“從上世紀(jì)末開始，納米技術(shù)的研究一直是國內(nèi)外科學(xué)界的一大熱點，本研究內(nèi)容包含了當(dāng)前納米科技研究的兩大新技術(shù),即生物分子旋轉(zhuǎn)馬達(dá)與量子點技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，”中國科學(xué)院生物物理研究所博士生導(dǎo)師樂加昌對記者說。

　　近些年非典、禽流感的頻繁暴發(fā)，使得重要傳染病的快速檢測技術(shù)成為各個國家和科學(xué)界共同面對的重要挑戰(zhàn)，發(fā)展對禽流感的快速檢測技術(shù)成為十分緊迫的任務(wù)。首先要求技術(shù)能夠?qū)η萘鞲胁《具M(jìn)行快速方便的監(jiān)控；其次，應(yīng)具有對“新型病毒”快速初篩應(yīng)答的能力。而目前傳統(tǒng)測定技術(shù)難以同時滿足上面的需求。

　　“我們的‘基于旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)原理與量子點技術(shù)的禽流感快速檢測技術(shù)與裝置’這一項目正是要解決這一科學(xué)難題。”樂加昌介紹說。

　　“它能夠快速靈敏檢測禽流感病毒”

　　“我國的分子馬達(dá)研究起步于2001年，是當(dāng)時國家基金委審批的第一個重大交叉項目，我們從最基礎(chǔ)的單分子做起，現(xiàn)在，我們可以自豪地說，中國已經(jīng)有了旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)研究技術(shù)，有了這方面的自主知識產(chǎn)權(quán)?！睒芳硬龑υ擁椖康难芯孔髁舜笾碌拿枋觥?

　　“在上月召開的美國納米技術(shù)研討會上，科學(xué)家們預(yù)言：以后的生物傳感器可以做到這么小的一個薄片?！睒芳硬S手拿起桌上的紙片畫了個1厘米見方的小塊，給記者比劃起生物傳感器的尺寸。

　　生物傳感器是用生物活性物質(zhì)(酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學(xué)換能器有機(jī)結(jié)合的一門交叉學(xué)科，是發(fā)展生物技術(shù)必不可少的一種先進(jìn)的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。

　　“該課題是去年10月份立項的，它屬于生物、物理、醫(yī)學(xué)和應(yīng)用的交叉學(xué)科，所以難度相當(dāng)大。課題立項之前，其中的基本原理、可行性等關(guān)鍵問題基本解決。”據(jù)樂加昌介紹，本課題以分子馬達(dá)技術(shù)為核心，集成免疫識別、熒光探針標(biāo)記與檢測、陣列微接觸印刷和量子點熒光編碼控制等技術(shù)，建立一個全新概念的快速檢測技術(shù)體系。在前期工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將分子識別功能、信號變換方式和生物活性元件一體化，用熒光量子點代替熒光染料，進(jìn)一步增加量子點編碼實用化關(guān)鍵問題的研究；使分子馬達(dá)傳感器不僅在檢測速度和靈敏度方面取得進(jìn)一步的提高，并且開展與其相關(guān)測定技術(shù)及其裝置的研究。

　　目前，國內(nèi)外生物傳感器的研究方向主要可分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。微小粒子與生物分子聯(lián)接、以固定材料為載體構(gòu)建生物芯片等的研究工作稱為靜態(tài)式；動態(tài)式生物傳感器以ATP分子馬達(dá)為代表，是在近年來F1-ATP分子馬達(dá)深入研究的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的。二者的根本區(qū)別在于它的信號測定的原理：靜態(tài)式是有/無，因此一般實驗過程需要識別分子的結(jié)合(約1小時)、洗滌(0.5小時)、封閉(約1小時)、再洗滌(0.5小時)和二抗的結(jié)合與顯色(約1小時)等；操作過程繁瑣且費時，一共大約需要4小時。而動態(tài)傳感器則建立了將分子識別功能、信號變換方式和生物活性元件一體化的新方法，將上述繁瑣、費時的過程簡化成為識別分子結(jié)合的一步過程，省去了其它操作步驟，并且它的信號是可以控制并放大，被稱為“智能化傳感器”。以ATP分子馬達(dá)，旋轉(zhuǎn)RNA馬達(dá)以及鞭毛馬達(dá)等為代表。

　　據(jù)樂加昌介紹，該課題組創(chuàng)立的可控分子馬達(dá)也是動態(tài)式生物傳感器的一種，但與上述F1-ATP分子馬達(dá)不完全相同。日本等國的科學(xué)家將分子馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的信號轉(zhuǎn)化成ATP濃度變化并進(jìn)行測定；樂加昌項目組則選擇F1F0-ATP馬達(dá)在ATP合成過程中的質(zhì)子轉(zhuǎn)運速度的變化來進(jìn)行測定；除了使用F1-ATP馬達(dá)之外，還增加了F0-ATP馬達(dá)。利用生物分子F1與F0馬達(dá)自身偶聯(lián)的原理，把F1F0-ATP馬達(dá)復(fù)合物作為單分子傳感器。由于F0-ATP馬達(dá)的質(zhì)子轉(zhuǎn)運與F1-ATP馬達(dá)上的負(fù)載密切相關(guān)，用熒光pH探針作為其旋轉(zhuǎn)的指示。

　　該研究用新的方法，結(jié)合樣品進(jìn)樣、樣品洗滌與測定技術(shù)為一體化的微流體芯片技術(shù)；同時，在測定裝置的設(shè)計中將樣品的通量測定，數(shù)據(jù)管理又建立了一體化的技術(shù)體系。在紙片法免疫測定技術(shù)中，首先用一種單克隆抗體固定在界面,與待測的抗原相接合；然后必需用另一株單克隆抗體進(jìn)一步與抗原相結(jié)合，上述的一對單克隆抗體才能達(dá)到測定的目的；由于單克隆抗體的制備一般要6個月左右的時間周期，不具備快速應(yīng)答的初篩能力。而在這一研究中，以血清快速制備的多抗技術(shù)就可以應(yīng)用，不需要單克隆抗體，因此具備快速應(yīng)答的初篩能力?！岸诣b于三個一體化技術(shù)的融合，這個測定裝置設(shè)計沒有機(jī)械掃描部件，速度快、穩(wěn)定性好，為同時檢測多種病原提供了可能和方便?！睒芳硬f。

　　“這是一次研究方式的變革”

　　“最近幾年里，微納加工技術(shù)、光電轉(zhuǎn)換技術(shù)和IT技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快。實現(xiàn)微納技術(shù)快速、靈敏反應(yīng)并且應(yīng)用的核心技術(shù)就是針尖技術(shù)，它是檢測病毒的敏感元件，實際上生物傳感器就是解決這一問題的，我們的生物傳感器在這方面已經(jīng)取得重要進(jìn)展?！睒芳硬f到。

　　快速測定技術(shù)不但要求納米顆粒的尺度要足夠小，而且要求測定快速、靈敏與方便。因此近來發(fā)展用分子組裝的器件即“超微的傳感器”，其核心的問題是指分子識別，信號轉(zhuǎn)換與測定技術(shù)為一體的微納技術(shù)的研究。

　　該課題有四個特點：一是快速，原來檢測禽流感病毒的免疫分析需要4個小時，而運用了智能生物傳感器后只需要10?20分鐘；將目前對高致病性禽流感病毒快速檢測試劑盒，直接從禽產(chǎn)品中檢測禽流感的檢測周期從4小時縮小到30分鐘；而且靈敏度要高于傳統(tǒng)方法，原來的裝置在少量的分子情況下檢測不出來，但新技術(shù)可迅速檢測；三是便宜；四是方便，目前的儀器還是比較大，不過可以攜帶，以后可做的更小?！斑@個項目最大的特色就是能夠快速靈敏的檢測出禽流感病毒，有望在病毒檢測方面作出貢獻(xiàn)?！睒芳硬f。

　　據(jù)了解，該課題的預(yù)期目標(biāo)是：集中在系統(tǒng)優(yōu)化和適用性驗證方面，主要包括分子馬達(dá)通用標(biāo)記、通量檢測、通用條件的優(yōu)化、建立配套試劑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、小型化實用樣機(jī)的研制和驗證等。該技術(shù)體系采用的多項技術(shù)為本課題組專利或?qū)Ｓ?，具有多項自主?chuàng)新的發(fā)明專利。

　　技術(shù)和裝置有待認(rèn)可和推廣

　　“我們的基本實驗在實驗室范圍內(nèi)取得了結(jié)果，可以說現(xiàn)在的技術(shù)和裝置是一個半成品。面臨的問題是如何把小實驗室的規(guī)模擴(kuò)大到比較大的實驗室規(guī)模，也就是說這個項目拿到其他實驗室能否做出結(jié)果，明年，我們的項目將會得到進(jìn)一步的擴(kuò)大。如此一步步擴(kuò)大，在得到業(yè)內(nèi)專家的認(rèn)可后，就能投入應(yīng)用了。不過，推廣應(yīng)用研究需要比較長的時間和更多的經(jīng)費,按規(guī)律一般基礎(chǔ)研究,應(yīng)用研究和產(chǎn)業(yè)化的投入比為1∶10∶100,不能想當(dāng)然和操之過急。”樂加昌強(qiáng)調(diào)說。

　　據(jù)了解，該研究思想在國內(nèi)外均未見其它類似的報道，具有原創(chuàng)性。并且具有很強(qiáng)的實用化前景。這一課題的關(guān)鍵技術(shù)正在申請發(fā)明專利三項；其中國際(PCT)專利一項，已通過查新，正在準(zhǔn)備進(jìn)入國家階段；其余兩項近期將受理。

　　樂加昌告訴記者：“在21世紀(jì)知識經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，生物傳感器技術(shù)必將是介于信息和生物技術(shù)之間的新增長點，在國民經(jīng)濟(jì)中的臨床診斷、食品和藥物分析、環(huán)境保護(hù)以及生物技術(shù)、生物芯片等研究中有著廣泛的應(yīng)用前景。所以，我們所關(guān)注不僅僅是一個課題，而是一個產(chǎn)業(yè)。”

　　項目備忘

　　生物傳感器是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的高技術(shù)領(lǐng)域之一。世界各發(fā)達(dá)國家在世紀(jì)之交紛紛推出研究國家計劃，力圖在新世紀(jì)搶占這一產(chǎn)業(yè)的新一輪制高點。

　　“基于旋轉(zhuǎn)分子馬達(dá)原理與量子點技術(shù)的禽流感快速檢測技術(shù)與裝置”這一課題于2006年10月份立項，它屬于生物、物理、醫(yī)學(xué)和應(yīng)用的交叉學(xué)科，難度相當(dāng)大。

　　課題以分子馬達(dá)技術(shù)為核心，集成免疫識別、熒光探針標(biāo)記與檢測、陣列微接觸印刷和量子點熒光編碼控制等技術(shù)，建立一個全新概念的快速檢測技術(shù)體系。

　　課題的預(yù)期目標(biāo)是：集中在系統(tǒng)優(yōu)化和適用性驗證方面，主要包括分子馬達(dá)通用標(biāo)記、通量檢測、通用條件的優(yōu)化、建立配套試劑的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、小型化實用樣機(jī)的研制和驗證等。

　　本項目有兩家單位共同承擔(dān)，現(xiàn)已具備核心技術(shù)。

　　現(xiàn)在，本項目已申請相關(guān)3項發(fā)明專利，其中1項為國際發(fā)明專利；在國際核心期刊發(fā)表論文8篇；國際學(xué)術(shù)會議4次口頭報告。

　　課題預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)、主要技術(shù)指標(biāo)，1.檢測通量：包括多種(在內(nèi)的至少三種)檢測。2.檢測靈敏度：要高于目前方法。3.檢測時間：將縮短1/10；產(chǎn)品的穩(wěn)定性有效期為一年(-20℃)或14天(4℃)。同時小型化檢測儀器。