作者:张双虎 黄辛 来源:中国科学报 发布时间:2022/8/18 11:04:32
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樊春海:引领“跨界”的好奇、责任和初心

 

和导师艾伦·黑格(美国加州大学圣巴巴拉分校物理系教授,获诺贝尔化学奖后开始生物学研究)擅长“破圈”相似,科院院士樊春海也在不断“跨界”。

樊春海是生物化学博士,回国后进入科院上海应用物理所工作,后又加盟上海交大化学化工学院,在生物传感器、转化医学、纳米技术、生物医学和生物计算等多个领域“闲庭信步”。目前,樊春海已在《自然》等学术期刊发表论文500余篇,被引用5万余次,连续多年入选“全球高被引科学家”。

获得2022年上海“最美科技工作者”称号后,樊春海表示,引领他在科学道路上不断“跨界”,持续攀登的是“好奇心、责任心和初心”。

对“生物传感”的好奇

2000年,刚刚获得南京大学生物化学与分子生物学博士学位的樊春海偶然读到一本学术期刊——《先进材料》,上面有关于艾伦·黑格教授的专题报道。黑格凭借导电高分子材料方面的开创性贡献获得2000年诺贝尔化学奖。该报道称,黑格在获奖后希望做一些以往不敢做的事,比如生物学,还特别提到生物传感是最重要的一件事情。

这让对生物传感器很有兴趣的樊春海受到极大鼓舞。他鼓足勇气向黑格发出在其实验室进行博士后研究的申请,没想到很快得到认可。

2001年8月,樊春海到美国加州大学圣巴巴拉分校高分子与有机固体研究所,在黑格指导下开展新型生物传感器的研究。

黑格实验室的那段研究经历,让樊春海从一个初出茅庐的“青椒”走到了国际学术前沿。在黑格的指导下,樊春海陆续取得了一些研究进展,相关研究工作在美国《国家科学院院刊》《美国化学会志》等杂志发表。其中,他们研制出一种被命名为E-DNA的新型电化学DNA生物传感器,得到了国际同行的关注和好评。

进入纳米技术领域

2003年,加州大学圣巴巴拉分校联合美国几所大学,成立了加州纳米系统研究院,以推进纳米科学的研究。这让樊春海对纳米研究产生了兴趣,他也顺利成为该研究院最早的一批博士后之一。

“顾名思义,纳米科学是在纳米尺度上开展研究,这是一个典型的综合交叉研究领域。”樊春海解释说。

2004年,樊春海回国加入科院上海应用物理研究所。凑巧的是,在他入职答辩那天,正值该研究所承担的上海同步辐射光源项目历经十年艰辛筹备后获批。这个当时中国最大的科学研究设施举世瞩目,上海应用物理研究所更是鞭炮齐鸣,举所欢庆。

上海光源素以“创新精神、科学精神和奉献精神”著称,而这些精神和樊春海的想法不谋而合。在“上海光源精神”引导下,樊春海从零开始,白手起家建设实验室,做出了具有国际影响力的研究工作。

2006年,樊春海、科院上海应用物理所研究员胡钧与中国科学院院士、上海交通大学教授贺林等合作,创制了DNA分子组装而成的纳米尺度“中国地图”,并发表于《科学通报》。这成为“DNA折纸术”这一前沿交叉领域中非常有意义的工作,并以中国特色的形象在国际学术舞台上亮相。

经过多年努力与积累,樊春海团队发展了DNA自组装结构诱导纳米尺度精准矿化的新方法,在保持DNA纳米结构精巧设计的前提下显著提升其力学性能,为仿生纳米孔道的构建与分析应用打开了新的大门。相关研究成果发表于《自然》杂志,实现了中国研究者在DNA纳米技术领域的首次突破。

樊春海并没有满足于仅仅用DNA来制造漂亮的“纳米图案”,他始终想着如何将纳米思维引入生物传感研究中,希望通过DNA纳米技术来提升生物检测的性能。

为此,樊春海独辟蹊径地提出将DNA四面体结构用于电化学传感界面的调控,并建立了“先组装、后检测”的框架核酸传感新方法,突破了界面限域组装与识别的难题,对促进生命分析化学的发展作出了重大贡献。

“我们希望在纳米的世界,通过一些先进的物理手段,实现如DNA等生物分子,按我们的意愿堆积、编织起来,构成纳米的器件。”樊春海表示,“这可能会引领未来新的纳米技术发展。”

兴趣促成“交叉”

如何快速、准确开展各类遗传性疾病、传染病、肿瘤和神经退行性疾病等重要疾病的早期检测,是千万百姓的愿望。

2018年,樊春海以王宽诚讲席教授身份来到上海交通大学工作,又恰逢我国在医学领域首个国家级大科学设施——转化医学国家重大科技基础设施即将建成投用。机遇使然,让樊春海又近距离加入转化医学中心的建设中来。

“转化医学就是要在基础医学和临床应用之间架设起双向桥梁。”樊春海说,“和上海光源一样,它为科学家插上了‘起飞的翅膀’”。

此后,他带领团队不断突破,基于核酸分子自组装、逻辑编程、材料复合、高时空分辨显微成像等技术,构建核酸分子机器与纳米机器人,为恶性肿瘤等重大疾病的早期检测和诊疗以及核酸标准物质检测提供全新智能工具。

在樊春海看来,“交叉”这个词贯穿于自己整个科学研究历程。他说自己是个“交叉学科研究者”,“我的很多论文是合作发表的,这跟我个人兴趣比较广泛,从事交叉领域有关”。

樊春海与贺林等人便利用DNA纳米技术,开发出了DNA纳米基因芯片,可以用来检测疾病,大大提高了基因检测的效率。

“DNA纳米基因芯片体现了现代科技的交叉性。”樊春海说,“比如,我们团队里就有来自物理、化学、生物等多个领域的学者,而开发出的这种芯片包含了多个学科交叉的合作效益,实现了纳米技术、生物医学和计算科学等多学科交叉。”

永葆责任心和初心

在樊春海的字典里,没有节假日这个词。除去繁忙的科研工作,他还致力于提高全民,尤其是青少年学生的科学文化素养。

“科普工作是一种传承,无论是对未知世界的探索还是推动国家的科技发展,都需要保持初心、靠一代代人的不懈努力。”樊春海说。

从2004年开始培养研究生时起,樊春海就不断鼓励学生:“做科研要勇于走出自己的舒适区,去挑战新事物。”

他的研究生和博士后来自不同的专业,包括化学、物理、生物与机械工程。他根据不同学生的特质,因材施教,有效引导。他认为,“学生是在适当引导下自由成长起来的”,导师的任务是挖掘学生对科研的兴趣,帮助学生树立正确的价值观和远大志向,并成为学生坚定的支持者。

尽管工作繁忙,樊春海依然会抽时间与学生们面对面地交流。不是正襟危坐的说教,而是充满轻松和愉悦的沟通,他希望自己能保持对科研的好奇、责任和初心并将它传递下去。

 

 
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