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生物检测的一个“小目标”实现了—新闻—科学

发布时间:2017-12-04 阅读:

  一个“小目标”实现的生物测试 - 新闻 - 科学网

  如何快速准确地开展各种遗传病,传染病,癌症和神经退行性疾病等重要疾病的早期发现,是千百万人心中的渴望。

  今天,中国国家自然科学基金二等奖2016年的成果是朝着解决生物测试这个难题迈出的一小步。

  来自中国科学院上海应用物理研究所的范春海小组以生物分子界面作用机理为基础,调控和生物分析应用,以生物传感界面为核心,为生物分子在传感界面的吸附,组装和鉴定过程工作在这个关键的科学问题上。经过10多年的系统研究,不仅基于生物分子构象变化的动态生物传感检测新策略已经被提出和发展,而且通过构建一系列基于生物传感器的生物传感器已经实现了一些与重大疾病相关的生物分子对界面调节敏感和高度选择性的生物分析。此外,一些早期的生物检测技术已经被开发出来,以解决健康,环境和生物安全等领域中的重大挑战,并且在环境和传染病监测中具有重要意义。

  在范春海看来,这项研究属于生物分析化学和界面物理与化学的基础研究。两个接口的接口是发生物质,能量交换和信号转换的地方。他说,交叉这个词贯穿了他的整个科学研究过程。

  被生物传感器吸引

  生物传感器在医学诊断,食品营养,环境监测,国防工业和人类健康护理等领域具有重要的应用潜力。在许多国家,生物传感研究已经投入了大量的人力和物力资源作为生物技术产业化的关键技术。因此,生物传感研究在很大程度上已成为前沿研究领域。但是,如何在激烈的国际竞争中脱颖而出呢?

  范先生回忆说,2000年他偶然读了国际权威杂志“先进材料”关于Alan Heeger教授的专题报道。海格于2000年荣获诺贝尔文学奖,对导电高分子材料的突破性贡献。根据报告,黑格希望在获奖之前做一些自己不敢做的事情,比如生物学和特殊生物传感,这是最重要的事情。这使得范春海非常鼓舞和勇于向黑格教授申请博士后。

  2001年8月,范春海在黑格教授的指导下访问了UCSB聚合物与有机固体研究所,开展了新型生物传感器的研究工作。

  黑格实验室的博士后研究已经把范春海带到了一个刚起步的年轻研究人员的学科前沿。黑格教授留给我的最深刻的印象是,问题非常开放,并且受到了跨学科研究的高度赞扬。范春海说。在黑格的指导下,范春海相继取得了一定的进展,相关研究工作已经在PNAS,JACS等权威杂志上发表。其中,他们研制出了一种新型的电化学DNA电化学生物传感器,在PNAS上发表的论文立即受到国际同行的关注和好评。例如,着名的“生物技术趋势”邀请两位权威专家连续发表两篇评论文章征求意见。这些专利也授权给三家生物传感器开发公司。

  介绍纳米技术

  2003年发生的一件事让范春海对纳米技术研究产生了浓厚的兴趣。 UCSB加入美国多所知名大学,成立加州纳米研究所,推动纳米科学研究,成为该研究所最早的一批博士后。

  顾名思义,纳米科学是对纳米级进行的一项研究,这是一个典型的综合性交叉研究领域。范春海介绍,中国科学院上海应用物理研究所在利用纳米技术开展生物研究方面非常独特,在国际上也有一定的影响力。因此,范春海应中国科学院纳米生物学领导人胡军教授的邀请,于2004年加入上海应用物理研究所,担任中国科学院项目。同时,在当时的主任徐洪杰,副主任朱志远的支持下,范春海在他的家乡迅速成立了一批生物传感和分子机器,将纳米思维引入到生物测试中。他希望通过纳米生物检测的性能来推动它。

  DNA纳米技术是利用DNA分子的自组装和识别能力,作为纳米材料实现精确的纳米结构。在这项研究中,范春海团队通过界面的功能设计和控制,显着提高了生物传感过程中生物分子识别的能力。他们还系统地研究了生物分子与无机材料界面在宏观和纳米尺度上的相互作用,加深了对生物分子在传感界面上的吸附,组装和识别的物理化学机制的认识。通过精确控制的联合组装,蛋白质,DNA等生物分子在宏观和纳米界面上的吸附和可控偶联以及生物传感过程中生物分子的识别效率显着提高,生物传感和生物检测性能建立之间的联系。

  我们希望在纳米世界中,通过一些先进的物理手段,将DNA等生物分子按照我们的意愿进行沉积和编织,形成纳米器件。范春海说,未来可能会导致新的纳米技术。

  更广泛的交叉研究

  范春海还告诉记者,他的团队不仅有机会接触到这种先进的同步辐射手段,还有机会组成了一个集物理,化学,生物为一体的多学科研究团队。据悉,上海应用物理研究所多个研究小组共同建立了物理生物实验室,并建设了先进的综合性实验平台。该研究小组成员李迪研究员表示:“这种独特的研究气氛不仅使生物传感研究能够快速推进,而且拓宽了更尖端研究的范围。

  而这一切,让范春海的生物传感研究越走越远,带领研究团队取得了一系列突破性的研究成果。上海应用物理研究所所长赵振堂介绍说,近年来,范春海队在体外应用了体外生物传感探针,大力开发细胞成像新技术,依托上海光源建立了生物医学成像中心。范春海说,经过多年的交叉学科研究,我们有机会回馈生命科学,为生物学研究提供新的研究方法。

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