科技之星：而立之年的樊春海

　　

生物通综合：近年来，中国科学院上海应用物理研究所的胡钧、樊春海等与上海交通大学Bio-X中心的张治洲通过学科间的紧密合作与深度交叉，发挥各自在纳米、生物和化学等方面的学科优势，发展出一种新型PCR方法——“纳米粒子PCR”(Nanoparticle PCR)。

 

这种方法它不仅将纳米领域中的重要材料纳米金和PCR的发展结合起来，而且为分子生物学中最为重要的标准方法PCR开拓了进一步改进的途径，具有极大的应用价值。这一新型生物传感器具有高灵敏度和高特异性。不久前，该成果发表在《美国化学会志》上。该杂志还将其遴选为VIP论文，并作为封面文章刊登。中科院上海应用物理研究所年仅32岁的研究员樊春海领衔这项研究。

 

樊春海，男， 1996 年毕业于南京大学、 2000 年在南京大学获博士学位。2000 年，樊春海到加州大学做博士后研究，师从 Alan J. Heeger 教授（ 2000 年诺贝尔化学奖得主）进行生物传感器与生物芯片、生物电子传递、生物电化学与生物光谱方面的研究。2004年，他成为中国科学院“****”入选者，回到中科院上海应用物理研究所工作。目前已在美国科学院院报 (PNAS) ，美国化学会志 (JACS) ，德国应用化学 (Angew Chem) 等国际著名杂志发表论文 40 余篇。

 

　　樊春海介绍，人体的很多疾病首先反映在基因上。如果能迅速定位与该病变相关的基因及其变化，对早期预防相当重要。近几十年来，国际上对这一领域的研究很多，但主流方向是聚合酶链式反应（PCR）检测方法，这种方法检测灵敏度高，但存在仪器设备昂贵、检测过程较复杂、特异性相对较差等缺点。DNA生物传感器则有可能以它的高灵敏嗅觉，迅速将目标“揪”出来。

发展新型DNA检测方法是后基因组时代的需求，诸如生物安全、人体健康 (肝炎、艾滋病等)等领域都需要快速、便捷的DNA或RNA检测技术。电化学技术具有快速、灵敏、低能耗、易于微型化和集成化等优点，被认为是在时效、成本等有较高限定要求的场合实现DNA检测的首选技术之一。在樊春海的指导下，年轻的博士生张炯等人掌握了新的检测手段，其特色是通过对电极界面纳米尺度的精细调控，同时引入金纳米粒子进行电化学信号放大，从而显著提高了DNA检测的灵敏度。

据介绍，该生物传感器目前可在1到2小时内快速检测到约2万多个DNA分子，检测灵敏度达到10飞摩尔/升（1飞摩尔＝10－15摩尔），超出常规荧光DNA检测方法约3个数量级。研究人员也以一种与乳腺癌相关的BRCA-1基因序列检测为模型，展示了该传感器可以进行单碱基变异性检测(即SNP分析)，具备高特异性。《美国化学会志》的审稿人评论指出：“这种新型生物传感器……是一个概念上的突破，并可以使DNA分析方法变得简单。”樊春海说，这个新型“鼻子”内部安装了一个金属纳米粒子，它是一个“扩音器”，能把检测DNA探针的电化学信号从DNA分子传输到仪器上，从而提高DNA检测的灵敏度。通过试验比较发现，电子“鼻”的“嗅觉”灵敏度比常规荧光“鼻”高出整整1000倍。

　　

　　樊春海说，PCR的灵敏度是DNA生物传感器所不能及的，但是，现在主流的PCR检测设备大小和一台电脑相当。而樊春海课题组的目标是设计一种便携式的仪器，大小和掌上电脑差不多，重量会在1公斤左右。“随着电子工业的发展，电化学的检测设备可以做得很小，价格也越来越便宜。我们设计的这种东西，希望将来能在一个小时内将结果分析出来。它可广泛应用于小诊所、家庭或是在野外检测，让检测变得简单起来。”

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