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测量之声 | 走进生命分析化学——专访南京大学鞠熀先教授

1866    2022-10-26    发布者:中国测试杂志社    来源:中国测试杂志社

编者按

随着新冠病毒的肆虐,以及癌症发病率的不断上升,人们对生命科学有了更多的思考,也推动了生命分析化学的创新发展。本期受访嘉宾是生命分析化学创始人之一,深耕生命分析化学领域几十载,为生物分子识别与生物传感研究做出了奠基性工作,开创了精准治疗新手段……

科学研究中,他一丝不苟、持之以恒,攻克生命过程的空间分辨和灵敏度不足的瓶颈,以实现人类健康、疾病防治与生命科技领域中分析测试方法的新突破;人才培养中,他风趣幽默、和蔼可亲,身体力行地教育学子们探究生命、敬畏自然,鼓励大家积极思考、大胆创新,不断发展新方法、拓展新领域;作为《中国测试》编委,他鼎力支持期刊发展,为推动期刊创新融合建言献策、保驾护航。

下面请跟随我们一起走进南京大学,聆听生命分析化学国家重点实验室主任——鞠熀先教授关于生命分析的独到见解。

鞠熀先教授,南京大学生命分析化学国家重点实验室主任,国际电化学会会士,英国皇家化学会会士。1986、1989、1992年分别获南京大学理学学士、硕士与博士学位后留校任教。1996-1997年为Montreal大学博士后,1999年任教授。2003年获国家杰出青年科学基金,2007年教育部“长江学者”特聘教授,2009年为“973”计划项目首席科学家,2005-2014年为国家自然科学基金创新研究群体的负责人。

任多个国际期刊主编、副主编与编委,中国仪器仪表学会分析仪器分会副理事长、电分析化学专家组主任、化学传感器专家组副主任,中国化学会分析化学学科委员会副主任、有机分析专业委员会副主任,江苏省化学化工学会分析化学专业委员会主任,2021年全球顶尖前科学家名单前1050名(中国第61名),获美国化学会2022年度测量科学进展讲座奖、中国化学传感器首届雷磁杰出成就奖及省部级科技奖励一等奖10项、二等奖5项。论文822篇,授权专利42件,英文专著6部、中文专著教材7部。论文被SCI刊物他引>38000次,h-index 102 (GS h-index 111,引用>46000次)。


-点击观看-


问题1:您为何会对生命分析化学领域的研究产生兴趣?


鞠熀先:生命分析化学领域的形成伴随着我的研究之路。我是南京大学分析化学学科最早从事以生命物质为对象的分析方法学研究的成员之一。早在研究生阶段(1986-1999),就在导师陈洪渊教授指导下研制微伏安电极,并发展了微电极检测神经递质等生物分子的方法,这也是生命分析领域发展的萌芽阶段。随后,进一步研究微伏安电极的电流理论与生物传感应用,提出微电极表面扩散的“滞留效应”、“屏蔽效应”概念(J. Electroanal. Chem.1992,341, 35),后者被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)写进题为《微电极的定义、特征和应用》的正式技术报告 (Pure Appl. Chem.2000,72, 1483–1492)。首次用微电极制得具有较高催化效率和很好稳定性的生物传感器,建立了蛋白分子的检测方法,在Anal. Chem. 1994, 66, 4538发表。这是南京大学分析化学学科在该学科顶级刊物发表的第一篇论文,具有历史意义。

博士毕业留校工作后(1992.7),开展生物传感器研究,首次将纳米粒子用于生物传感,创建纳米粒子蛋白质功能化的简易方法,创建了安培生物传感新原理,为无试剂生物传感器的设计提供了新思路;提出“纳米信号放大”概念,通过表面的纳米组装提高传感性能;并于1999年起开展DNA传感与免疫分析新方法研究,联合电化学与PCR,发展了病毒基因的极高灵敏电化学传感方法,将电化学检测推至zmol水平,系统构建了免疫识别的信号放大策略,建立了一系列癌症标志物的高灵敏电化学免疫分析方法。逐渐地,与导师陈洪渊院士一起,提出“生命分析化学”概念,产生了对生命分析化学领域的研究兴趣,并在2004年将研究领域扩展到细胞与活体层面,构建细胞及其功能分子的原位分析方法,在细胞表面糖基的原位检测方法研究方面做出了奠基性工作,为生命科学研究和精准治疗提供新手段。

当前,我们课题组正以解决癌症精准诊治中的关键科学问题为目标,发展信号放大策略与检测方法,从细胞和分子层面提供生命过程等信息;发展识别、标记策略与分子影像探针,这是实现细胞与活体中肿瘤标志物精准测量的关键;发展多模态融合的影像探针与成像技术,结合多种成像技术(光学成像、核素成像、磁共振成像、CT成像和超声成像等),建立连续、动态分析方法,获取更丰富、更准确的生物信息,从而真正在活体分析中实现高灵敏度、高分辨率和高准确性的多功能成像,促进疾病诊断的精准度。


问题2:随着癌症检出率增高,人们“谈癌色变”。针对癌症等重大疾病的早期诊断、精准医疗和仪器开发,您开拓了哪些新的研究方向?


鞠熀先:首先,我们不断地创建“纳米信号放大”(包括人工模拟酶)、“DNA信号放大”(包括PCR)新策略,并将这些策略与分子识别(包括仿生分子识别)结合,发展重大疾病(特别是癌症)标志物的检测方法学,提高检测灵敏度与准确性。同时,我们也通过新方法与新技术的集成,发展多标志物的同时多通道、高通量、便携式(甚至可穿戴式)的检测装置,实现重大疾病的早期筛查与床旁监测。

其次,我们开创细胞表面糖基的原位检测领域,提出细胞内分子介导的癌症诊治思路,为精准治疗提供了新途径。早在2013年,我们就引入重原子Se和pH敏感基团,设计增敏型近红外光敏剂,提出pH介导的肿瘤靶向高效光动力治疗新方法;随后,将对pH、酶、miRNA等敏感的分子与光敏剂结合,构建了集靶向识别、光动力治疗和疗效实时成像监测于一身的纳米探针与癌症诊治方法,实现了癌症诊治一体化;并提出细胞表面双受体介导识别的“逻辑门”、设计“光拉链”策略与光响应miRNA放大器,实现了区分细胞亚型的siRNA运载与可控释放、早期癌症的精准治疗,有效避免了癌症过度治疗,为肿瘤等重大疾病的精准诊治提出新的范式。


问题3:除了上述谈到的研究,目前您和您的团队的研究重点还聚焦于哪些方向?致力于解决哪些问题?


鞠熀先:我们主要开展“生物传感”研究,以疾病生物标志物为检测对象。包括两部分:一是在传感界面设计与生物分子识别相关的信号开关,二是设计信号放大策略,并将这些策略与信号开关结合在一起,致力于解决生命分析化学的高特异性、高灵敏性和高检测精度的关键科学问题,攻克生命过程研究中空间分辨和灵敏度不足的瓶颈,以实现人类健康、疾病防治与生命科技领域中分析测试方法的新突破。


问题4:如同血糖监测管理从医院走进家庭,您认为微流控技术在医疗领域将如何作用于健康自我管理?目前是否有相关的应用?


鞠熀先:微流控技术是基于20世纪70年代的微米和纳米尺度上流体的独特流动方式发展起来的。并逐渐发展成为一门涉及材料、化学、物理、微机电、生物、医学等领域的综合性交叉学科。

微流控技术在DNA测序、细胞分类、分子诊断等方面广泛应用,并正向“简单、便捷、个人健康管理”等方向迈进。将微流控、光学和传感器等先进的技术集成,其便携性成为现代POCT技术的首选,并已涌现了一批小型化、简便化、结果及时化的微流控芯片POCT分子诊断和免疫诊断产品,被多数业内人士称作POCT时代的“领航者”:不但拓宽了IVD的应用场景,包括基层医院、急救现场、战场等;同时还提升了测试信息通量,节省了试剂的消耗量。


问题5:作为一名科研前辈,亦作为一名人生长者,您对学生有什么期待?


鞠熀先:我在青年时代的科研经历表明:科研工作者需要有处变不惊、持之以恒、甘坐冷板凳的心态,有敬畏自然、了解自然、利用自然的习惯,切切实实沉下心来做研究;在科研选题时一定要面向需求、难题和空白,主动吸纳和应用相关领域 (如材料、生命、物理)的新成就,并融合自身所学的基本理论与方法,大胆创新,发展新机制、新方法,拓展应用新领域,尽量避免做跟踪性、重复性的研究工作。



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