跨学科创新：《Nano Letters》上的发表如何为我迎接医学领域的革命性变革做好准备

《Nano Letters》：Interdisciplinary Innovation: How Publishing in Nano Letters Prepared Me for Revolutionary Medicine

纳米复合材料与医疗应用的创新探索：作者回顾2004年在《Nano Letters》发表首篇论文（聚偏氟乙烯/碳纳米管复合材料）的经历，阐述其如何从基础材料研究转向临床应用，包括开发可植入生物降解材料治疗感染、设计光热纳米颗粒靶向癌症和细菌、以及跨学科合作对材料功能优化的推动。

　　

我感谢20年前在《Nano Letters》上发表的论文激发了我对能够改善医学的新材料的好奇心。

在庆祝《Nano Letters》创刊25周年之际，我很高兴有机会回顾我的第一篇以第一作者身份发表的论文：《聚偏二氟乙烯-碳纳米管混合物的性质》（Reference: (1)）。我非常幸运，我的导师David L. Carroll博士从该期刊创立之初就一直是它的热情支持者，并建议我们投稿。由于这是我的第一篇论文，再加上《Nano Letters》的高声誉，当我得知论文被接受时，我感到非常兴奋。这篇论文至今已被引用超过300次，2025年仍有46次引用。

这篇论文开启了我充满挑战的职业道路，让我在深入了解如何提升材料性能以服务于先进医疗技术的同时，也获得了许多有趣的发现。让我惊讶的是，如今我竟然能够在整形外科领域领导纳米技术研究，尽管在我刚开始职业生涯时，我并不想从事与生物学相关的工作。目前，我正在指导学生修改关于半导体聚合物纳米复合材料的研究论文，这些材料可用于破坏生物膜或检测和治疗乳腺癌。如今，我致力于解决临床医生提出的各种问题，这为我提供了不断学习复杂医疗技术、合成新材料并进行材料性能研究的机遇。

回顾我的第一篇论文，我清楚地记得当时将碳纳米管与聚偏二氟乙烯混合制备薄膜，并评估其结构、光学性质、压电和热电特性。让我着迷的是，单壁纳米管的加入如何通过改变聚合物的晶态结构来显著提升其性能。这项研究激发了我进一步探索纳米结构如何改善聚合物性能的兴趣，包括增强活性成分和改善生物相容性。

撰写这篇论文的过程不仅让我掌握了纳米复合材料的制备方法，还学习了各种表征技术，如实验方案设计、退火处理、光学测量以了解颗粒聚集情况，以及使用轮廓仪测量薄膜厚度和结晶度。我发现低浓度纳米管可以通过调整薄膜制备工艺来改变聚合物链的排列方式，从而提升电性能，这让我感到非常兴奋。我还记得使用热水浴进行热电性能测量的实验，虽然这些看似基础的工作，但为后来开发用于高温治疗的控制方法奠定了基础，而这已成为我职业生涯的重要组成部分。对纳米结构的研究极大地推动了我的职业发展，让我深刻理解了结构如何影响材料的生物学行为（如促进或抑制细胞附着）。

虽然我的研究生阶段的研究重点是利用碳纳米材料治疗癌症，但由于我对聚合物有深厚的兴趣，我受邀在维克森林大学健康科学学院的整形与重建外科进行博士后研究，具体任务是开发下一代可生物降解的聚合物海绵，用于商业化的伤口护理产品（Reference: (9–12)）。作为博士后研究员，我的工作之一是开发能够解决临床问题的聚合物和纳米复合材料，其中第一个项目是开发用于修复儿童腭裂的弹性体和纳米羟基磷灰石混合物（Reference: (13,14)）。这与我的研究生研究方向大相径庭，我需要学习大量外科技术来领导一个小团队开展体内实验。这项聚合物研究自然延伸到了利用电活性聚合物改善生物材料混合物以促进周围神经修复的应用（Reference: (15–17)）。随着我在解决医学难题方面的声誉逐渐建立，一位同事指出术后感染是一个重大问题，并提出能否利用碳纳米粒子的光热特性来对抗病原菌（Reference: (18–20)）。这一有趣的探索促使我们团队在过去十年中持续开发并评估抗菌材料。

大约在同一时期，一位外科肿瘤学专家对碳纳米管在临床应用中的安全性表示担忧，他建议我开发一种新的光热剂。这让我重新回到了研究电活性聚合物的早期阶段。此时，我对半导体聚合物（尤其是噻吩类聚合物）产生了浓厚兴趣，这促使我深入研究如何调节带隙以更好地吸收近红外光，从而提高光热治疗效果。在处理这些聚合物的过程中，我遇到了将它们制成水溶性制剂以供全身给药的关键难题。回顾我在研究生阶段制备水溶性富勒烯的经验，我们成功制备了由2-乙基己基环戊二硫吩与2,1,3-苯并噻二唑（nano-PCPDTBT）或2,1,3-苯并硒二唑（nano-PCPDTBSe）共聚而成的水溶性供体-受体（D-A）纳米粒子，证明它们对癌症和细菌都具有高效的光热效应（Reference: (21–23)）。一家激光制造商对我们的纳米粒子表现出兴趣，这促使我们进一步开展临床试验研究。我们发现可以通过优化D-A聚合物的荧光或产热性能来制备用于靶向癌症的混合纳米粒子，这需要更深入地理解聚合物链之间的相互作用及其对光热转换效率和量子产率的影响（Reference: (24–29)）。尽管我们已经证明这些纳米粒子可以有效识别和杀死病原菌，但由于全身给药时会有较大损失，我们又回到了纳米复合材料的研究方向，开发出能够直接阻止细菌附着的植入式装置。

我感谢20年前在《Nano Letters》上发表的论文激发了我对新材料的好奇心，它让我经历了无数有趣的学术探索，也让我在生物学和化学领域学到了超出想象的知识，同时培养了下一代科学家，促进了跨学科创新。我很感激我的导师和优秀的学员们，他们帮助我们团队开发了用于医学领域的电活性聚合物和纳米复合材料。

很少有期刊能像《Nano Letters》这样全面涵盖纳米科学各个领域的材料开发，从而快速传播知识，使其成为一本极具影响力的跨学科期刊。我总是迫不及待地想了解最新的研究成果，希望我的团队能从中学习到不同的材料性质、创新的表征技术以及新颖的材料。我经常引导学生阅读《Nano Letters》上的论文，例如了解材料中的压电效应以及它们在人体骨骼中的应用（Reference: (30)）。其他学生则可以从这些论文中学习晶体形成、纳米粒子合成、具有优异红外吸收性能的纳米材料，以及由于聚集效应产生的余辉发光现象（Reference: (31–41)）。最近让我感兴趣的一些论文包括对MXenes材料在光热应用中的评估，以及开发能够深入穿透细菌生物膜的新型纳米粒子（Reference: (42,43)）。就在本周，我在撰写一篇关于生物膜的研究论文时，引用了一篇关于微针贴片中结合聚合物的《Nano Letters》论文，该论文探讨了这种材料在治愈糖尿病感染伤口方面的应用，非常令人兴奋且具有很高的临床价值（Reference: (44)！

在庆祝《Nano Letters》创刊25周年之际，我衷心感谢所有为该期刊做出贡献的作者和编辑们，正是他们的努力使得科学界能够持续受益于这一杰出的学术平台，它展示了纳米技术的各个方面，并不断推动跨学科创新的发展。

下图是Nicole Levi博士（右侧）正在教授学生关于半导体聚合物纳米粒子合成的场景。