（四）辐射防护与安全

探讨高能医用电子加速器屏蔽体中的管道辐射场。通过MCNP模拟计算15MV加速器机房不同角度和不同大小的穿墙管道内、外光中子辐射场。模拟结果显示，管道外口的泄漏中子主要贡献是热中子，而且其剂量率随着穿墙管道的倾斜角度的增大或管道直径减小而减小；对于典型的15MV加速器机房，单向斜穿角度不小于60度并且管道直径不大于30 cm时，可以保证管道外口泄漏中子辐射剂量满足辐射防护标准的要求。相关工作已发表在Radiation Physics and Chemistry, 2017, 140, 340。

塞来昔布对肿瘤细胞放射敏感性作用机制。研究发现肿瘤细胞中COX-2表达状态并不影响塞来昔布的放射增敏效应，塞来昔布作用后细胞的BCCIP表达明显升高；塞来昔布无法提高BCCIP稳定敲低的结肠癌细胞系；结论是BCCIP基因可能是一种与放射敏感性有关的靶点基因，塞来昔布通过对BCCIP的调控，影响p21、CyclinB1等基因的表达发挥放射增敏的效应。相关工作已发表在American Journal of Translational Research, 2017, 9(3), 1088。

（五）辐射技术应用

确定了¹²C + ¹²C碎裂反应中关键实验数据。重离子放射治疗中，重离子束流主要通过重离子的原子核和物质的原子的外层电子碰撞引起的，然而，伴随着能量的沉积，不可避免地发生各种核反应，核反应碎片导致了剂量分布的不规则，因此实验上的角分布数据以及总截面信息对重离子治疗中治疗计划系统具有重要意义。从实验上测量了¹²C碎裂的几个典型碎片的角分布数据，通过蒙特卡洛方法对数据进行了验证；结果表明，现有的蒙卡模型如Geant4中的INCL++，ABLA，QMD等模型并不能很好地重现实验数据，反对称分子动力学模型能够较好地复制实验结果。相关工作已经发表在Physical Review C, 2017, 95, 044616。

辐射发光凝胶材料的研发。辐射发光材料，在后期剂量测量中起着最重要的传感器作用，寻求一种高效而又组织等效的辐射发光材料非常重要。将常规的发光物质改性处理后，载入水凝胶中，从而获得辐射发光的水凝胶。结果证明：辐射发光凝胶的剂量响应具有线性关系，这对于剂量的测试至关重要。相关工作已经发表在Scientific Reports, 2017, 7, 41876。

（六）核能环境放射化学

1、放射性核素固体化学研究方面：

（1）发展了基于无机晶格鉴别能力的新型镧锕分离策略

通过熔融硼酸盐反应发现了新的可以最大程度鉴别三价镧系元素的晶格系统，并将这种新策略逐步推向分离应用。基于镧系元素相同条件下硼酸熔融反应中周期性变化的认识，对是否可以利用镧系元素的晶格差异性实现镧系元素间分离做进一步研究。通过控制反应动力学实现了两种镧系元素在同一反应体系内则完全选择性生成各自晶格结构，几乎不相互掺杂，因此可以利用晶体的密度差异实现不同镧系晶体间的分离。以Nd和Dy的分离为例，其分离因子高达986，且分离效果远大于以目前商业化以HDEDP为萃取剂的溶剂萃取流程(分离因子40-250)。该分离方法具有成本低，污染小，效率高的综合性优势。该工作发表在Nature Communications, 2017, 8, 14438。相关专利也已经进入实际审查阶段（专利号：106191476）。

（2）发现首例锕系的介孔阳离子框架化合物并可用于环境阴离子污染物的去除

近期合成出一例含钍的介孔阳离子MOFs材料用于高效快速去除环境中的阴离子污染物，并同周如鸿教授团队进行了分子动力学理论模拟方面的合作，结果成功发表在Nature Communications, 2017, 8, 1354。该工作利用Th的金属盐和羧酸配体在离子热的条件下合成了水稳定的介孔阳离子MOFs（SCU-8），为设计合成大孔阳离子MOFs材料开辟了新途径，也为后续超铀元素金属有机框架的合成奠定的基础。该工作利用离子热合成方法可以有效的避免钍的水解，最终合成出介孔阳离子MOF材料—SCU-8。该阳离子MOF的内部孔道直径为2.2 nm，比表面达到了1360 m²/ g，为当前阳离子MOF材料之最。此外，还通过分子动力学对SCU-8吸附PFOS过程进行模拟对吸附机理进行了探讨，这也是首次通过理论计算的方法，给出了吸附PFOS过程的驱动力情况。

（3）铀酰固体化合物用于电离辐射剂量探测

基于锕系金属有机框架的良好的耐辐照性能，近期还利用草酸和丁二酸配体与铀酰成功构筑了一个三维铀酰骨架单晶化合物并将其应用于辐射剂量探测，发现该化合物对X射线的检测下限为5.2 × 10^-4 Gy，对gamma射线的检测下限为1.64 × 10^-4 Gy。与目前最好的化学剂量计比较，该三维铀酰骨架对gamma射线的检测下限降低了大约2个数量级。该工作不仅推动了辐射探测技术的发展，也成功开辟了锕系固体化合物的又一新应用，文章发表于Angewandte Chemie International Edition, 2017, 56, 7500。

2、环境放射性污染治理方面：

（1）设计合成了极端条件下对铀酰阳离子离子具有选择性吸附分离能力的新型MOF材料

铀元素具有放射性和强烈化学毒性，因此对环境中铀酰离子的清除和监测意义重大，进行了长期的试验与探索，并同美国IBM公司周如鸿教授团队进行分子动力学模拟的合作，最新成果发表于Nature Communications, 2017, 8, 15369。该工作利用离子液体作为反应媒介成功获得有机膦酸锆MOFs单晶化合物并将其应用于在酸性条件下选择性吸附铀酰离子，为设计合成高稳定的功能膦酸锆MOFs材料用于乏燃料后处理及环境中放射性核素污染防治开辟了新路径。

（2）发现一例能够通过荧光响应准确检测自然水体铀酰离子的MOF材料

利用高稳定性、高量子产率（44.7%）的功能化Tb-MOFs材料对铀酰的选择性吸附作用将环境中微量的铀酰离子富集到孔道中，与孔道内含量丰富，分布有序的N原子配位点直接配位进而对MOF骨架的荧光产生强烈的淬灭作用。其测试结果与ICP-MS测试结果偏差保持在6.8%以内，直接印证了其在真实水体环境中的应用潜力。最后通过吸附动力学，吸附等温线，选择性吸附以及结合同步辐射技术和DFT理论计算(IBM周如鸿教授团队）对其探测的机理进行了深入而详细的研究，结果表明铀酰和裸露的氮原子发生超分子相互作用是该材料具有良好检测能力的主要原因。本工作也为理性合成MOFs荧光材料用于放射性核素等重金属离子的检测提供了新思路。该工作发表在Environmental Science & Technology, 2017, 51, 3911, 被选为ESI高被引论文。

（3）离子印迹介孔硅用于强酸强辐射溶液中铀酰离子的选择性吸附

本研究制备了一种新型的高选择性印迹介孔硅材料用于强酸、强辐射溶液中铀酰离子的选择性吸附。与非印迹介孔硅相比，UIMS-4具有更快的的吸附动力学，对铀的选择性也更高。此外，与文献中其他离子印迹材料相比，离子印迹介孔硅吸附剂可用于强酸性介质铀的吸附。并且在强HNO₃介质中，与有机磷功能化的介孔二氧化硅相比，对铀酰离子有更好的选择性。此外，材料具有出色的辐射稳定性，且可有效再生。这是第一个关于表面离子印迹的介孔硅吸附材料有效地用于从强酸性和强放射性介质中分离铀酰的报道。该部分工作已发表在ACS Applied Materials & Interfaces, 2017, 9, 29337。

（4）耐辐射微孔共轭聚合物用于铀酰离子的选择性分离研究

本工作通过Sonogashira-Hagihara交叉偶联反应制备基于三乙炔基苯的微孔共轭聚合物，并用N-乙酰半胱氨酸通过硫醇-炔点击反应将其功能化，制得一系列的耐辐射微孔共轭聚合物用于酸性水溶液中铀酰离子的吸附分离。研究了接枝率、比表面积、pH值、吸附剂用量、初始浓度和竞争离子对铀酰离子吸附性能的影响。研究结果表明，材料具有高比表面积（?610 m2/g），在298K，pH 5.5时功能化的微孔共轭聚合物对铀酰离子的吸附可在40秒内达到平衡，最大吸附容量可达到?165mg U/g，材料在循环再生5次后吸附效率并无明显变化。同时，在接收200 kGyγ射线辐照后，材料的结构及吸附效率并没有发生改变。本研究为放射性废水中铀酰离子的选择性分离提供了一种新型吸附剂。该部分工作已发表在Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5, 5123。

（5）基于普鲁士蓝纳米晶的交联温敏聚合物网络用于水溶液中铯的大容量吸附

本工作制备了一种通过普鲁士蓝纳米晶为交联点形成的温敏聚合物网络用于水溶液中铯离子的有效吸附。首先，通过自由基聚合合成温敏聚合物聚（五（4-乙烯基吡啶）高铁共磺基甜菜碱丙烯酸甲酯），随后加入三价铁离子形成交联聚合物网络PB-PSBMA。材料对铯离子的吸附效率受温度影响，在达到高临界相转变温度时，吸附效率有明显上升。同时，材料在30^oC，pH 7.0时可在4小时达到吸附平衡，符合二级动力学模型，其朗缪尔模型最大吸附容量达465.1 mg U/g。在多种竞争离子存在的水溶液中，聚合物材料对铯离子的分配系数Kd达到75 L/g。以0.5 M盐酸溶液为洗脱剂，PB-PSBMA在循环再生5次后仍保持90%以上的吸附效率。本工作首次利用普鲁士蓝的腈基将铯离子络合入普鲁士蓝的晶格中达到吸附分离铯离子的目的。该部分工作发表在Journal of Materials Chemistry A, 2017, 5, 22380。

（6）发展了一类阳离子金属有机框架材料用于富集去除⁹⁹TcO₄^-、⁷⁹SeO₃^2-等放射性阴离子  

近期成功制备一例三维阳离子MOFs材料，具有6.9 ′ 6.9 ?的一维孔道，弱配位的NO₃^-作为抗衡离子存在于孔道中。SCU-100不仅具有优异的水稳定性、热稳定性还具有强耐辐照性能（β和γ射线），能够适用于⁹⁹Tc的去除。SCU-100对ReO₄^-高选择性、高吸附容量去除的内在原因是具有不饱和金属配位点以及具有氢键网络结构。本工作也表明通过超分子配位作用阳离子MOFs材料对去除核废料中放射性阴离子具有潜在应用价值。该工作发表在Environmental Science & Technology, 2017, 51, 3471，被选为ESI热点论文及高被引论文（他引19次）。

另外，还成功设计合成了一例离子Ag⁺与联吡啶配体自组装形成一维链状阳离子晶体材料（命名SBN）。理论计算结果表明，SBR中的ReO₄^-对骨架的结合能比SBN中的NO₃^-对骨架的结合能大35.61 kcal/mol。在SBR的结构中，TcO₄^-/ReO₄^-不仅与不饱和配位的Ag⁺形成很强的Ag-O-Re的键，而且还与吡啶环上的氢形成了非常致密的氢键网络。实验分析测试结果也表明，SBR是目前报导的溶度积常数最小的TcO₄^-/ReO₄^-盐，且其在380℃结构仍能保持稳定。该结果发表在Environmental Science & Technology Letters, 2017, 4, 316。

利用二维无机阳离子骨架材料Y2(OH)5Cl·1.5H2O高效去除SeO₃^2-/SeO₄^2-的研究工作。同时结合EDS、FT-IR、Raman、PXRD、和EXAFS等表征手段对吸附前后的材料进行表征，揭示了此二维无机阳离子骨架材料对SeO₄^2-的吸附是一个离子交换过程，而对SeO₃^2-的吸附是离子交换和内层络合的机理，且以双齿双核的方式络合。本工作表明了Y₂(OH)₅Cl·1.5H₂O是一种非常高效的SeO₃²-/SeO₄²-吸附材料，具有潜在的应用前景。文章发表在Environmental Science & Technology, 2017, 51, 8606.

（七）定量生物与医学

1、纳米医药与纳米毒理学方面

（1）石墨烯刺激机体免疫响应机制

利用超级计算机的大规模仿真模拟，发现聚合物能够将纳米材料紧密地“粘”在细胞膜表面促进初始的信号传导。聚合物包被的石墨烯并不一定会对人体造成损伤。人类细胞一旦察觉到聚合物包被的石墨烯在靠近，便会发出“求助”信号，人体免疫细胞会及时响应并迁移到纳米材料入侵的位置附近。研究还表明，信号将会在细胞遇到纳米药物的6小时内发出。此外，这项还发现了一条激活机体免疫细胞并使之付诸行动的新途径，在没有对细胞产生物理损伤的情况下，聚合物包被的石墨烯刺激细胞发出信号弹，触发机体免疫系统做出反应，在此之前要达到这个目标并不容易，该发现对纳米医学与精准医学的发展都具有重要意义。相关成果发表在Nature Communications, 2017, 8, 14537。

（2）揭示石墨烯损伤细胞细胞骨架微丝蛋白机制

石墨烯会引起细胞一定程度的形态学变化，迁移能力变化，并最终凋亡。进一步的实验发现石墨烯通过破坏细胞骨架微丝蛋白（F-actin）的结构，并吸附大量的微丝蛋白引起一系列的细胞毒性。而通过对石墨烯表面进行仿生钝化处理，预先用血浆蛋白对其进行包被，能显著降低其生物毒性。另一方面，通过大规模全原子分子动力学模拟发现，由于石墨烯的强疏水性，其能够从F-actin纤维丝中两个actin蛋白的连接处切入F-actin纤维丝，从而破坏纤维丝的结构。在对石墨烯进行血浆蛋白包被时，蛋白质中的芳香族氨基酸以及碱性氨基酸引导了蛋白质与石墨烯之间的吸附。系列研究从石墨烯引起细胞骨架生物学功能变化的角度揭示了石墨烯生物毒性来源，提出了对石墨烯进行仿生钝化处理来降低其生物毒性，同时还揭示了几类重要血浆蛋白与石墨烯吸附的分子机理，为今后设计基于石墨烯的安全纳米药物提供了重要的科学借鉴。相关成果发表在Small, 2017, 13, 1602133。

（3）湿度响应性单纳米颗粒层等离子体薄膜

报道了一种湿度响应性的，具有通过浸润–去浸润转变而改变发光特性的二维等离子体纳米结构。利用DNA的杂交－导向，将金纳米粒子（AuNPs）锚定到衬底上，制备了一系列的单纳米颗粒层（SNL）等离子体薄膜。由于SNL对等离子体激元的集体响应性，通过操控纳米颗粒的浸润–去浸润转变，这些超薄二维薄膜显示出快速的和可逆的红蓝颜色变化。这也表明水合行为诱导的AuNPs之间的微观等离子体耦合，可以复制到更宏观，厘米级的薄膜。同时发现，水合能够非常好的调节SNL中金纳米粒子之间的电场分布。基于此，开发了在空间上具有各性同性发热点的表面增强拉曼散射衬底。因此，可以预期的是，DNA介导的二维SNL结构为设计和制造具有不同用途的等离子体纳米装置开辟了新的途径。相关成果发表在Advanced Materials, 2017, 1606796。

（4）高曲率纳米结构能够增强生物分子检测探针显示

高曲率电极有助于快速而灵敏地检测一大类分子分析物。首次结合全原子分子动力学模拟和电化学实验方法，研究了在高曲率平面上和相对平坦的平面上，单链DNA固定的动力学行为。发现高曲率结构抑制了相邻探针之间的DNA探针的聚合。这就导致了目标分子可以更自由地访问的探针构象。在电化学生物传感中常用的高电荷态离子存在的条件下，这种被观察到的效应受到了显著放大。在单，二，和三价阳离子存在的条件下，理论模拟的杂交程度结果与实验测量得到的结果高度吻合。在高曲率结构下，杂交电流密度随着正电荷的增加而增大。在平坦的电极表面，三价阳离子的高电荷引起了DNA聚集，从而降低电流密度和检测的敏感性。相关成果发表在Nano Letters, 2017, 7, 1289–1295。

（5）过渡金属氧化物等二维纳米材料毒理学效应研究

系统研究了多种新型二维纳米材料（包括：MoS₂，C₂N，磷烯等）与DNA，蛋白质，膜通道蛋白和细胞膜的相互作用的动态过程，及相应的分子机理。并通过研究这些二维纳材料引起的蛋白质和DNA的变性，对膜通道蛋白结构和通透性的影响，和对细胞膜完整性的影响从不同的分子层面来评估这些材料的潜在生理毒性。为这些二维纳米材料在生物医学上的应用提供重要的科学基础。相关成果发表在ACS Nano, 2017, 11, 3198.; Small, 2017, 13, 1602133.; Small, 2017, 13, 1603685.; Carbon, 2017, 121, 285.; Physical Chemistry Chemical Physics, 2017, 19, 3039.

2、计算生物学：

亨廷顿舞蹈症相关多肽链积聚分子机理。理解亨廷顿舞蹈症的发病机理是设计相关预防和治疗药物的前提，到目前为止相关的机理仍不清楚。通过大规模理论模拟揭示了亨廷顿蛋白N端第一外显子(Exon-1)中重复谷氨酰胺序列 (poly-Q)积聚的超级结构－超级紧凑似胶水，理解了poly-Q 的序列－结构－功能的关系，刻画了蛋白之间的相互作用网络，相关的发现为理解亨廷顿舞蹈症的发病机理打开了新视角。相关成果发表在Journal of the American Chemical Society, 2017, 139 (26), 8820–8827

3、环境计算化学：

CO₂在MoS₂和BN表面的吸附、脱附和气体分离。采用DFT方法研究发现可以通过调控施加在MoS₂和BN上的电场和电荷变化来控制CO₂在其表面的吸附、脱附和气体分离。通过研究发现MoS₂纳米面具有的较强的局域极性，能在外加电场的作用下发生极化作用，在电场的作用下可以和具有四偶矩的CO₂分子形成较强的相互作用，从而把CO₂从非极性或弱极性的分子的混合气体中分离出来。当关闭外加电场，由电场诱导的极化作用消失，CO₂从吸附剂上脱离出去。且对CO₂同等吸附强度下，在MoS₂上施加的电场强度仅为目前文献报道施加的电场强度的8%。相关成果发表在Nanoscale, 2017, 9, 19。