论文部分内容阅读
2012年，一种叫做MERS的新型冠状病毒肆虐中东，死亡率高达30%；2015年5月4日，它跟随一名68岁的男子从巴林返回韩国，导致7人确诊，64人隔离。短短两年时间，MERS已经从发源地中东传播到欧洲、北非、东南亚、美国、韩国等地。李冰凌博士近期的研究也围绕于此，她在诊断中东呼吸综合症和埃博拉病毒领域取得的初步进展非常振奮人心，此研究极具实用性，是生物学传感器近年来不可多得的有望应用于实际的研究成果。
第一批吃螃蟹的人
从中国科学院长春应用化学研究所毕业后，李冰凌申请到美国德克萨斯州大学奥斯汀分校师从核酸适配体的发明者之一——分子生物学家Andrew D. Ellington教授从事博士后研究。在这期间，李冰凌系统学习并掌握了核酸适配体的筛选方法和潜在应用，并对核酸反应动力学和热力学有了深入研究。
第一个吃螃蟹的人不仅需要勇气，更需要有足够的实力。早在博士期间，李冰凌就对核酸适配体的诸多优点充满兴趣，作为国内首批从事核酸适配体传感器研发的博士研究生之一，她将研究重心主要放在“如何得到方便、快捷的信号输出”上。通过设计出一系列免标记的电化学异相信号传导过程，以及免基底、免分离的全均相信号传导过程，李冰凌收获了近30篇SCI论文，对适配体和共轭聚合物相互作用的荧光分子开关、银离子和核酸片段的金纳米和酶比色输出以及双链-复合物法电化学阻抗小分子免标记传感过程等做了大量研究分析。这些研究有极强的普适性与Point-of-care （POC，即时现场诊断）兼容性，且大部分已经被有效融入到她现在回国后所从事的核酸分子工程技术创新设计中。
成功，是从不停止前进的脚步。利用核酸分子工程技术创新性改良出“零背景”“CHA催化组装技术”，李冰凌证明其可作为“万能无酶信号放大传导元件”应用到多项实际生物分析，尤其是传染病快捷诊断中。经反复试验，李冰凌发现在CHA反应中，一条线性脱氧核糖核酸会依次打开并组装两条发卡型DNA，且每完成依次组装后线性DNA可自发脱离组装体，并作为催化剂再一次参与到另一次组装中，如此实现组装的循环放大。此技术直接用线性DNA作为催化剂，能够在几个小时内迅速完成100次循环放大，没有催化剂参与到组装信号中，可获得优于其他同类无酶放大器的千倍以上信噪比，达到最大幅度提高信噪比的目的。
该CHA体系在生物分析应用中潜力如何？带着这个疑问，李冰凌首次对其展开了系统的发掘，证明CHA不仅可以灵敏地检测线性DNA催化剂，还可以广泛地接受核糖核酸和有机小分子等其他非线性DNA催化剂。此研究一经发表引起了学术界的广泛关注，对该研究在推动新型普适性放大检测中的重要意义给予了充分肯定。
紧接着，李冰凌利用CHA作为均相信号传导器件，实现了对DNA纳米组装体。通过对杂交发夹链反应（HCR）的免标记检测，李冰凌证明CHA可以灵敏地检测DNA链或两个碱基间的距离变化。针对这一特性，李冰凌对信号增加的单碱基突变识别技术又开展了深入研究，突破性地实现了唯有特定位置的单碱基突变才可以引发有效的信号，而无突变或其他位置的突变均不会带来有效信号，大大增加了信号的可靠性。新加坡国立大学Zhiqiang Gao教授评价该研究为“有价值新进展（Interesting advancements in HCR）的典型代表，认为其开辟了HCR研究和应用的新领域（“opened up new avenues in use of HCR”），更强调其中对单碱基突变的识别，在“基因分型（genotyping）和分子诊断中有巨大的应用前景。
花蕾初放
扎实的学术研究基础为李冰凌后继学术研究创设了良好的条件。在国际上最早介绍适配体传感器的专著之一——《Aptamers in Bioanalysis》中，她所撰写的章节被美国爱荷华州立大学Marit Nilsen-Hamilton教授评价为，“涵盖了核酸适配体在生物传感领域的多方面应用，对读者很有帮助，是一个很好的选择。”如今，此书已被翻译成中文《生物分析中的核酸适配体》出版，并被作为在核酸适配体分析领域的先驱性专业书籍在业界传阅。
当前，以艾滋病、肺结核、禽流感等传染病为例的检测方法是采用聚合酶式反应技术，现有检测技术程序繁琐且设备昂贵，不适用于偏远地区医院，尤其是在传染病大规模爆发时期，检测手段将成为制约传染病防控效果的主要因素之一，传染病快捷检测手段亟待开发。
将科研学术研究转化为应用于实际生活的创新性技术是每位科学家的初衷和信仰所在，李冰凌也是如此。面对中东呼吸综合征（MERS-CoV病毒）、埃博拉（Ebola病毒）、寨卡（Zika病毒）等重大传染病的肆虐，为了填补POC兼容超特异基因诊断的空白，李冰凌在全基因扩增中特别用环介导等温扩增技术（LAMP）取代传统的聚合酶链反应（PCR）；并利用一个发卡分子信标作为桥梁，成功实现LAMP与CHA的终点和实时联用检测，实现了对DNA大分子的普适性超灵敏超特异性识别，对靶向如M13mp18、MERS-CoV和Ebola基因的识别下限均低至10-19M以下，相当于1微升样品中只有不到20个分子。
在为创新成果感到喜悦的同时，李冰凌发现LAMP超强的放大功能和PCR（包括实时定量PCR）类似，会频繁地带来非特异性的反应；即使是没有待测分子，传统的碱基对识别检测技术也常会显示假的阳性信号，对分析结果的可靠性造成严重干扰。为打破频发性假阳性对PCR和系列等温扩增技术临床应用的限制，李冰凌设计了加强识别LAMP产物中至少两个序列的AND逻辑体系，让信号更具有可靠性的同时，也将核酸逻辑应用推向实际。在此项LAMP+CHA终点联用技术中，CHA不仅对信号做了进一步放大，其只识别LAMP产物中特定序列的特性更是对完全消除假阳性信号贡献尤为突出。
李冰凌的方法虽然在信噪比和抗干扰性上还有待加强，但可以在保证超灵敏度的同时，对假阳性信号进行完全排除，此研究的现实应用前景值得期待。带着沉甸甸的成就，李冰凌渴望回国，回到自己学术起飞的地方——中国科学院长春应用化学所研究所。“继续推进研发以流行传染病基因为靶向目标的超精准、高信噪比POC诊断平台，并验证其随时向新型或传统重大疾病过渡的普适性”带着10年科研积累，李冰凌回国后的科研目标坚定且清晰，其科研创新成果的普及更是令人期待。
“如果说母亲是引导我进入此专业的启蒙老师，那恩师董绍俊院士便是我科研路上的引导师”，李冰凌母亲也从事化学工作，从小耳濡目染对化学这个专业便充满了兴趣。最原始的好奇心往往是引导人们专注的最原始力量，真正深入到这个专业领域后，李冰凌发现太多未知的东西有待探索，从最初学习试验操作、仪器使用、数据分析，前进的每一步都离不开导师的帮助和扶持。“导师已经是80岁的高龄，每天都精神矍铄一心扑在科研上，早出晚归是常态。”对李冰凌来讲，恩师不仅是自己学术上的榜样，更是精神上的引导。
冰凌花，开在极寒季节，寓意坚韧、执着、百折不饶，还带有一丝诗意的美好。李冰凌，亦是人如其名，采访匆匆划上尾音，她温和坚定的声音却犹在耳畔。科研是一件与困难、与自己抗争的事情，目标坚定才能看得到远方，身为女性科学家，李冰凌坦言自己也会有很多压力，在繁忙中抽出时间小憩片刻，三五好友结伴外出旅游，充满电后再继续出发，这也是生活的魅力所在。
谈及未来，李冰凌回国后正加紧组建自己的团队，“我们将与医院和地方防疫部门建立联系，加快便携型传染病早期预警平台的研发和推广工作。”
第一批吃螃蟹的人
从中国科学院长春应用化学研究所毕业后，李冰凌申请到美国德克萨斯州大学奥斯汀分校师从核酸适配体的发明者之一——分子生物学家Andrew D. Ellington教授从事博士后研究。在这期间，李冰凌系统学习并掌握了核酸适配体的筛选方法和潜在应用，并对核酸反应动力学和热力学有了深入研究。
第一个吃螃蟹的人不仅需要勇气，更需要有足够的实力。早在博士期间，李冰凌就对核酸适配体的诸多优点充满兴趣，作为国内首批从事核酸适配体传感器研发的博士研究生之一，她将研究重心主要放在“如何得到方便、快捷的信号输出”上。通过设计出一系列免标记的电化学异相信号传导过程，以及免基底、免分离的全均相信号传导过程，李冰凌收获了近30篇SCI论文，对适配体和共轭聚合物相互作用的荧光分子开关、银离子和核酸片段的金纳米和酶比色输出以及双链-复合物法电化学阻抗小分子免标记传感过程等做了大量研究分析。这些研究有极强的普适性与Point-of-care （POC，即时现场诊断）兼容性，且大部分已经被有效融入到她现在回国后所从事的核酸分子工程技术创新设计中。
成功，是从不停止前进的脚步。利用核酸分子工程技术创新性改良出“零背景”“CHA催化组装技术”，李冰凌证明其可作为“万能无酶信号放大传导元件”应用到多项实际生物分析，尤其是传染病快捷诊断中。经反复试验，李冰凌发现在CHA反应中，一条线性脱氧核糖核酸会依次打开并组装两条发卡型DNA，且每完成依次组装后线性DNA可自发脱离组装体，并作为催化剂再一次参与到另一次组装中，如此实现组装的循环放大。此技术直接用线性DNA作为催化剂，能够在几个小时内迅速完成100次循环放大，没有催化剂参与到组装信号中，可获得优于其他同类无酶放大器的千倍以上信噪比，达到最大幅度提高信噪比的目的。
该CHA体系在生物分析应用中潜力如何？带着这个疑问，李冰凌首次对其展开了系统的发掘，证明CHA不仅可以灵敏地检测线性DNA催化剂，还可以广泛地接受核糖核酸和有机小分子等其他非线性DNA催化剂。此研究一经发表引起了学术界的广泛关注，对该研究在推动新型普适性放大检测中的重要意义给予了充分肯定。
紧接着，李冰凌利用CHA作为均相信号传导器件，实现了对DNA纳米组装体。通过对杂交发夹链反应（HCR）的免标记检测，李冰凌证明CHA可以灵敏地检测DNA链或两个碱基间的距离变化。针对这一特性，李冰凌对信号增加的单碱基突变识别技术又开展了深入研究，突破性地实现了唯有特定位置的单碱基突变才可以引发有效的信号，而无突变或其他位置的突变均不会带来有效信号，大大增加了信号的可靠性。新加坡国立大学Zhiqiang Gao教授评价该研究为“有价值新进展（Interesting advancements in HCR）的典型代表，认为其开辟了HCR研究和应用的新领域（“opened up new avenues in use of HCR”），更强调其中对单碱基突变的识别，在“基因分型（genotyping）和分子诊断中有巨大的应用前景。
花蕾初放
扎实的学术研究基础为李冰凌后继学术研究创设了良好的条件。在国际上最早介绍适配体传感器的专著之一——《Aptamers in Bioanalysis》中，她所撰写的章节被美国爱荷华州立大学Marit Nilsen-Hamilton教授评价为，“涵盖了核酸适配体在生物传感领域的多方面应用，对读者很有帮助，是一个很好的选择。”如今，此书已被翻译成中文《生物分析中的核酸适配体》出版，并被作为在核酸适配体分析领域的先驱性专业书籍在业界传阅。
当前，以艾滋病、肺结核、禽流感等传染病为例的检测方法是采用聚合酶式反应技术，现有检测技术程序繁琐且设备昂贵，不适用于偏远地区医院，尤其是在传染病大规模爆发时期，检测手段将成为制约传染病防控效果的主要因素之一，传染病快捷检测手段亟待开发。
将科研学术研究转化为应用于实际生活的创新性技术是每位科学家的初衷和信仰所在，李冰凌也是如此。面对中东呼吸综合征（MERS-CoV病毒）、埃博拉（Ebola病毒）、寨卡（Zika病毒）等重大传染病的肆虐，为了填补POC兼容超特异基因诊断的空白，李冰凌在全基因扩增中特别用环介导等温扩增技术（LAMP）取代传统的聚合酶链反应（PCR）；并利用一个发卡分子信标作为桥梁，成功实现LAMP与CHA的终点和实时联用检测，实现了对DNA大分子的普适性超灵敏超特异性识别，对靶向如M13mp18、MERS-CoV和Ebola基因的识别下限均低至10-19M以下，相当于1微升样品中只有不到20个分子。
在为创新成果感到喜悦的同时，李冰凌发现LAMP超强的放大功能和PCR（包括实时定量PCR）类似，会频繁地带来非特异性的反应；即使是没有待测分子，传统的碱基对识别检测技术也常会显示假的阳性信号，对分析结果的可靠性造成严重干扰。为打破频发性假阳性对PCR和系列等温扩增技术临床应用的限制，李冰凌设计了加强识别LAMP产物中至少两个序列的AND逻辑体系，让信号更具有可靠性的同时，也将核酸逻辑应用推向实际。在此项LAMP+CHA终点联用技术中，CHA不仅对信号做了进一步放大，其只识别LAMP产物中特定序列的特性更是对完全消除假阳性信号贡献尤为突出。
李冰凌的方法虽然在信噪比和抗干扰性上还有待加强，但可以在保证超灵敏度的同时，对假阳性信号进行完全排除，此研究的现实应用前景值得期待。带着沉甸甸的成就，李冰凌渴望回国，回到自己学术起飞的地方——中国科学院长春应用化学所研究所。“继续推进研发以流行传染病基因为靶向目标的超精准、高信噪比POC诊断平台，并验证其随时向新型或传统重大疾病过渡的普适性”带着10年科研积累，李冰凌回国后的科研目标坚定且清晰，其科研创新成果的普及更是令人期待。
“如果说母亲是引导我进入此专业的启蒙老师，那恩师董绍俊院士便是我科研路上的引导师”，李冰凌母亲也从事化学工作，从小耳濡目染对化学这个专业便充满了兴趣。最原始的好奇心往往是引导人们专注的最原始力量，真正深入到这个专业领域后，李冰凌发现太多未知的东西有待探索，从最初学习试验操作、仪器使用、数据分析，前进的每一步都离不开导师的帮助和扶持。“导师已经是80岁的高龄，每天都精神矍铄一心扑在科研上，早出晚归是常态。”对李冰凌来讲，恩师不仅是自己学术上的榜样，更是精神上的引导。
冰凌花，开在极寒季节，寓意坚韧、执着、百折不饶，还带有一丝诗意的美好。李冰凌，亦是人如其名，采访匆匆划上尾音，她温和坚定的声音却犹在耳畔。科研是一件与困难、与自己抗争的事情，目标坚定才能看得到远方，身为女性科学家，李冰凌坦言自己也会有很多压力，在繁忙中抽出时间小憩片刻，三五好友结伴外出旅游，充满电后再继续出发，这也是生活的魅力所在。
谈及未来，李冰凌回国后正加紧组建自己的团队，“我们将与医院和地方防疫部门建立联系，加快便携型传染病早期预警平台的研发和推广工作。”