中科院纳米机器人生物应用研究


进入21世纪后,人类在科技领域的很多方向有了突飞猛进的发展,纳米技术更是被誉为未来科学技术王冠上的明珠,尤其是将科学与工程技术完美融合的纳米机器人技术必将引领未来的科技,并彻底改变人类社会。

纳米机器人技术是颠覆性的,就如在电影中展示的那样,一个普通人得到纳米技术加持,瞬间化身超级英雄同宇宙中最强大的力量相抗衡。在当前社会,纳米机器人应用较为成熟的是生物医疗领域,尤其在癌症、白血病等威胁人类健康的重大疾病上,纳米机器人被认为是患者被彻底治愈的希望。此前,中国国家纳米科学中心的DNA纳米机器人研究项目成果已被列入2018年度中国科学的十大进展之一。

本次项目将由国家级纳米科学权威导师执教,带领学员走进中科院纳米生物效应与安全性重点实验室,认知高端仪器设备,探索纳米机器人的工作原理,使用专业设备合成多种纳米材料和纳米机器人,并进行载药纳米机器人对真实肿瘤细胞的杀伤性实验。此外,学生还将系统学习纳米科学知识,掌握纳米技术最前沿理论以及生物医用方向最新进展。实验环节全部亲自动手操作,理论实践相结合,体验完整课题研究,培养学员实践能力、科研能力和创新能力,促使其向高层次人才迈进。



纳米领域权威导师授课,探寻国际前沿学术成果

中科院高能物理研究所教授全程教学指导,系统讲解纳米科技的概念和理论知识,以及纳米机器人在生物医用方向的最新进展,介绍纳米技术最前沿的应用,拓展学生知识领域。学员将接触国际前沿科研成果,有利于构建和更新学生的知识体系,提升学生的认知层次,激发其科研热情。

亲手合成纳米机器人,实操肿瘤细胞杀伤性实验

纳米机器人代表人类生命医疗技术的未来,在该项目中,学员不仅可以通过导师指导合成不同的纳米材料,制作纳米机器人,认知其强大的活体运输能力和细胞响应识别功能,并亲自设计和操作肿瘤细胞杀伤性实验。让学生深刻理解纳米机器人诊疗一体、精确治疗、根除病灶的原理及其发展优势。

全球顶尖纳米材料实验室,高端仪器设备全程助力

中科院纳米生物效应与安全性重点实验室是我国第一个以纳米材料的健康效应与生物安全性为研究方向的重点实验室,也是具有重要国际影响力的实验室之一。学员将在导师带领下在实验室内学习知识和科学实验,并动手操作980nm近红外光激光器、扫描电镜、荧光光谱仪等高端仪器设备,使学生能接受严谨、科学的科研训练,培养其科学潜能。

纳米技术实验全流程操作,构建完整科研思维认知

学生将在导师的指导下,根据所学知识,从纳米材料的合成、纳米机器人的制作和观测、纳米机器人载药、病变细胞精准识别和进入到最终纳米机器人释药,学生将实操纳米技术实验的全流程,让学生本次学习更为透彻和全面。此外,学生将根据实验内容撰写科研论文,导师将对学生进行论文指导和点评,从而使学生构建起完整的科研思维和理念,提升学生科研能力。

中科院简介

中国科学院高能物理研究所是我国从事高能物理研究、先进加速器物理与技术研究及开发利用、先进射线技术与应用的综合性研究基地。其前身是创建于1950年的中国科学院近代物理研究所,后改称物理研究所、原子能研究所。在纳米技术方面,高能所开展纳米安全性研究,发现含Gd金属富勒烯具有高效抑制肿瘤生长的功能,并首次提出新型纳米药物的设计。

1978年至今,高能所获奖200余项。其中国家自然科学二等奖和科技进步二等奖以上共21项,北京正负电子对撞机工程、绕月工程(主要完成单位之一)获国家科技进步特等奖,“大亚湾反应堆中微子实验发现的中微子振荡新模式”获国家自然科学一等奖。




适合学科

材料学、生物、化学、物理等。


研究方向

化学合成、材料设计、纳米生物学、生物材料科学、纳米材料、生物医学等。


适合人群

申请国外TOP50名校的优秀高中生

申请国外TOP50名校研究生的本科生

参加国内高校自主招生和自主选拔的学生


项目收获

权威导师签发的推荐信;

中科院纳米机器人生物应用研究项目证书;

动手实操制作纳米机器人、细胞探测等实验;

独立完成一份2000字的学术研究报告;

接触国内先进的纳米技术实验仪器设备;

获得跟随纳米科学领域国家级导师学习和学术指导的机会。




项目时间

2019年07月17日-07月21日

2019年08月07日-08月11日


项目地点

中国科学院高能物理所


日程安排

day1

上午

开营仪式    

项目破冰,学生分组,老师将向学生讲解结业要求,学生通过学习纳米机器人的合成方法、基础表征以及生物应用等知识,并进行实操实验,让学生掌握基础应用研究能力,并完成该项目约1500字的科研小论文。

理论课1:走入纳米的世界。

本节课中,导师将为学生讲解纳米的概念、纳米技术最前沿的应用,重点讲解在生物医用方向的最新进展。

下午  

理论实验课1:实验室操作培训与知识拓展

本节课中,导师将为学生讲解实验室操作需要注意的安全事项,并带领学生参观中科院纳米生物效应与安全性重点实验室。为学生介绍实验室的主要仪器设备,并以纳米毒性学、纳米药物以及纳米生物技术研究方向为重点,给学生讲解纳米研究的交叉学科特点,拓展学生知识面。

理论课2:选题指导     

本节课中,导师将指导学生围绕所学知识,设计具体研究课题来探索纳米机器人的工作原理。针对不同选题,导师将指导学生如何收集研究资料、分析研究资料以及研究方法和实验的选择,让学生可以围绕研究问题开展后续研究。

理论实验课2:纳米机器人设计

本节课中,导师将进行案例教学,以PH值响应型纳米机器人为例,为学生讲解纳米机器人实现诊疗一体,并有效杀死肿瘤细胞的原理。此外,导师还会指导并讲解学生选取不同的纳米材料,通过改变实验条件,进行多种纳米机器人的合成实验。

晚上   

自修。完成今日作业,预习相关文献,准备第二天课堂讨论。


day2

上午    

理论实验课3:纳米机器人样品收集     

本节课中,导师将会与学生讨论昨天的作业,并解答学生的疑惑。然后指导学生对昨天纳米机器人的实验样品进行收集,通过洗涤、离心等方法处理,收集符合要求表征的纳米机器人。

下午

理论实验课4:观测纳米机器人表征及配制药物溶液     

本节课中,导师将会指导学生运用扫描电镜的方法,可视化地观察纳米机器人的形貌和尺寸,拍摄纳米机器人的照片,并为学生讲解纳米的尺寸效应和掺杂效应等知识点。此外还会指导学生用980nm近红外光激光器照射合成的纳米材料,观察不同参数合成纳米材料的性能。以及指导学生配制不同浓度的抗肿瘤药物阿霉素和PBS缓冲液,为后续试验做准备。

晚上

自修。总结实验数据和结果,完成今日作业,预习导师下发资料,整理不懂的问题。


day3

上午

理论实验课5:纳米机器人载药      

本节课中,导师将指导学生实操将纳米机器人与治疗药物相融合,使纳米机器人完成载药任务。与此同时,导师会向学生讲解纳米材料不同发光性背后的原因,并学习使用荧光光谱仪。

下午

理论实验课6:纳米机器人体外释放药物性能研究  

本节课中,导师将指导学生观测在不同的PH值下,纳米机器人对环境的响应性。并模拟肿瘤细胞环境检测纳米机器人对药物的控释。并指导学生运用紫外-可见光谱仪和拍照观察方法,研究纳米机器人对药物的负载情况。

晚上

自修。总结实验数据和结果,完成今日作业,预习导师下发资料,整理不懂的问题。


day4

上午

理论实验课7:纳米机器人对肿瘤细胞的杀伤性研究     

本节课中,导师指导学生参观细胞培养间,并指导学生进行载药纳米机器人对真实肿瘤细胞的杀伤性实验。将载药纳米机器人注入肿瘤细胞后,用荧光显示器观察细胞的变化,拍照并记录数据。

下午

指导课:撰写结业论文

本节课中,导师将指导学生对已经收集的数据进行整理和分析。按照各组选定的问题,对其思路和写作过程中出现的问题进行解答,协助学员完成论文初稿。

晚上

自修。学生完成论文初稿并制作汇报PPT


day5

上午

结业展示与答辩     

小组进行研究内容展示,并进行答辩。导师对学生项目表现进行点评。

下午

结业典礼   

颁发结业证书,合影留念。


*注:行程内容如有调整,以行程当天的实际内容为准