日前，2025年度国家科学技术奖揭晓。自1999年《国家科学技术奖励条例》实施以来，国家自然科学奖首次评出3项一等奖，成果分别来自化学、物理、信息前沿领域，兼具原创理论价值与产业赋能效能，是我国强化基础研究、聚力原始创新的有力印证。
国家自然科学奖旨在奖励那些在基础研究和应用基础研究领域，阐明自然现象、特征和规律，作出重大科学贡献的中国公民。中山大学、华南理工大学的团队分别荣获国家自然科学奖二等奖。
本期《科技周刊》，记者来到这两所高校，一探广州在基础研究领域的重要突破。
团队：华南理工大学生物医学科学与工程学院王均教授团队
项目：肿瘤微环境响应高分子设计及药物递送基础研究
奖项：2025年度国家自然科学奖二等奖
癌细胞爱“吃糖”又“产酸”？
开发全新药物递送系统
王均告诉记者，该项目当初在国家自然科学奖化学方向申报，其特色是药物递送载体的化学方法创新。
实现肿瘤药物精准递送，是杀死癌细胞、降低药物对人体毒副作用的重要方法。当前，肿瘤靶向治疗主要以肿瘤的特殊生物标志物为靶标，进行药物及递送系统的开发。事实上，由于肿瘤特殊生物标志物在不同个体、不同肿瘤类型的表达水平差别巨大，很多靶向药物只对部分患者有效，缺乏普适性，“很多癌症患者在治疗前需要进行基因测序，只有满足特定基因或蛋白（即生物标志物）表达的那部分患者才适用某类特定药物。然而，现有的肿瘤生物标志物种类十分有限，大量患者没有可用的生物标志物，可能面临无药可用的艰难处境。”
当众多科学家苦于搜寻肿瘤特异性生物标志物时，王均团队却另辟蹊径。“有科学家发现，癌细胞代谢与正常细胞不同，癌细胞长得快，要吸收更多的能量，因此会吸收更多的糖，产生更多乳酸，这让癌细胞周围的微环境比正常细胞更酸（pH值为6.7—7.0，而正常组织的pH值是7.4）。现代临床研究表明，乳腺癌、结直肠癌、食管癌、头颈鳞状细胞癌、肺癌等多种肿瘤中，均发现肿瘤组织是微酸性的。”
团队希望利用这一点开发全新的药物递送系统，找到一把打开肿瘤细胞大门的全新“钥匙”，再把有效药物全部倾倒出来。
TACMA化学：让药物只对肿瘤“下手”
2006年开始，团队从肿瘤组织代谢特征和功能高分子设计入手，开展肿瘤递送载体的研究，经过十多年的努力，发现了不依赖生物标志物的肿瘤弱酸性pH催化的TACMA化学（2，3-二甲基取代马来酰胺断键反应），提出了肿瘤弱酸性微环境激活的生物医用高分子设计新范式，构建了基于TACMA化学的高分子递送载体。
王均告诉记者，何种化学结构具有对微弱酸性响应的能力成为研究中首要解决的问题。“尽管在化学领域存在大量酸敏感的化学结构，但它们都需要在酸性很低的条件（如pH值为5甚至更酸性条件）下才会触发特定反应。我们尝试了大量的化学结构，均未实现预期目标。团队花了两年多的时间终于发现‘2，3-二取代的马来酰胺’可以在肿瘤弱酸性条件下发生快速断键反应，称之为TACMA化学。”
后续，团队基于TACMA进行高分子载体设计，这些设计可以根据肿瘤组织特异性实现各类性能变化，提高药物在肿瘤的靶向富集，增加肿瘤细胞对药物的摄取，实现肿瘤靶向药物递送，并克服药物体内递送的多重屏障，如循环、富集、渗透、摄取、释放等，提高肿瘤治疗效果。
团队的另一个重要发现是开发了pH超敏激活的“溶瘤”高分子。“这类高分子材料可超敏响应肿瘤微酸性条件，像二极管晶体一样，实现‘溶瘤’活性‘开’和‘关’的快速切换，只在肿瘤组织发挥‘溶瘤’作用，杀伤肿瘤细胞，对正常组织没有伤害。这类材料自身就具有选择性杀伤肿瘤的功能，不需要额外的药物。这实现了一种不需要药物的肿瘤靶向治疗新范式。”王均说。
同行点赞：应用范围有望拓展
王均团队的研究成果为肿瘤靶向治疗提供了新策略。目前，TACMA化学工具受到国内外研究人员的广泛关注，相关论文的引用次数超过5000次，已被数十个国家或地区研究人员引用、验证和借鉴。
其中，药物递送领域先驱者之一、美国著名科学家罗伯特·朗格（RobertLanger）教授评价，这一递送策略是巨大的进步，有巨大潜力提高肿瘤治疗疗效。欧洲科学院院士、欧洲研究委员会前任主席莫罗·费拉里（MauroFerrari）教授评价，王均团队的研究是高度创新的方法，是考虑药物递送障碍的完美设计范例。
王均表示，团队的研究发现在化学、材料学、药学等多领域具有广泛用途，可用于递送载体构建，小分子药物前药合成，可降解聚合物合成及回收等。“团队正基于该成果大力推进生物大分子药物的开发和转化研究。在国外，药物递送领域奠基人之一、日本著名科学家片冈一则教授等也将其应用于细胞因子的肿瘤靶向激活，增加肿瘤富集和疗效，克服系统注射的全身性毒副作用。”
王均坦言，当前，团队的发现尚不能解决药物递送过程的全部问题，“递送过程是一条漫长且复杂的通路，仍有不少关卡需要科学家继续攻克。”
微纳光子学主要研究在纳米尺度下，光子和物质之间的相互作用，可应用于光电子器件及光电集成芯片。广州日报全媒体记者王维宣 摄
团队：中山大学物理学院王雪华教授团队
项目：微纳光子的高效有序化和局域化研究
奖项：2025年国家自然科学奖二等奖
为什么要驯服光子？
希望它和电子“优势互补”
在中山大学物理学院实验室内，王雪华向记者介绍了团队所研究的微纳光子学——主要研究在纳米尺度下，光子和物质之间的相互作用，未来最重要的应用场景是微纳尺度的光电子器件及其高效的光电集成芯片。
电子和光子是信息的主要载体。大家所熟知的CPU、GPU这类电子芯片运算速度虽快，但信息传输速度和容量都较有限。光子的优势恰恰是信息传播速度快、信息容量大。因此，科学家一直希望能让电子和光子“优势互补”，构建一种全新的光电高效融合的集成芯片。
“微纳光子学就是从底层解决光电集成芯片最本质、最基础的物理原理问题。”王雪华说，目前，高效光电集成的难点来源于两者的波长差异巨大。例如，在1eV的能量时，电子和光子的波长分别约为1.22纳米和1244纳米，前者是后者千分之一左右。
王雪华告诉记者：“电子和光子在波长尺寸上的失配，导致他们很难高效地在一起‘工作’，再加上光子天性活泼，需要科学家在微纳尺度下‘驯服’光子，让光子实现有序化、局域化，为我们所用。”正是在该领域取得的重要突破，王雪华团队获得了国家自然科学奖二等奖。
有序化：将无序光子变为有序光子流
在微纳光子的有序化方面，王雪华团队提出了调控随机辐射光子为有序光子流的方法，实现了具有里程碑和先驱性意义的高性能微纳量子光源。同时，发现了控制微纳光子随机散射实现其有序按需传输的新机制，实现了光子的高效传输和大容量信息的显示与存储。
王雪华介绍，量子点光源产生的光子是“随机乱跑”的，这种无序将导致信息接收效率很低，为解决这个问题，团队通过在微纳尺度下的微结构设计，成功实现将无序光子变为有序光子流。“我们‘逼’光子走我们预设的通道，其他通道都是‘此路不通’，最后成功让光源变身‘汽车的前灯’，我们形象地称它为‘微纳射灯结构’，它由一个反射面和一个微型的‘牛眼’结构组成，让光子只能往前跑，那些往后跑、往侧面跑的光子，都被这个结构收集回来，再一起往前跑。”
这一全新的微纳结构设计，大幅提升了光子的有序性和接收效率，“以往的微纳光源，单光子的实验接收效率普遍不到30%，我们把效率提高到了80%以上。”
“值得一提的是，这套微纳结构既适用于经典光源，也适用于量子光源。量子光源是量子技术不可或缺的关键器件，无论是量子通信、量子计算，还是量子精密测量，都需要高性能微纳量子光源。”团队的相关论文发表后，受到国际同行的高度评价，被赞誉为“标志可扩展、可集成量子光子学和信息处理的一个重要里程碑”。
局域化：将光子“关禁闭”让它乖乖和电子配对
在微纳光子局域化方面，王雪华团队提出了束缚光子泄露逃逸的机制，在开放体系中实现了光子的高度局域及与物质的强耦合相互作用，为高效光电融合提供了新方案。
“所谓局域化，就是把光子在极小的空间内‘关禁闭’。”王雪华解释，光子不像电子好控制，它“永远在跑”，这也是光子与电子实现高效耦合所面临的一大困难。要克服这个困难，就要把光子尽可能控制在一个与电子波长近乎相当的极小三维空间里，实现光子和电子的“门当户对”。
“该三维空间每个方向都只有几个纳米，我们的目标是将光子关在里面的时间越长越好，这就是光子的高度局域化。只要做到这一点，就可以实现光子和电子的强耦合相互作用。”王雪华介绍，目前在室温下，将光子关在100立方纳米空间中的时间约为五十飞秒，“我们团队的一个努力方向，是要在室温下把这个时间延长到皮秒甚至纳秒，如果能够实现，那将是光电耦合领域一个巨大的进步。”
如今，国内外已有不少科研机构采用团队的微纳光子学成果，推动各类新兴科研成果的诞生。
为多个前沿产业提供坚实基础
据介绍，团队在微纳光子学领域还有很多前沿研究，“我们从2010年组建团队以来，主要瞄准三个方向，除了高性能微纳光子源之外，还有人工室温量子态与技术、微纳光场的超极限调控与技术等方向，正在不断向‘0—1’的突破迈进。”
从成果转化角度上，团队的超越光学衍射极限成像（光刻）技术未来有望解决光刻、超高精度检测、遥感、生命医学等领域的相关痛点。“广东是光电产业大省，未来，我们要做推动科技创新和产业创新深度融合的践行者，推动相关成果加速落地，为广东科技强省作出贡献。”王雪华说。
文/广州日报新花城记者：武威
