《科技创新与品牌》杂志社科学前沿

永远——中国生物传感研究领跑者


   他研究发展出的具有特异性识别特征的痕量免疫分析测试先进技术,在生物分子间相互作用研究、生物分子检测以及灾害性生物物质的实时、在线、痕量分析等方面具有重大意义

        生物传感器是对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行测试的仪器,其以酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物敏感材料为识别元件而区别于其他传感器。
        上世纪60年代,世界上第一个生物传感器—葡萄糖传感器诞生。80年代,生物传感器技术研究全面展开,并取得了迅速发展。在21世纪,作为生命科学和信息科学的交叉学科,生物传感器技术在食品加工、环境监测、发酵工业、医学保健等领域表现出了广泛应用前景。
        永远,西南交通大学材料科学与工程学院特聘教授、博士生导师,生物传感器先进实验室创建者与负责人。他凭借近20年在多个国家、多学科领域的不懈探索与研究,成为中国乃至世界分子键裂扫描生物传感器研究领域的领跑者。

        立足前沿 领跑生物传感研究

        在过去的20年中,永远曾分别在新西兰、美国、日本、澳大利亚和德国的大学及科研院所从事科研与教学工作。从化学到材料科学,从蛋白质形成机理到微生物研究,最终到生物传感器研发,一路走来,永远收获了国际领先的生物传感及医疗诊断研究方法、利于创新前沿的研究思路、多学科交叉的知识累积,以及丰富的研究、教学、管理经验。
        永远是在国际上率先进行分子键裂(Bond Rupture)扫描理论与应用研究,并取得系列研究成果的人。他研制成功了以生物亲合力为基础的分子键裂扫描生物传感器,在国际上首次同时检测出由分子键裂引起的共振频率变化和电噪音信号,获得国际发明专利(PCT/NZ2005/000051);他研究发展出的具有特异性识别特征的痕量免疫分析测试先进技术,在生物分子间相互作用研究、生物分子检测以及灾害性生物物质的实时、在线、痕量分析等方面具有重大意义。
        2008年12月,永远怀揣着将分子键裂型生物传感器产业化的梦想,毅然辞去新西兰皇冠研究院工业研究所的终生职位,作为受聘于西南交通大学材料科学与工程学院。
        在西南交通大学的大力支持下,永远确立了生物传感器研究方向,迅速组建了生物传感器先进实验室和研究团队,并与现有生物医学材料研究相结合,建立了包括生物、化学、物理、电子工程技术、生物医学等学科在内的多学科交叉的生物医学传感器平台。
        在原有研究成果的基础上,永远带领团队协同作战,不懈进取,已经迅速成长为生物分子键裂型生物传感器研究领域的“领头羊”。据了解,目前世界上只有两个研究小组成功完成并报道了压电传感—键裂分析技术,一支是英国剑桥大学的Dr Cooper团队,另一支就是永远团队。而能够同时捕获共振频率偏移信号和电噪音信号,则只有永远团队能够完成。
        由于生物传感器技术研究的先进性和重要性,永远一回国就得到了西南交通大学和国家自然科学基金会的支持。现在,他已经被邀请参加、组织关于我国沿海海洋环境监测与保护的国家重大项目研究—将分子键断裂检测先进技术应用于灾难性污染的生物物质的实时检测。
        永远教授介绍说,目前针对赤潮或浒苔的现场快速检测大多仍采用生物芯片方法,用这种方法进行检测,需要6个小时才能得到检测结果,而国务院应急预案要求检测结果必须在4小时之内上报,因此,测试分析和评估等技术部分的相关工作必须在2小时之内完成。应用分子键断裂检测技术,能够使赤潮、浒苔等的生物分析测试在1小时内完成,并实现现场检测的快速化、模块化,利于其向产业化方向发展。
        这项研究成果的技术开发和转化应用,将提供新的分子间作用力测试手段,提高药物及接种育苗筛选速度和周期,快速检测灾害性生物物质,将孕育出新型医疗诊断产业,并能够促进生物医学等学科及相关产业的发展。
        永远介绍,“十二五”期间,他的多学科交叉团队除了将继续研发、升级压电式—分子键裂传感器外,还确定了包括基于分子键断裂原理的生物传感器模拟、QCM分子键裂传感器信号监测系统设计、基于库尔特原理进行细胞计数和种类区分的研究、介电泳力场下的微/纳米颗粒特性、基于表面等离子体共振原理分析生物分子间的作用、基于分子模板的纳米结构自主装、高速铁路轮轨动态接触状态实时监测系统、便携式自助导游系统—物联网等在内的先进研究方向。

        多方合作 推动成果产业化

        为了尽快推动科研成果产业化应用,也使团队研究和该新颖学科领域获得跨越式发展,永远团队开始了“产学研用”相结合之路,寻求与企业的合作共赢。
        永远与无锡高新区创业园接洽,凭借自身技术的先进性及其表现出的广泛市场前景,很快达成产业化共识。2009年11月,在无锡市530计划的支持下,无锡柏森松传感技术有限公司成立。公司依托具有我国自主知识产权的专利技术—“一种复合正弦信号实时谐振频率检测蛋白质类物质质量的方法”(专利号:2009102163411),积极开展生物医学工程领域中生物大分子、微生物、细菌、病毒等的质量检测研究,并凭借其测试快速、检测结果精度高、适用范围广等优势,保持在国际上的领先地位,为进一步商业化运作打下牢固基础,也为我国生物医学工程学科及相关产业的发展做好了铺垫。
        2010年,分子键裂型生物传感器技术受到“创新嘉兴•精英引领计划”专项办重视,现已入围“聚智秀洲•精英引领计划”,有望于今年上半年在嘉兴市秀洲区建立生物传感器产学研研发和生产基地。
        西南交通大学生物传感器实验室与长三角地区的结合,使生物传感学科的科研、教学、人才培养与国家经济、社会发展的需求实现了紧密结合。西南交通大学永远团队将研发更注重基础研究的、原创性的技术发明;而柏森松传感科技有限公司将在团队发明的基础上,继续衍生应用专利和设计专利。这种新型的“产学研用”模式,不仅有利于永远团队在生物传感研究领域不断取得新的突破、获得新的科研成果,继续保持国际引领地位,而且能够不断地为柏森松传感科技有限公司注入新的技术,促进产品升级换代,使其具有更强的市场竞争力。
        另一方面,西南交大还利用先进的科研平台,为企业培养具有较高水平和素质的生物医学工程研究创新人才,以人才带动技术发展,为这一领域持续提供新鲜血液。永远也主动发挥特聘教授的学术带头作用,在生物医学工程学科的教学中,发挥多学科交叉的优势,不断探索提升学生开创能力的教学方法,努力进一步提高生物医学工程本科生和研究生基础课程教学质量。他组织开设了“生物传感器”双语课程,通过多学科交叉机制培养学生以多渠道获取信息与知识的意识,扩充学生知识体系。他教导学生在充分理解的基础上灵活运用,开发学生独立创新的潜能,使其在将信息转变为知识,将知识转变为技术这一“渐进开发式”学习过程中有更大的提高。这一教学理念和授课模式不仅获得学生好评,还通过了专家评审。该课程于2010年7月被批准为全国双语教学示范课程。
        永远表示,他将在西南交大的持续支持下,继续紧盯这一领域的前沿方向,着力加强团队建设,积极进取,厚积薄发,为我国生物传感器先进技术的发展和应用作出更大贡献,也为大规模传感技术的研发、工程化和商业化搭建科研平台。而基于此平台研发的生物传感技术可适应直接、实时、原位、在线的痕量免疫分析,能够广泛应用于临床医学、环境、制药、食品等的分析领域,为我国生物传感产业的发展贡献力量。