陶生策:微阵列 天地宽_读书人笔谈

[编者按]
继2011年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从2011年10月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。

2016年12月19日下午2点,应南京师范大学化学与材料科学学院、国家地方联合工程研究中心和江苏省生物医药功能材料协同创新中心邀请,美国佛罗里达国际大学生物医学工程系纳米生物工程和生物电子实验室主任和终身教授李晨钟来我校进行学术交流。李晨钟教授在新化学大楼226会议室做了一场关于“Micro
Electronics for Organ on a Chip and
Theranostics”的精彩生动的学术报告。化科院相关师生参加了此次报告会。

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生物芯片于我就像一个一见钟情,而且至今不渝的“爱人”。我从事生物芯片研究的过程就好比一个结果圆满的“恋爱”:硕士期间在武汉“相知”,博士期间在北京“加深认识”,博士后在美国“订亲”,做PI在交大算是正式“成亲”。

李晨钟教授是佛罗里达国际大学生物医学工程系纳米生物工程和生物电子实验室主任和终身教授.
1996年和2000年在日本熊本大学分别获得电化学硕士和应用化学博士学位,2011,2012年分别在加拿大皇家哥伦比亚大学和萨斯喀彻湾大学做博士后研究。2013年受聘于加拿大国家研究院做研究员,主要从事纳米生物传感器的研发工作。2006年至今在美国佛罗里达国际大学担任助教授,副教授和教授至今。近五年来李教授研究工作主要集中在临床、环境及生物防卫相关的最新水平微小型生物传感器技术和快速诊断和检测的应用。李教授在细胞生物传感器的研发方面具有丰富的经验。目前已研究开发出几种生物传感器如单细胞级生物传感器、神经蛋白生物标志物生物传感器、神经芯片,细胞阻抗生物传感器,柔性电子材料,和纸片生物传感器等。

  ■ 对科研来说,“问题”非常重要,再加上一点坚持,迟早会找到解决方案。

威尼斯平台官网,此次报告中,李晨钟教授生动细致地介绍了生物电子学在及时检测中的研究应用,从基于DNA、蛋白、细胞、组织、细菌等微电子芯片的设计、构建讲到此类生物电子芯片在临床诊断与癌症治疗当中的应用。他还介绍了佛罗里达国际大学生物医学工程系的纳米生物工程和生物电子实验室,并向师生展示了实验室研制的微电子生物芯片及相关产业化产品,最后也畅谈了生物电化学分析研究的发展方向与挑战。李晨钟教授的报道引起与会师生的强烈兴趣,师生们受益匪浅。报告结束后,师生与李教授进行了交流,李教授都一一耐心细致地进行了解答。报告会在热烈的掌声中顺利结束。

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长远来讲一个重要的可持续的研究体系可能比几篇“有显示度”的文章更加重要。

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  我现在的研究工作主要是围绕生物芯片,尤其是蛋白质芯片而展开,而所有的这一切可以追溯到15年前硕士研究生时的工作,神奇的是当时的几篇生物芯片相关文献竟然决定了我十几年后的研究方向。生物芯片于我就像一个一见钟情,而且至今不渝的“爱人”。我从事生物芯片研究的过程就好比一个结果圆满的“恋爱”:硕士期间在武汉“相知”,博士期间在北京“加深认识”,博士后在美国“订亲”,做PI在交大算是正式“成亲”。在长期从事生物芯片研究的过程中,有一些难忘的经历和心得体会,我想在这里分享出来,希望能有所益处,尤其是对尚在为未来方向而迷茫的年青老师和学生有所启迪。

  什么是生物芯片

  生物芯片(Biochip)通常指的是在指甲盖大小的固相平面上按照规则的排布固定少则几百个,多则成千上万种生物分子的微型阵列,因此生物芯片也被称之为微阵列(Microarray)。固定的生物分子即为探针(Probe),如这些探针是DNA,则为DNA芯片,如是蛋白质,则是蛋白质芯片。在生物芯片的基础上,我们可以较低的成本,在较短的时间内实现成千上万,甚至全局性的生物分析,这一优势是常规的单基因/
单蛋白质的研究策略所无法企及的。生物芯片从诞生至今,已经在生物学和医学相关研究中发挥了重要作用,并且在可预见的将来,生物芯片的应用范围将进一步拓宽,其重要性也将进一步加强。

  武汉:初识生物芯片

  我于1997年考入中国科学院武汉病毒研究所,师从张先恩研究员攻读硕士学位。张老师当时的主要方向是生物传感器,绝大部分的同门也都在从事传感器相关研究。本以为也会做点传感器,但某天被张老师叫到办公室,获得了一摞生物芯片领域的最新文献,对我而言,一扇崭新的大门从此打开。当时生物芯片研究的实际情况是在欧美大潮刚起,国内的哨声即将吹响,张老师对最新方向的敏感和准确把握至今令我叹服。之后我们参与了国内最早的一个生物芯片项目,获得了一定的资助。在没有任何基础,缺乏关键设备的条件下,初生牛犊不怕虎,我们就这样开始了生物芯片的探索,几年下来,克服了重重困难,最终居然建起了一套有特色的DNA芯片系统。在这一过程中的体会是方向极其重要,剩下的是“修行在个人”,要坚决的去做,just
do
it!要以积极的心态去灵活的寻找问题的可能解决方案。另外非常重要的一点是当时的实验室有宽松的学术氛围,鼓励自由探索,在这样的环境中,经过几年的摸爬滚打,个人的科研思路和解决问题的能力和信心有了较大的提高。

  生物芯片的高通量之美

  对我个人而言,硕士几年极其重要的另外一点是体会到了生物芯片的高通量之美,因此决定在硕士毕业后继续追寻。非常幸运的是2000年考上了清华大学,进入程京院士的团队继续攻读生物芯片方面的博士学位。程老师当时刚回国不久,是国际生物芯片领域的知名专家。程老师的实验室与我硕士所在的实验室的一个共同之点是有非常宽松的学术氛围,鼓励自由探索,当然生物芯片的实验条件也是非常好,由于我在武汉所养成的独立的习惯,因此在博士期间真有一点如鱼得水的感觉,折腾了许多东西,申请了一些专利,也发表了一些文章。当时程老师给我的目标是发展一套芯片系统,通过一次实验实现超过100种病原微生物的同步检测,惭愧的是这个问题直到我毕业时也没有找到有效的解决办法。最后真正想出有效解决方案是在4年后。当时,我在美国与合作者进行一个与这个问题毫无关联的研究时突然有了灵感,回国后在交大立即进行了实验,最终证明我们的方案完全可行。相关文章已于去年在生物芯片领域国际知名杂志Lab
on a
chip上正式发表,我的第一个学生李阳也由于这一成果获得了系统生物医学研究院2012年度的研究生最高奖学金Leggett奖学金一等奖。在这一技术的基础上,我们正在同生命科学院的张大兵教授合作进行转基因作物的监测,目标是通过一次实验同步监测100种左右的转基因事件和元件。对科研来说,“问题”非常重要,再加上一点坚持,迟早会找到解决方案。

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