“從上世紀末開始，納米技術的研究一直是國內外科學界的一大熱點，本研究內容包含了當前納米科技研究的兩大新技術,即生物分子旋轉馬達與量子點技術的有機結合，”中國科學院生物物理研究所博士生導師樂加昌對記者說。

　　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成為各個國家和科學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成為十分緊迫的任務。首先要求技術能夠對禽流感病毒進行快速方便的監(jiān)控；其次，應具有對“新型病毒”快速初篩應答的能力。而目前傳統(tǒng)測定技術難以同時滿足上面的需求。

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

　　“它能夠快速靈敏檢測禽流感病毒”

　　“我國的分子馬達研究起步于2001年，是當時國家基金委審批的第一個重大交叉項目，我們從最基礎的單分子做起，現在，我們可以自豪地說，中國已經有了旋轉分子馬達研究技術，有了這方面的自主知識產權。”樂加昌對該項目的研究作了大致的描述。

　　“在上月召開的美國納米技術研討會上，科學家們預言：以后的生物傳感器可以做到這么小的一個薄片。”樂加昌隨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(酶、蛋白質、DNA、抗體、抗原、生物膜等)與物理化學換能器有機結合的一門交叉學科，是發(fā)展生物技術必不可少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控方法，也是物質分子水平的快速、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)學和應用的交叉學科，所以難度相當大。課題立項之前，其中的基本原理、可行性等關鍵問題基本解決。”據樂加昌介紹，本課題以分子馬達技術為核心，集成免疫識別、熒光探針標記與檢測、陣列微接觸印刷和量子點熒光編碼控制等技術，建立一個全新概念的快速檢測技術體系。在前期工作的基礎上，進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，進一步增加量子點編碼實用化關鍵問題的研究；使分子馬達傳感器不僅在檢測速度和靈敏度方面取得進一步的提高，并且開展與其相關測定技術及其裝置的研究。

　　目前，國內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分子馬達為代表，是在近年來F1-ATP分子馬達深入研究的基礎上逐步發(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，旋轉RNA馬達以及鞭毛馬達等為代表。

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

　　該研究用新的方法，結合樣品進樣、樣品洗滌與測定技術為一體化的微流體芯片技術；同時，在測定裝置的設計中將樣品的通量測定，數據管理又建立了一體化的技術體系。在紙片法免疫測定技術中，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一步與抗原相結合，上述的一對單克隆抗體才能達到測定的目的；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就可以應用，不需要單克隆抗體，因此具備快速應答的初篩能力。“而且鑒于三個一體化技術的融合，這個測定裝置設計沒有機械掃描部件，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。”樂加昌說。

　　“這是一次研究方式的變革”

　　“最近幾年里，微納加工技術、光電轉換技術和IT技術的產業(yè)化發(fā)展最快。實現微納技術快速、靈敏反應并且應用的核心技術就是針尖技術，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取得重要進展。”樂加昌說到。

　　快速測定技術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，信號轉換與測定技術為一體的微納技術的研究。

　　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。“這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。”樂加昌說。

　　據了解，該課題的預期目標是：集中在系統(tǒng)優(yōu)化和適用性驗證方面，主要包括分子馬達通用標記、通量檢測、通用條件的優(yōu)化、建立配套試劑的技術標準、小型化實用樣機的研制和驗證等。該技術體系采用的多項技術為本課題組專利或專有，具有多項自主創(chuàng)新的發(fā)明專利。

　　技術和裝置有待認可和推廣

　　“我們的基本實驗在實驗室范圍內取得了結果，可以說現在的技術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果，明年，我們的項目將會得到進一步的擴大。如此一步步擴大，在得到業(yè)內專家的認可后，就能投入應用了。不過，推廣應用研究需要比較長的時間和更多的經費,按規(guī)律一般基礎研究,應用研究和產業(yè)化的投入比為1∶10∶100,不能想當然和操之過急。”樂加昌強調說。

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

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

　　項目備忘

　　生物傳感器是21世紀最具發(fā)展前景的高技術領域之一。世界各發(fā)達國家在世紀之交紛紛推出研究國家計劃，力圖在新世紀搶占這一產業(yè)的新一輪制高點。

　　“基于旋轉分子馬達原理與量子點技術的禽流感快速檢測技術與裝置”這一課題于2006年10月份立項，它屬于生物、物理、醫(yī)學和應用的交叉學科，難度相當大。

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

　　課題的預期目標是：集中在系統(tǒng)優(yōu)化和適用性驗證方面，主要包括分子馬達通用標記、通量檢測、通用條件的優(yōu)化、建立配套試劑的技術標準、小型化實用樣機的研制和驗證等。

　　本項目有兩家單位共同承擔，現已具備核心技術。

　　現在，本項目已申請相關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；國際學術會議4次口頭報告。

　　課題預期達到的目標、主要技術指標，1.檢測通量：包括多種(在內的至少三種)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。