□ 范佳樂

韓國成

1962年，英國科學(xué)家Clark利用不同的物質(zhì)與不同的酶層發(fā)生反應(yīng)的工作原理，在傳統(tǒng)的離子選擇性電極上固定了具有生物功能選擇的酶，從而構(gòu)成了最早的生物傳感器——酶電極。經(jīng)過近20年的發(fā)展，于20世紀(jì)80年代，生物傳感器的研究全面發(fā)展起來。

電化學(xué)生物傳感器是生物傳感器中研究最早、種類最多的一個(gè)分支，具有專一、高效、簡便、快速的優(yōu)點(diǎn)，在生物、醫(yī)學(xué)及工業(yè)分析等方面受到了高度重視和廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)前對(duì)電化學(xué)生物傳感器的研究絕大多數(shù)還處于基礎(chǔ)研究階段，未來要實(shí)現(xiàn)傳感器的商品化還有許多工作要做。研究開發(fā)出廉價(jià)、微型化、集成化和智能化、便于攜帶、便于現(xiàn)場在線性檢測的新型電化學(xué)生物傳感器是這個(gè)領(lǐng)域科研工作者們繼續(xù)奮斗的目標(biāo)，也是桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院教授韓國成陟涉的前方。

實(shí)現(xiàn)血紅蛋白的智能檢測

糖尿病是一種常見的內(nèi)分泌代謝疾病，是由于胰島素絕對(duì)或相對(duì)不足引起糖、脂肪、蛋白、水及電解質(zhì)等代謝紊亂，出現(xiàn)高血糖和糖尿癥狀，其發(fā)病率僅僅低于心腦血管疾病和腫瘤。在我國，糖尿病發(fā)病率為2%～3%，并且呈不斷上升趨勢(shì)，是嚴(yán)重威脅人類健康的世界性公共衛(wèi)生問題。

糖化血紅蛋白是指血液中和葡萄糖結(jié)合的血紅蛋白，是糖尿病控制、預(yù)測、篩選、診斷、療效評(píng)估的有效檢測指標(biāo)。若糖化血紅蛋白水平大于9%則說明患者持續(xù)高血糖存在，會(huì)發(fā)生糖尿病腎病、動(dòng)脈硬化等并發(fā)癥，同時(shí)也是心肌梗死、腦卒中死亡的一個(gè)高危因素。因此，監(jiān)測糖尿病患者糖化血紅蛋白水平，對(duì)監(jiān)測糖尿病患者血糖控制的好壞及并發(fā)癥的預(yù)測情況都有著重要的意義。

2013年，剛剛畢業(yè)兩年的韓國成主持了國家自然科學(xué)基金（青年科學(xué)基金項(xiàng)目）“用于糖化血紅蛋白檢測的新型電化學(xué)生物傳感器研究”，擬以血紅素為研究對(duì)象，以二茂鐵為電化學(xué)探針，設(shè)計(jì)并合成新型電化學(xué)生物傳感器，利用自組裝方法將其固定在電極表面，用電化學(xué)方法檢測血紅素，再根據(jù)血紅蛋白和糖化血紅蛋白之間的電化學(xué)信號(hào)差異，實(shí)現(xiàn)二者的快速準(zhǔn)確檢測。

這一項(xiàng)目歷時(shí)3年，在韓國成的帶領(lǐng)下，團(tuán)隊(duì)通過深入研究合成了Fc(Cys)2，F(xiàn)c-ECG等二茂鐵衍生物，并研究了它們的電化學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)Fc(Cys)2、Fc-ECG等二茂鐵衍生物不僅具有良好電化學(xué)性質(zhì)，還是生物活性分子，在溶液中可與血紅素、血紅蛋白相互作用。

通過Fc(Cys)2和Fc-ECG等小分子，韓國成團(tuán)隊(duì)用簡單的電化學(xué)方法，從分子層面上研究了二茂鐵衍生物與血紅素、血紅蛋白的作用，并基于Au-S鍵的特性，通過電沉積和溶液揮發(fā)法制備了固定含有巰基的二茂鐵衍生物的電化學(xué)生物傳感器，利用電化學(xué)傳感器建立了微分脈沖伏安法(DPV)和交流阻抗法（EIS）檢測血紅素、血紅蛋白的平臺(tái)。項(xiàng)目所取得的結(jié)果進(jìn)一步完善電化學(xué)傳感器的理論和技術(shù)，豐富了血紅蛋白的檢測方法。目前，糖化血紅蛋白的檢測及智能化正在探索和實(shí)施中。

其實(shí)，這一項(xiàng)目的順利完成與韓國成前期的研究工作密不可分。在碩博期間，韓國成就開始進(jìn)行包括生物工程、生物傳感器、有機(jī)合成和表面化學(xué)等領(lǐng)域的研究，并在有機(jī)合成及生物體內(nèi)小分子的檢測方面取得了一定成績，這為項(xiàng)目的進(jìn)行打好了前期基礎(chǔ)。項(xiàng)目進(jìn)行中，韓國成還帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)緊密跟蹤國際上糖化血紅蛋白的檢測，尤其是電化學(xué)方法檢測，為項(xiàng)目研究提供了技術(shù)上的借鑒。

建立智能化的CRP實(shí)時(shí)檢測平臺(tái)

1930年，Tllett和Francis等人觀察到一些急性病人的血清可與肺炎鏈球菌的英膜C-多糖(C-polysaccharide)發(fā)生沉淀反應(yīng)；1941年Avery等人用硫酸銨和C-多糖沉淀法粗提，得到一種蛋白質(zhì)，隨后證實(shí)血清中這種能物質(zhì)與C-多糖反應(yīng)形成復(fù)合物的急性時(shí)相反應(yīng)蛋白，是由于機(jī)體受到微生物入侵或組織損傷等炎癥性刺激時(shí)肝細(xì)胞合成的，因而將這種蛋白質(zhì)命名為C-反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)。

反應(yīng)蛋白是一種有效的生物標(biāo)志物，在惡性腫瘤、心血管和抑郁癥等疾病的早期檢測及診斷和病情評(píng)估等方面有著重要的應(yīng)用，因此其定量檢測非常重要。由于電分析化學(xué)具有實(shí)時(shí)、快速、靈敏、易于微型化等特點(diǎn)，所以將它應(yīng)用于研究C-反應(yīng)蛋白的性質(zhì)及檢測是一種非常有效的方法。

2016年，韓國成在順利結(jié)束“用于糖化血紅蛋白檢測的新型電化學(xué)生物傳感器研究”項(xiàng)目之后，繼而開始主持國家自然科學(xué)基金—地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目“用于C-反應(yīng)蛋白檢測的電化學(xué)生物傳感器研究”，在已有研究的基礎(chǔ)上，同樣引入二茂鐵作為化學(xué)探針，采用循環(huán)伏安法、差分脈沖法和交流阻抗法等電化學(xué)方法，根據(jù)標(biāo)記電化學(xué)探針的氨基酸或者小分子多肽與C-反應(yīng)蛋白反應(yīng)前后出現(xiàn)電化學(xué)信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)C-反應(yīng)蛋白的檢測并建立靈敏的表面電化學(xué)檢測C-反應(yīng)蛋白的平臺(tái)。

近年來，韓國成在光譜和色譜法檢測小分子化合物、電化學(xué)研究和Ab-CRP的檢測、有機(jī)及無機(jī)合成等方面進(jìn)行了深入研究，這些研究工作不但為項(xiàng)目中的理論探討與分析方法做了很好的鋪墊，還為項(xiàng)目中電化學(xué)檢測C-反應(yīng)蛋白奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。其中，韓國成在二茂鐵衍生物的合成、電化學(xué)性質(zhì)和空間構(gòu)型研究及金屬離子相互作用等研究取得的成果可直接指導(dǎo)項(xiàng)目的電化學(xué)探針二茂鐵衍生物的合成。

目前，項(xiàng)目已經(jīng)取得了一些階段性成果。韓國成團(tuán)隊(duì)基于抑制肽引發(fā)的銀納米顆粒原位組裝方法，開發(fā)了一種高靈敏和選擇性電化學(xué)生物傳感器用于β-淀粉樣寡聚物的檢測。具體來說，就是固定在電極表面并呈現(xiàn)在溶液中的肽一起觸發(fā)AgNP聚集體的原位形成，產(chǎn)生明顯的電化學(xué)信號(hào)，然而，Aβ寡聚物與固定化肽的特異性結(jié)合阻止了AgNPs的原位組裝導(dǎo)致電化學(xué)信號(hào)的明顯減弱，從而實(shí)現(xiàn)Aβ寡聚物的檢測。

如今，項(xiàng)目正在有條不紊地進(jìn)行著。說起自己的團(tuán)隊(duì)，韓國成語氣中帶著些小小的自豪，他介紹道：“我們團(tuán)隊(duì)的研究成員是來自于有機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)及智能傳感器等各個(gè)領(lǐng)域的青年科研者，他們除了在有機(jī)合成方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)外，還在蛋白質(zhì)與小分子的相互作用的表征和靈敏檢測方面有著豐富的學(xué)術(shù)積累。另外，有的成員還與加拿大多倫多大學(xué)Heinz Bemhard Kraz研究小組有著密切合作關(guān)系?！?/p>

堅(jiān)持科研與教學(xué)的緊密結(jié)合

2011年，韓國成從中南大學(xué)結(jié)束博士生學(xué)業(yè)之后，進(jìn)入桂林電子科技大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院擔(dān)任講師，僅1年多的時(shí)間就評(píng)上了副教授，5年后晉升教授。自任教以來，韓國成就堅(jiān)持科研與教學(xué)緊密結(jié)合，注重科研對(duì)教學(xué)的滲透和融合，積極改革教學(xué)方法，強(qiáng)化學(xué)生的主體意識(shí)。他認(rèn)為，將學(xué)生引入到真實(shí)工作環(huán)境中，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的實(shí)踐教育，才能培養(yǎng)出高質(zhì)量的人才。

至今，韓國成作為主講教師先后承擔(dān)本科生專業(yè)英語、生物信息學(xué)（外文教材）、生物化學(xué)與分子生物學(xué)、基因組學(xué)、藥理學(xué)（外文教材）、科技文獻(xiàn)檢索、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)專題實(shí)驗(yàn)、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)、無機(jī)及分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)等理論課程和實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)工作任務(wù)，共指導(dǎo)18名本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，其中指導(dǎo)本科生參加2015年、2014年、2013年廣西高?；瘜W(xué)化工類論文及設(shè)計(jì)競賽，獲二等獎(jiǎng)3項(xiàng)。2015年和2017年，韓國成獲得了桂林電子科技大學(xué)本科課堂教學(xué)質(zhì)量優(yōu)秀獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)2項(xiàng)，2017年獲校級(jí)教學(xué)成果獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

“若高升，必自下；若陟遐，必自邇”，無論是科研之路還是教育事業(yè)都必定是一段漫漫長路，在這段路程中，韓國成始終保持著穩(wěn)健的腳步，腳踏實(shí)地，由淺入深，一步一個(gè)腳印地前進(jìn)，前進(jìn)。