开创性论文,每篇被引用1000 次以上);2011年获美国NIH院长Transformative Research奖;2012年获埃默里大学技术转让奖;2012年获《自然》杂志迈阿密年会的特别成就奖 (与加州大学 Paul Alivisatos教授分享)。

董林教授,男,1963年3月5日生,博士,南京大学化学化工学院教授,博士生导师。1995年毕业于南京大学化学系物理化学专业,获理学博士学位。1995-1997年在物理系凝聚态物理专业博士后流动站工作,1997年起在南京大学化学系工作。2000-2001年在法国科学院催化与水处理实验室工作。2003年2月-2003年8年在西藏大学化生地系从事教学和科研工作。2005年9月起任化学化工学院副院长。2008年5月任现代分析中心主任。现为江苏省机动车尾气污染控制重点实验室主任,全国高校分析测试中心研究会理事会副理事长,教育部高等学校化学基础课程教学指导委员会委员,中国稀土学会催化专业委员会学术委员会委员,CMA/CAL实验室资质认定评审组国家级评审员。先后主持(或参加)过国家“973”、自然科学基金重点和面上项目、江苏省创新学者攀登计划、江苏省工业支撑计划、留学回国人员基金和博士点专项基金等多项。已正式发表SCI研究论文百余篇,申请专利9项,授权一项。2001年获中国高校科学技术二等奖(第二完成人)。研究工作主要集中在纳米材料的制备科学、负载型金属氧化物催化剂的制备科学和表面物理化学性质研究以及有关大气分子污染物的吸附、催化消除方面。目前,在“环境催化”研究方向(特别是关于大气污染物NO,CO等的消除方面)形成了一支由青年教师、博士和硕士研究生(约20人左右)参加的研究小组。

周正扬教授,男,1964年2月生,博士,主任医生,南京大学医学院教授,博士生导师,附属鼓楼医院医学影像科副主任。入选江苏省“六大人才高峰”和南京市中青年学科带头人。近五年先后主持国家自然科学基金、国家卫生和计划计划生育委员会(卫生部)基金、江苏省自然科学基金,以及省、南京市科研课题7项。主要致力于多排CT与MR的基础和临床应用研究,取得了不俗的科研成果。以第一作者(或通讯作者)已正式发表SCI研究论文10篇,中华系列论文3篇,申请国家发明专利2项,授权一项。目前,在肿瘤及淋巴结转移的分子和功能成像研究方向形成了一支由中青年医师、博士和硕士研究生(约12人左右)参加的研究团队。

四、机构人员编制、用房以及设备等情况

气溶胶生物效应与健康研究中心设立于现代工程与应用科学学院,以现代分析中心、江苏省机动车尾气污染控制重点实验室、医学院和附属鼓楼医院为依托。

本中心的人员构成以聂书明教授、董林教授、周正扬教授为核心,以来自现代工程与应用科学学院、现代分析中心、医学院、附属鼓楼医院和江苏省机动车尾气污染控制重点实验室的教授、副教授为学术骨干,并从国内外适当引进高水平的教授、副教授,构建一个稳定、高素质的研究团队。同时,本中心将与中国科学院国家纳米中心、石家庄等开展“校-院-地”合作,推动国家雾霾研究中心的建立与建设。

本中心规划的人员编制包括:高级职称研究人员12名,中级职称研究人员8名,工程技术人员3名。

本中心用房包括:办公用房:40平方米;实验用房:200平方米。以上用房部分依托现代工程与应用科学学院(含仙林工学院大楼)、现代分析中心、医学院和附属鼓楼医院。