编者按：国家自然科学基金设立的20年来，在推动我国自然科学基础研究的发展，促进基础学科建设，发现、培养优秀科技人才等方面取得了巨大成绩；为提升基础研究创新能力进行了有益的探索，积累了宝贵的经验，为我国基础研究的发展和整体水平的提高作出了积极贡献。
日前，本报两位记者分别采访了两位国内的青年专家，他们同样从事生物传感研究，都取得了优异的科研成绩，虽然采访时的时间场所不同，采访的切入点也不尽相同，但对自然科学基金的切身感受却如此一致，那就是：坚定的支持，无穷的希望！
在国家自然科学基金委、中国科学院和上海市科委纳米专项等相关项目的支持下，中国科学院上海应用物理研究所近日研制出一种新型的电化学DNA纳米生物传感器，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。
中科院上海应用物理研究所研究员樊春海领衔这项研究，这位年仅32岁的博士表示：正是国家自然科学基金的支持，大大缩短了项目从基础研究到应用的过程。
比“荧光鼻”灵敏度更高
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。
让DNA分析方法简单起来
“现在很多医院和实验室所用的检测设备，用的都是聚合酶链式反应（PCR）的检测方式。聚合酶是生物体里都有的物质，利用聚合酶链式反应可以把极微量的DNA样本扩增到数以几百亿计的DNA，就很容易检测了。1993年，其原理设计者还得了诺贝尔奖，现在这一技术已经十分成熟，是目前应用最广泛的检测方法。”樊春海说，“这种PCR检测方法是灵敏度特别高，但特异性差、检测需要仪器昂贵等问题也突出，同时链式反应需要有一个较长的升降温过程。”
据樊春海介绍，理想的检测仪器灵敏度和特异性都很高。灵敏度是指有很少的病毒就能检测出来，比如检测艾滋病病毒，灵敏的PCR检测方法能测出极微量的艾滋病病毒。但特异性可以确定病毒DNA是不是产生了变异，有时候病毒可能有一个位点发生突变，因为变化很小，低特异性的仪器就会认为还是这种类型的病毒，但实际上它已经变异成其他病毒。也就是说，灵敏度能解决有没有的问题，而特异性则能判断出是不是某种类型的病毒。
樊春海带领的研究小组采用一种基于DNA杂交反应的方法，它最大的特点是特异性高，虽然灵敏度相对PCR方法低一些，但检测过程简单、速度更快。“一般来说，检测方法灵敏度越高，越是要保证它的特异性高，检测到假阳性或假阴性都可能会引起很严重的后果。理想的状态是在保持高特异性的情况下，越快越好、越方便越好。最好能在自己家里，几分钟就测出结果。”
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。”
“基金支持我一直研究”
生物传感器能在医学诊断、食品营养、环境监测、国防工业及人类卫生保健等诸多领域得到应用。美国YSI公司推出一种外固定化酶型生物传感器，利用它可以测定出运动员锻炼后血液中存在的乳酸水平或
糖尿病人的葡萄糖水平。在
癌症药物的研制方面，生物传感器也发挥了重要作用。如将癌症患者的癌细胞取出培养，然后利用生物传感器准确地测试癌细胞对各种治癌药物的反应，经过这种试验就可以快速地筛选出一种最有效的治癌药物。“9·11”事件发生后，随着全球反恐形势的严峻，科技发达国家都把生物传感器的研究作为生物技术产业化的关键技术，投入了相当大的人力、物力。生物传感器研究已经成为学科的前沿。
“我现在所做的工作就和在国外做博士后时的研究方向一致，当时我刚回到国内，就很幸运地得到国家自然科学基金的支持，使我能在这一方向上继续进行研究。”樊春海说。
2000 年，樊春海在南京大学取得博士学位后，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“百人计划”入选者，回到中科院上海应用物理研究所工作。当年，他就申请到了一个基金项目。这让他很高兴，因为钱虽然不多，但能“起到启动作用”。2005年，他又参与了一个重点项目。他觉得能得到国家自然科学基金，是自己研究得到一定的认可。
“我的本行是做生物传感器的，做过PCR也做其他的检测方式。做一些高灵敏度、便捷实用的传感器是我们一直追求的目标，这一工作只是其中的一步。现在虽然还只是基础研究阶段，但估计三至五年内，我们会看到产品。”樊春海说，“现在高端的PCR检测仪器还依赖
进口，我们现在国内也对仪器设备和实验器材的国产化率比较重视，我们也希望在这方面做出点工作。正是在国家自然科学基金的支持下，我们才能在较短时间内做出成果，为应用技术提供理论支持。”
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