全文发表于《应用化学》2020, Vol. 37 Issue (9): 985-993
DOI: 10.11944/j.issn.1000-0518.2020.09.200225
2020年，新型冠状病毒肺炎重大疫情在全球肆虐。新型冠状病毒肺炎对全球造成了极大危害，对经济造成了重大损失，使人们对生物安全的重要性有了新认识。生物安全材料学是生物安全学与材料学的交叉融合，是研究和开发新材料并应用于生物安全各领域的一门学科。生物安全材料可用于检测、消毒杀毒、特效药物和疫苗及其佐剂、个人防护、生物物种保藏等生物安全分支领域。随着疫情在全世界肆虐及在我国境内零星散发，我国科研人员也在积极反思疫情期间暴露在疫区出现的诸多问题，正式提出生物安全材料这一全新概念，呼吁国家对生物安全材料学科进行建设，引导科研人员开发出一大批生物安全防控材料，在这一学科领域内形成对国外的领先优势。发展生物安全材料学，有利于加强交叉学科科技人才交流，有利于促进生物安全材料的发展，有利于系统高效地培养生物安全领域人才，有利于提升我国生物安全科技竞争力，有利于快速提高我国应对重大突发性生物安全问题的治理能力，有利于保障人民健康、维护社会稳定和筑牢我国国家安全城墙。
生物安全一般是指现代生物技术开发和应用对生态环境和人体健康造成的潜在威胁，及对其所采取的一系列有效预防和控制措施。生物安全学指的是研究各种自然或人为的生物因素的起源、发生、发展以及防范的一门学科。其研究的生物因素包括野生动植物、微生物、生态环境以及生物技术如转基因技术等。生物安全学的目的就是对这些生物因素采取相关措施，使人体健康及生态环境免受这些因素的侵害。生物安全学的主要研究内容包括防控突发传染病、监控生物技术风险、保障实验室生物安全、保护生物资源和人类遗传资源、防范外来物种入侵、防御生物战与生物恐怖袭击等。
材料是人类生产生活的物质基础，与人类衣、食、住、行、生、老、病、死息息相关。一种新材料的发现和使用，常常能够促进社会生产力的发展，甚至引起时代的变迁，推动人类文明的进步，改变人类的生活与人类世界。一些对人类历史起到举足轻重作用的材料，还被历史学家作为划分时代的重要标志，如“石器时代”、“青铜时代”、“铁器时代”等。
进入21世纪，以硅为代表的新材料极大地促进了科学技术的发展，更被视为当代科学技术的支柱之一。与此同时，各种新材料层出不穷，不断推动科技变革。自2004年石墨烯材料被首次获得以来，短短10余年间石墨烯材料在多个领域大放光彩。2016年12月3日，华为中央研究院在日本向全世界宣布：“锂电子电池技术实现重大突破，全球首个超级石墨烯基电池面世，石墨烯材料正式开启了商用时代”。此外，金属纳米粉体材料在人们的衣、食、住、行及国防等领域具有重大应用价值。高纯度金属纳米粉体材料及其绿色量产技术和化学修饰，有可能推动金属纳米粉体材料在5G通讯、新能源、国防、航天、生命健康、生物安全等国计民生的关键领域的发展。综上所述，这些材料的发明与应用不断地影响甚至改变了人们的生活，持续推动社会科技进步。此外，其它新型材料不断踊跃出来，如降解聚酯复合材料、3D打印物理交联水凝胶支架、自修复型复合材料、净水石墨烯薄膜、高温超导材料、骨修复复合材料和防冰材料等。
生物安全的诸多领域都需要性能优异的材料，从病原微生物检测、特效药物、疫苗及其佐剂、疫情监控、医用防护到病人救治和恢复等多个环节，性能优异的材料均有可能助力生物安全学科发展。我们需要看到，现阶段我国在应对生物安全极端事件中，有效材料仍然缺乏的问题比较严重。例如，本次新冠肺炎疫情初期暴露出的口罩、防护服、防雾护目镜、特效药物及疫苗、生物安全防护设备缺乏、负压急救车、人工肺（ECMO）不足等问题，导致前线医务工作人员无法得到有效的防护，甚至造成部分医务工作人员感染。尤为注意的是，生物安全防控十分关注时效性，不管是在突发传染病来临时，还是将来有可能发生的生物战面前，我国研究人员需要迅速拿出针对性的药物和防控材料。例如，本次新冠肺炎疫情，中国及时研发出快速检测新冠病毒的试剂盒，为避免病毒的进一步恶化做出了重要贡献。
另据报道，英美等国提取及检测病毒的化学材料不足，使感染患者无法确诊，造成疫情进一步恶化。生物安全材料学是生物安全学与材料学的交叉融合，是研究和开发新材料并应用于生物安全各领域的一门学科。生物安全材料可用于检测、消毒杀毒、特效药物和疫苗及其佐剂、个人防护、生物物种保藏、生物战应对等生物安全分支领域。目前，已有部分新型材料被成功应用到生物安全防护之中，但需要指出的是，当前生物安全材料并未呈现蓬勃发展之势。随着疫情在全世界肆虐，我国科研人员也在积极反思疫情期间暴露的诸多问题，正式提出生物安全材料这一全新概念，其快速发展还有待全社会人们的积极推动。对生物安全材料展开系统性研究，十分必要，迫在眉睫，急待加强。只有明确生物安全材料概念、定义和内涵，在国家层面制定其发展目标和规划，呼吁国家对生物安全材料学科进行建设，引导科研人员开发出一大批生物安全材料，在这一学科领域内形成对国外的领先优势，最终才能迎来我国生物安全材料学的发展高峰。
国际社会对生物安全高度重视,近年来各国纷纷将生物安全提升至国家战略高度｡2018年7月,英国制定了《英国生物安全战略》,为保护自身利益免受重大生物风险的影响而开展广泛努力｡2018年9月,美国提出了《国家生物防御战略》,强化生物安全意识,把生物安全问题写入国家安全战略｡2019年6月,日本发布了《生物战略2019———面向国际共鸣的生物社区的形成》,提出“到2030年建成世界最先进的生物经济社会”的总体目标｡
我国作为发展中的大国,努力推动构建人类命运共同体,同样高度重视生物安全,将生物安全视为国家和民族安全的重要内容｡新冠肺炎疫情爆发后,我国加快了生物安全的建设｡生物安全上升到国家安全高度,纳入了国家安全体系,这对我国科教界提出了新的挑战｡生物安全漏洞待补,相关科研工作亟需加强,学科领域待细分｡促进生物安全学的全面发展,对我国国家安全可形成强有力的支撑｡
从2003年“非典”横行､2009年暴发甲型H1N1流感疫情到这次新冠肺炎疫情发生,突发重大疫情多次对我国的公共卫生安全构成重大威胁｡防范化解突发生物安全事件和重大公共卫生风险,事关国家安全和发展,事关社会经济稳定｡新冠肺炎疫情爆发后,社会公众对生物安全认识有很大提升｡
疫情同样影响普通人的生活方式,民众对口罩､消毒剂等常规防护用品需求明显增大｡2020年全国两会期间,部分代表委员们聚焦国家生物安全建设,积极建言献策,为全民发声｡全国政协委员在两会上建议:“进一步融合生物安全科研､产业等多方力量,搭建学科交叉平台,整合从原始创新到成品产出的全链条,打通成果转化“最后一公里”,以更好更快地保障人民健康安全”｡此外,近年来,全国人大代表提出多项制定生物安全立法的议案建议,集中反映了人民群众的呼声和期盼｡生物安全逐渐进入大众视野,深入广大人民群众日常生活之中｡因此,发展具有战略前沿性､学科交叉综合性､高度创新性和实用性的生物安全材料学十分必要｡我国应通过学科建设加强生物安全领域人才培养,促进生物安全材料发展,激励生物安全相关技术装备革新,鼓励生物安全领域科研人员创新,掌握核心科技,提高我国应对突发生物事件能力,用先进科技保卫国家生物安全,保障人民生命健康｡
面对突如其来的新冠肺炎疫情,国家和地方相关部门高度重视､认真部署､迅速行动､积极落实,快速启动新冠肺炎疫情攻关项目｡同时,国家和地方相关部门采用成果转化和应用绿色通道,扩大科研资源开放共享等多项针对性的举措,旨在短时间内攻克新冠难题｡广大科研人员积极响应,立足本职岗位,开拓进取,勇挑重担,攻坚克难,在疫情防控方面不断取得捷报(如表1)｡在应对疫情中,生物安全材料及其利用这些新材料制备出来的新产品和装备同样大放光彩｡
病毒检测是控制新冠肺炎疫情的重要环节｡病毒检测效率直接影响着病患诊断､救治和隔离等一系列工作｡新冠肺炎疫情在全球范围大流行的环境下,无论新冠患者或抗疫一线医护工作者,还是处于高风险区的普通大众,均对一次性外科医用口罩的需求与日剧增｡
南开大学与国内多所高校及相关生物医药企业的科研团队联合攻关,采用聚集诱导发光(AIE)材料开展新型冠状病毒快速诊断技术及其试剂盒的研发,并成功研制出(2019-nCoV)IgM/IgG抗体联合检测试剂盒｡新冠肺炎病毒已在全球范围广泛传播,其主要依靠飞沫传播至人体呼吸道致使交叉感染｡然而,在疫情前期,我国抗疫一线曾极度缺乏这种消耗性口罩｡目前普通一次性外科医用口罩并不能通过自杀菌或简单消毒进行重复使用或再利用,不可避免地造成医疗资源浪费以及重大经济､环境问题｡基于此,香港理工大学在普通口罩外层的低熔点无纺布表面制备并沉积石墨烯保护层,研发出一款兼备自清洁和光热性能的口罩,为普通医用口罩延长使用实效和再利用提供技术依据｡同时,北京理工大学利用具有光催化活性的金属有机框架(MOFs)材料制备出高效综合空气过滤器,可灭空气中99.99%的细菌｡
总之,人们一直在积极发展新型光､电､声､磁､热等多功能材料及生物安全纳米材料,利用材料学､化学等理论和方法,开发新材料､新产品和装备,来应对生物安全威胁和防范生物安全危险因子｡人们还可以利用纳米技术,开发绿色量产的纳米材料如高纯度纳米银､纳米铂､纳米铜等为代表的生物安全纳米材料｡生物安全纳米材料有可能料应用于重大突发传染病防控､病原微生物的快速检测､病原微生物杀灭､微生物耐药､疫苗佐剂､生物资源和人类遗传资源的保藏､食品生物安全防范､外来生物入侵防范､生物恐怖袭击和生物战应对等方面｡
肖海华，博士，1983年生，中国科学院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室研究员，博士生导师。2012年于中国科学院长春应用化学研究所博士毕业后先后在美国圣母大学（2012-2014）、麻省理工学院（2014-2017）从事博士后研究。10多年来，肖海华研究员紧紧围绕金属与人类健康的研究主题，聚焦金属纳米材料，含金属基抗肿瘤、抗菌和抗病毒药物等，设计合成一系列生物医用高分子进行药物递送、基因治疗、精准治疗等；提出“生物安全材料”的概念，主张利用新材料来设计产品和装备以应对生物安全威胁和风险。目前已取得了一系列研究成果，在Prog. Polym. Sci., Nat.Commun., J. Am. Chem. Soc., Nano Lett., Adv. Mater., Mater. Today,Biomaterials, J. Control. Release, Chem. Commun.等期刊上发表论文近80篇，论文广泛被Chem. Rev.,Chem. Soc. Rev., Prog. Polym. Sci.,NanoToday, J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.等期刊引用；目前已申请中国专利10项，获权中国专利4项、美国专利2项；获吉林省自然科学二等奖(3/5，2015年)、湖北省科技进步一等奖（排名前3/11，2019年）、中美纳米医学与纳米生物技术学会”未来科学家”奖(2017)；担任中国生物医学工程协会纳米医学与工程协会青年委员、中国医药生物技术协会造影技术分会青年委员、中华预防医学会生物资源管理与利用分会青年委员会副主任委员。
