纳米材料生物效应研究组的主要研究方向为纳米材料的生物效应、毒理学效应和环境安全性研究，以及功能环境纳米材料的开发和应用。

（1）生物模型与分析新方法研究。基于细胞和动物模型的纳米材料生物暴露体系及效应评价方法的构建；纳米材料与生物相互作用的原位表征方法；非标记纳米颗粒的成像及动态示踪技术等。

（2）纳米材料生物效应机制研究。纳米材料与生物大分子的相互作用；纳米材料毒性效应的分子机制；纳米材料的环境行为与效应等。

（3）功能环境纳米材料的开发和应用。新型环境纳米材料的设计与合成；微生物组-材料界面强化降解耦合技术；纳米材料在抗菌、环境检测、绿色生产、污染物消除等方面的应用。

胞内非标记纳米颗粒示踪

　　本课题组在非标记纳米颗粒活细胞成像方面取得重要进展，相关研究成果以封面文章在顶级化学期刊《Journal of the American Chemical Society》上发表。

　　纳米材料在众多领域，特别是生命科学和医学领域得到广泛应用，其环境与健康风险备受关注。实时观察纳米颗粒的细胞摄入、胞内分布以及转化过程，对于深入了解和准确把握纳米颗粒的生物学特性及其安全性评价具有重要意义。对于非标记的纳米颗粒，现有的技术手段，如电子显微镜和暗场显微镜，均不能做到长时间的实时观察，特别是不能实现对纳米颗粒和生物分子的同时示踪观测。针对该科学问题，宋茂勇研究组开发了一种基于共聚焦显微镜的散射光成像新技术，实现了对活细胞内非标记纳米颗粒和荧光标记生物分子的同时成像。

　　本课题组发现百分之五十的激发光可以通过共聚焦显微镜中二向色镜全反射波长和全透射波长之间狭窄的“cut-on/off”过渡区。利用这一特性，可在共聚焦显微镜荧光通路模式下对胞内纳米颗粒的散射光进行成像分析（散射光成像，SLi）。研究表明，借助于光栅分离波长，可以用不同通道同时收集纳米颗粒的散射光和荧光标记生物分子的荧光信号，从而实现两者的同步观测。SLi成像模式可以分辨胞内20-100纳米不同尺寸的纳米银颗粒（空间分辨率10纳米），并实现胞内纳米颗粒24小时的超长连续观察。该方法可在单颗粒水平研究纳米颗粒的跨膜运输、胞内分布、转化过程以及和生物大分子的相互作用，有望在纳米医学和纳米毒理学研究方面得到广泛应用。

四溴双酚A的胚胎发育毒性研究

　　本课题组利用活体成像技术和转基因标记斑马鱼研究了四溴双酚A在斑马鱼胚胎血液发生过程中的毒性效应和甲状腺激素信号通路在毒性机制中发挥的作用，为评估四溴双酚A对水生动物的生态风险奠定了基础。研究结果以封面文章发表在Environmental Science & Technology。

　　四溴双酚A是目前全球使用最广泛的溴代阻燃剂。四溴双酚A容易在水生动物体内特别是在其卵和胚胎中累积，因而其对水生动物带来不可忽视的生态风险。过去多个研究组报道了四溴双酚A暴露可引起斑马鱼胚胎尾部的血红细胞淤积，但是对该缺陷的发生过程和毒性机制仍不明确。本研究组利用活体成像技术，发现红细胞淤积发生在在胚胎血液循环建立的起始阶段（24-26 hpf），主要表现为尾部静脉的扩张。研究组进一步利用转基因标定斑马鱼的成像和流式细胞定量分析，发现四溴双酚A诱导起初级造血组织内细胞团（ICM）的扩张导致了尾静脉形成粗壮的结节状导管，而不是形成编织状静脉血管丛。该研究揭示了四溴双酚A干扰初级红系发生是其发育毒性的起始因素，进而干扰血液循环的正常建立，使得回流至心脏的血液减少，造成血液循环损伤。红系造血发生受到包括甲状腺激素信号通路在内的多个信号通路影响。通过药物拯救实验，研究组发现甲状腺激素拮抗剂胺碘酮几乎能完全拯救四溴双酚A造成的尾部血岛发育缺陷，暗示了四溴双酚A的甲状腺激素干扰活性和甲状腺激素受体信号通路在毒性机制中起到重要作用。

组长 宋茂勇 研究员（中心副主任，纳米室副主任）博士生导师

工作人员

承担项目：

1. 合成生物学国家重点研发计划，2018YFA0901200，难降解有毒污染物智能生物降解体系项目，课题四：智能人工降解体系应用技术与评估，2019.7-2024.6
2. 国家自然科学基金面上项目，21876194，四溴双酚A干扰斑马鱼胚胎建立血液循环的机制研究，2019/1- 2022/12
3. 国家自然科学基金面上项目，21677170，纳米银的线粒体毒性效应与作用机制研究，2017/1- 2020/12
4. 中国科学院先导专项（B），XBD14010300，典型污染物的环境暴露与健康危害机制，课题3：典型区域健康危害高风险污染物筛查，2014/07-2019/07
5. 国家自然科学基金优秀青年科学基金项目，21422705，纳米材料环境效应，2015/1- 2017/12
6. 国家自然科学基金面上项目，21377146，几种纳米材料诱导胞内ROS的生成及毒性效应机制研究，2014/1- 2017/12
7. 国家自然科学基金面上项目，21077116，基于多重分子相互作用的纳米材料生物效应的研究，2011/1- 2013/12
8. 国家自然科学基金青年科学基金项目，20707034，环境生物标志物卵黄蛋白原的适配体筛选及其应用探索，2008/1- 2010/12
9. 国家重点基础研究计划（973）项目，09CB421605，持久性有机污染物的环境行为、毒性效应与控制技术原理（课题5：POPs污染物的毒性机制与生态效应），2009/01-2013/08
10. 国家自然科学基金委重大项目，20890110，典型持久性有机污染物的环境过程与毒理效应，2009/01-2012/12
11. 国家重点基础研究计划（973）项目，07CB407305，京津渤区域复合污染过程、生态毒理效应及控制修复原理（课题5：复合污染胁迫下近海主要生物资源的退化机制），2007/01-2011/12

获奖情况：

2020年 中国科学院院长奖

2017年 环境保护科学技术奖二等奖（主要完成人）

2015年 国家自然科学基金委优秀青年

2013年 中国科学院杰出成就奖（主要完成人）

2012年 中国科学院卢嘉锡青年人才奖

2011年 中国科学院优秀博士学位论文

代表性成果：

1. Wang Y, Zhang W*, Li A, Song MY*. Tetrachlorobisphenol A induced immunosuppression and uterine injury in mice. Ecotoxicology and Environmental Safety 2021, 207, 111527
2. Li A#, Zhuang T#, Shi W, Liang Y, Liao C, Song MY*, Jiang G. Serum concentration of bisphenol analogues in pregnant women in China. Science of the Total Environment 2020, 707, 136100
3. Pang S, Gao Y, Li A, Yao X, Qu G, Hu L, Liang Y, Song MY*, Jiang G. Tetrabromobisphenol A Perturbs Erythropoiesis and Impairs Blood Circulation in Zebrafish Embryos. Environmental Science & Technology 2020, 54, 12998-13007
4. Xin Q, Shah H, Xie W, Wang Y, Jia X, Nawaz A, Song MY*, Gong JR*. Preparation of Blue- and Green-Emissive Nitrogendoped Graphene Quantum Dots from Graphite and Their Application in Bioimaging. Materials Science and Engineering: C 2020, 111642
5. Zhang X, Zhang Y, Ji Z, Wang F, Zhang L, Song MY*, Li H*. Oxidative damage mechanism in Saccharomyces cerevisiae cells exposed to tetrachlorobisphenol A. Environmental Toxicology and Pharmacology 2020, 80, 103507
6. Wang YY, Hu LG, Xia T, Yao XL, Yin YG, Wang FB, Song MY*, Jiang GB. High-Throughput Single Cell Analysis Reveals the Heterogeneity of QDots-Induced Response in Macrophages. Environmental Science & TechnologyLetters 2020, 7, 337-342
7. Pang S#, Gao Y#, Wang F, Wang Y, Cao M, Zhang W, Liang Y, Song MY*, Jiang G. Toxicity of silver nanoparticles on wound healing: A case study of zebrafish fin regeneration model. Science of the Total Environment 2020, 717, 137178
8. Ma YM, He X, Qi KY, Wang T, Qi YC, Cui LL, Wang FB, Song MY*. Effects of environmental contaminants on fertility and reproductive health. Journal of Environmental Science 2019, 77, 210-217
9. Wang FB, Chen BL, Yan B, Yin YG, Hu LG, Liang Y, Song MY*, Jiang GB. Scattered Light Imaging Enables Real-Time Monitoring of Label-Free Nanoparticles and Fluorescent Biomolecules in Live Cells. Journal of the American Chemical Society 2019, 141, 14043-14047
10. Wang FB, Wang YY, Qu GB, Yao XL, Ma CY, Song MY*, Wang HL, Jiang GB. Ultralong AgNWs-induced toxicity in A549 cells and the important roles of ROS and autophagy. Ecotoxicology and Environmental Safety 2019, 186, 109742
11. Wang F, Wang Y, Yao X, Ma C, Yin Y, Song MY*. Length and diameter-dependent phagocytosis and cytotoxicity of long silver nanowires in macrophages. Chemosphere 2019, 237, 124565
12. Ma CY^#, Yang CG^#, Wang B, Chen C, Wang FB, Yao XL, Song MY*. Effects of H₂O on HCHO and CO oxidation at room-temperature catalyzed by MCo₂O₄ (M=Mn, Ce and Cu) materials. Applied Catalysis B: Environmental 2019, 254, 76–85
13. Wang FB, Chen Y, Wang YY, Yin YG, Qu GB, Song MY*, Wang HL. Ultra-long Silver Nanowires induced Mitotic Abnormalities and Cytokinetic Failure in A549 Cells. Nanotoxicology 2019, 1-15
14. Yao XL, Cao D, Wang FB, Zhang WJ, Ma CY, Song MY*. An overview of omics approaches to characterize the effect of perfluoroalkyl substances in environmental health. Trends in Analytical Chemistry 2019, 121, 115367
15. Li AJ^#, Zhuang TF^#, Shi JB, Liang Y, Song MY*. Heavy metals in maternal and cord blood in Beijing and their efficiency of placental transfer. Journal of Environmental Science 2019, 80, 99-106
16. Cao HM, Li X, Zhang WJ, Wang L, Pan Y, Zhou Z, Chen MJ, Zhang AQ, Liang Y*, Song MY*. Anti-estrogenic activity of tris(2,3-dibromopropyl) isocyanurate through disruption of co-activator recruitment: experimental and computational studies. Archives of Toxicology 2018, 92:1471–1482
17. Xie HJ, Wang HJ, Ji F, Liang Y, Song MY*, Zhang J. Tetrabromobisphenol A alters soil microbial community via selective antibacterial activity. Ecotoxicology and Environmental Safety 2018, 164: 597–603
18. Ji ZH, Zhang YX, Tian J, Wang FB, Song MY*, Li H*. Oxidative stress and cytotoxicity induced by tetrachlorobisphenol A in Saccharomyces cerevisiae cells. Ecotoxicology and Environmental Safety 2018, 161, 1-7
19. Wang YY, Wang FB, Wang HL, Song MY*. Graphene oxide enhances the specificity of the polymerase chain reaction by modifying primer-template matching. Scientific Reports 2017, 7, 16510
20. Tian J, Ji ZH, Wang FB, Song MY*, Li H*. The toxic effects of tetrachlorobisphenol A in saccharomyces cerevisiae cells via metabolic interference. Scientific Reports 2017, 7, 2655
21. Cao HM, Wang FB, Liang Y, Wang HL, Zhang AQ*, Song MY*. Experimental and computational insights on the recognition mechanism between the estrogen receptor with bisphenol compounds. Archives of Toxicology 2017, 91, 3897–3912
22. Yuan SP, Zeng LZ, Zhuang YY, Hou Q, Song MY*. Functionalized single-walled carbon nanotubes for the improved solubilization and delivery of curcumin. Fullerenes. Nanotubes and Carbon Nanostructures 2016, 24(1), 13–19
23. Li X, Pan Y, Wang C, Chen MJ, Liu YC, Li J, Zhou Z, Xu JH, Liang Y*, Song MY*. Effects of tris(2,3-dibromopropyl) isocyanurate on steroidogenesis in H295R cells. Environmental Earth Sciences 2016, 75, 1339
24. Chen MJ, Yin JF, Liang Y, Yuan SP, Wang FB, Song MY*, Wang HL. Oxidative stress and immunotoxicity induced by graphene oxide in zebrafish. Aquatic Toxicology 2016, 174, 54–60
25. Ruan T, Liang D, Song SJ, Song MY*, Wang HL, Jiang GB. Evaluation of the in vitro estrogenicity of emerging bisphenol analogs and their respective estrogenic contributions in municipal sewage sludge in China. Chemosphere 2015, 124, 150–155.
26. Song MY*, Wang FB, Zeng LZ, Yin JF, Wang HL, Jiang GB. Co-exposure of carboxyl-Functionalized single-Walled carbon nanotubes and 17 -ethinylestradiol in cultured cells: effects on bioactivity and cytotoxicity. Environmental Science & Technology 2014, 48, 13978？13984.
27. Song MY*, Liang D, Liang Y, Chen MJ, Wang FB, Wang HL, Jiang GB. Assessing developmental toxicity and estrogenic activity of halogenated bisphenol A on zebrafish (Danio rerio). Chemosphere 2014, 112, 275-281