樊春海：實現生物檢測的一個“小目標”

　　 如何快速、準確開展各類遺傳性疾病、傳染病、腫瘤和神經退行性疾病等重要疾病的早期檢測，是千萬百姓心中的愿望。日前，一項生物檢測研究獲得了2016年度國家自然科學獎二等獎。該研究發展了若干早期生物檢測技術，對于環境和傳染性疾病的監控等方面具有重要意義。

　　這便是來自中科院上海應用物理研究所研究員樊春海團隊的“生物分子界面作用過程的機制、調控及生物分析應用研究”。該研究提出并發展了一種基于生物分子構象變化的“動態”生物傳感檢測新策略，通過構建一系列基于界面調控的生物傳感器，實現了若干與重大疾病相關的生物分子的高靈敏、高選擇性生物分析檢測。

　　被“生物傳感”吸引

　　生物傳感器在醫學診斷、食品營養、環境監測、國防工業及人類衛生保健等諸多領域均有著重要的應用潛力。很多國家把生物傳感研究作為生物技術產業化的關鍵技術，投入了相當大的人力、物力。

　　樊春海回憶，他在2000年時偶然閱讀到國際權威雜志《先進材料》關于艾倫·黑格教授的一個專題報道。黑格在2000年因為導電高分子材料方面的開創性貢獻而獲得諾貝爾獎。該報道稱，黑格在獲獎后希望做一些以往不敢做的事，比如生物學，還特別提到生物傳感是最重要的一件事情。這使樊春海受到極大的鼓舞，鼓足勇氣向黑格教授申請博士后并獲得認可。

　　2001年8月，樊春海到美國加州大學圣巴巴拉分校（UCSB）高分子與有機固體研究所，在黑格教授指導下開展新型生物傳感器的研究工作。

　　黑格實驗室的研究，使樊春海從一個初出茅廬的研究者進入到了學科的前沿。在黑格的指導下，樊春海陸續取得了一些研究進展，相關研究工作在美國《國家科學院院報》和《美國化學會志》等雜志上發表。其中，他們研制出一種新型的E-DNA電化學DNA生物傳感器，得到了國際同行的關注和好評。

　　引入納米技術

　　2003年發生的一件事情，讓樊春海對納米研究產生了濃厚的興趣。UCSB聯合美國的幾所大學成立了加州納米系統研究院，推進納米科學的研究，他也成為這個研究院最早的一批博士后之一。

　　“納米科學顧名思義是在納米尺度上開展研究，這是一個典型的綜合交叉研究領域。”樊春海介紹，中科院上海應用物理研究所在用納米技術開展生物學研究方面非常有特色，在國際上有一定影響力。因此，樊春海被納入中科院“百人計劃”并于2004年加入上海應用物理研究所。之后，樊春海很快就在所內建立了生物傳感與分子機器課題組，將納米思維引入到生物檢測中，希望通過納米技術來提升生物檢測的性能。

　　DNA納米技術是利用DNA分子自組裝和識別能力，將其作為一種納米材料實現精確的納米構筑。研究中，樊春海團隊通過對界面的功能設計與調控，顯著提高了生物傳感過程中的生物分子識別能力。他們還系統研究了生物分子在宏觀及納米尺度上與無機材料界面的相互作用，深化了對傳感界面上生物分子吸附、組裝和識別等過程中物理化學機理的理解；通過界面共組裝精確調控了蛋白質、DNA等生物分子及細胞在宏觀和納米界面上的吸附和可控耦聯，從而顯著提高了生物傳感過程中生物分子的識別效率，并建立了生物傳感識別與生物檢測性能之間的關聯。

　　“我們希望在納米的世界，通過一些先進的物理手段，實現如DNA等生物分子，按我們的意愿堆積、編織起來，構成納米的器件。”樊春海表示，“這可能會引領未來新的納米技術。”

　　更廣泛的交叉研究

　　在樊春海看來，這項研究屬于“生物分析化學”與“界面物理化學”交叉的基礎研究。“兩相交界的表界面是物質、能量交換和信號轉化的場所”。他表示，“交叉”這個詞貫穿于自己整個科學研究歷程。

　　樊春海告訴記者，他的團隊不僅有機會接觸到同步輻射這樣先進的表征手段，更有機會組建融合物理、化學和生物于一體的多學科研究團隊。

　　據悉，上海應用物理研究所多個課題組聯合組建了物理生物學研究室，并建設了先進、完備的實驗平臺。團隊成員李迪研究員表示：這種獨特的研究氛圍不僅使生物傳感研究能夠快速推進，而且能夠拓寬更多前沿的研究方向。

　　而這一切，讓樊春海在生物傳感方面的研究越走越順。上海應用物理研究所所長趙振堂表示，樊春海團隊近年來更是將體外檢測的生物傳感探針應用到細胞里面，拓展了細胞成像新技術。