随着电离辐射在医疗、工业及太空探索中的广泛应用，开发轻量、生物相容且高效的新型辐射防护材料已成为迫切需求。传统材料如铅和混凝土虽广泛应用，但存在笨重、有毒等局限；尽管已有无铅替代材料如含金属的微纳米材料及聚合物问世，但其生物相容性与轻量化仍面临挑战。
针对上述需求，北京师范大学放射性药物教育部重点实验室教授曹玮通过分子工程策略对黑色素进行结构优化，成功开发出一系列无金属的含硒黑色素纳米材料。该类材料具有更高的共轭结构、增强的物理屏蔽性能以及优异的抗氧化能力。在动物实验中，经工程化改造的黑色素材料显著提高了小鼠在6 Gy γ射线全身照射后的存活率，从仅12%提升至100%，展现出卓越的活体内辐射防护潜力。该研究通过分子工程成功构建出具有高共轭度和优异生物相容性的含硒黑色素材料，不仅显著提升了对γ射线的防护效能，还系统揭示了其通过物理屏蔽、抗氧化调控和基因表达调节等多重机制发挥辐射保护作用。这项工作为设计新型无金属、轻量化辐射防护材料提供了重要思路，其分子调控策略也有望推广至其他生物大分子材料（如蛋白质、木质素等）的功能化设计。
该研究成果近期发表于Nature Communications 期刊，题目为“Molecular Engineering of Melanin for Enhanced Biological γ-ray Protection”。论文第一作者为北京师范大学2024级博士研究生邓若彤，通讯作者为北京师范大学化学学院教授曹玮和清华大学化学系教授许华平，第一完成单位为北京师范大学化学学院。本研究获得高技术中心重点研发计划、国家自然科学基金、北京师范大学等资助。