媒體掃描
【科技日報(bào)】他要讓基因測序飛入尋常百姓家
時(shí)間：2017-09-26編輯：
“我們想通過自己的努力，做好核心國產(chǎn)技術(shù)裝備，讓中國在微納米結(jié)構(gòu)制備方面做到領(lǐng)先?！?/p>
在單層石墨烯上打出了直徑5納米的孔，意味著什么？
這個(gè)問題也許讓普通人一頭霧水，但對中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院（以下簡稱中科院重慶研究院）精準(zhǔn)醫(yī)療單分子診斷技術(shù)研究中心的十多名研究人員來說，意義卻不一般——它為實(shí)現(xiàn)更高效、低廉基因測序技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。
日前，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院精準(zhǔn)醫(yī)療單分子診斷技術(shù)研究中心在5納米石墨烯納米孔精確制備技術(shù)研究方面取得進(jìn)展，研究成果發(fā)表在《納米技術(shù)（Nanotechnology）》期刊上，是全球首個(gè)用氦離子在單層石墨烯上制備納米孔的技術(shù)。
完成這一成果的，是一支平均年齡不到30歲的團(tuán)隊(duì)，該中心主任王德強(qiáng)是團(tuán)隊(duì)帶頭人?！拔覀兊哪繕?biāo)是在2到3年內(nèi)做出石墨烯納米孔DNA測序儀，讓人們享受到更便宜的基因測序服務(wù)。”王德強(qiáng)說。
降低基因測序成本
說起采訪個(gè)人，王德強(qiáng)婉言謝絕。他說自己的理念是——“少說多做”，重要的是能做出過硬的成果。
不過說起這項(xiàng)技術(shù)和團(tuán)隊(duì)成員，他一下打開了話匣子。
不少高齡孕婦會(huì)被醫(yī)生推薦做無創(chuàng)DNA產(chǎn)前檢測。這種利用第二代基因組測序技術(shù)來檢測唐氏綜合征的方法，準(zhǔn)確率高，且可避免因侵入性診斷帶來流產(chǎn)、感染風(fēng)險(xiǎn)。不過，高達(dá)2000元的檢測費(fèi)用讓許多家庭望而卻步。
“高昂的測序費(fèi)用是目前限制個(gè)性化基因組測的主要因素?！蓖醯聫?qiáng)介紹，DNA測序技術(shù)可劃分為三代，目前使用的第二代是化學(xué)方法，速度快、通量高；相比第一代，費(fèi)用雖已大幅降低，但動(dòng)輒幾千一次的價(jià)格還是限制了它的應(yīng)用范圍。而他們研究的方法算是第四代，屬于物理方法，讓DNA通過納米孔產(chǎn)生電流信號，通過分析電流信號特征，得到DNA的堿基序列信息，完成DNA測序。
DNA的雙螺旋直徑為2.6到2.8納米。如孔直徑太大，可能會(huì)測不到；孔直徑越小得到的信號會(huì)越真實(shí)、準(zhǔn)確。因此制備出直徑小于5納米的納米孔是要做新一代DNA測序技術(shù)的基礎(chǔ)。如果成功做出新一代DNA測序儀，那測序一次DNA的費(fèi)用可降到幾百元。
“除可以做到大幅提升準(zhǔn)確率外，還可以降低測序的成本。我們想的是，能讓更多人享受到更便宜的測序技術(shù)。”王德強(qiáng)說，倘若基因測序和抽血檢驗(yàn)價(jià)格差不多，就能有更多人享受到更優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)。
在石墨烯上打出納米孔
為什么是在石墨烯上打孔？
王德強(qiáng)說，在納米孔測序的研究領(lǐng)域中，蛋白孔容易老化、不耐高壓，氮化硅、二氧化硅等材料制備的固態(tài)納米孔厚度普遍太大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單鏈DNA中相鄰堿基之間僅0.34納米的間距，不能準(zhǔn)確識別。
而石墨烯是一種只有一個(gè)原子厚度的準(zhǔn)二維材料，厚度只有0.35納米，能準(zhǔn)確識別DNA穿孔時(shí)相鄰堿基。而單層石墨烯的制備正是中科院重慶研究院的強(qiáng)項(xiàng)，于是他立刻確定方向——制備單層石墨烯納米孔。
如何在單層石墨烯上打出納米孔，是件難度很高的事?！澳壳盀橹?，我們還沒有看到其他利用氦離子束在單層石墨烯上打孔成功的報(bào)道?！眻F(tuán)隊(duì)助理研究員何石軒說。
這個(gè)任務(wù)交到了從日本名古屋大學(xué)回國的博士鄧云生的手中?！拔覀冇煤るx子轟擊的方法打孔，要打出納米級的孔對精度要求非常高?！蓖醯聫?qiáng)說，單層石墨烯非常薄，稍不合適就會(huì)破，需要很精準(zhǔn)的計(jì)算，讓他欣喜的是鄧云生完成得非常好。
“當(dāng)時(shí)使用的設(shè)備是新裝的，全國只有3臺(tái)，全世界只有10多臺(tái)，相關(guān)的研究文獻(xiàn)根本查不到，只有靠自己摸索。”鄧云生說，當(dāng)時(shí)他就跟著廠家前來安裝設(shè)備的技術(shù)人員學(xué)習(xí)，自己推算公式、計(jì)算轟擊的力量、離子束的校準(zhǔn)度。因?yàn)閱螌邮┘{米孔的制備精度已到亞十納米級，想要制備出理想中的納米孔需要不斷的重復(fù)試驗(yàn)。
打孔這事，鄧云生研究了一年多。當(dāng)時(shí)研究院周圍有很多工地，施工會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定度。于是，在做轟擊實(shí)驗(yàn)時(shí)，為保證儀器平穩(wěn)，鄧云生把實(shí)驗(yàn)時(shí)間改到晚上，實(shí)行起了美國上班時(shí)間。
可研究的進(jìn)展卻像“蝸牛爬”。有一次放小長假，鄧云生每天都在實(shí)驗(yàn)室里重復(fù)試驗(yàn)，可竟沒一次成功，這讓他很沮喪。
就在烏云蔽日之時(shí)，王德強(qiáng)走到了鄧云生身邊。“王主任就那么笑瞇瞇地看著我，給我講解制備方法，分析原因。有一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)步就鼓勵(lì)我，讓我又有了信心?！编囋粕f，去年11月當(dāng)?shù)弥约撼晒χ苽?納米孔，他無比激動(dòng)。
現(xiàn)在，鄧云生已能在單層石墨烯上制備出2納米孔了。
一顆樸實(shí)愛國心
中科院微電子研究所博士、德州大學(xué)阿靈頓分校（UTA）和伊利諾伊大學(xué)厄巴納—香檳分校（UIUC）博士后、曾任美國IBM Watson研究中心研究科學(xué)家……今年39歲的王德強(qiáng)擁有讓人艷羨的履歷。
放棄這么好的機(jī)會(huì)回國，不可惜嗎？對此，王德強(qiáng)說得特別樸實(shí)：“在國外做科研成果都是國外的，（我）就是想回國為國家、單位作一點(diǎn)貢獻(xiàn)?！?/p>
他說自己一直關(guān)注著國內(nèi)的情況，當(dāng)?shù)弥锌圃褐貞c研究院擁有用于納米孔制備的氦離子設(shè)備時(shí)，他意識到回國發(fā)揮自己特長的機(jī)會(huì)來了。2014年王德強(qiáng)來到重慶，開始組建團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究。
“我們團(tuán)隊(duì)成員現(xiàn)在有十多人，來自電子工程、物理、化學(xué)、生物等不同的學(xué)科。”王德強(qiáng)說，他們做的是一項(xiàng)跨學(xué)科的基礎(chǔ)技術(shù)研究，這項(xiàng)技術(shù)成熟后，不僅可用在DNA測序上，環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療衛(wèi)生等眾多領(lǐng)域都可以使用。如今他們已開展艾滋病早期監(jiān)測、肺癌早期監(jiān)測、外泌體分離等項(xiàng)目的研究，并已取得進(jìn)展。
“我們沒有嚴(yán)格的管理制度，也沒有高額的獎(jiǎng)金激勵(lì)，靠的都是大家的自覺性。”王德強(qiáng)說，團(tuán)隊(duì)的研究人員都是普通的科技工作者，但抱著一個(gè)樸素的想法——把自己所學(xué)得以致用，為國家科技發(fā)展作出自己的貢獻(xiàn)。
他的團(tuán)隊(duì)還有個(gè)“小目標(biāo)”：做核心國產(chǎn)技術(shù)裝備?！拔覀兿胪ㄟ^自己的努力，做好核心國產(chǎn)技術(shù)裝備，讓祖國在微納米結(jié)構(gòu)制備方面做到領(lǐng)先?！蓖醯聫?qiáng)說。
人物檔案
王德強(qiáng)，生于1978年8月，中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院精準(zhǔn)醫(yī)療單分子診斷技術(shù)研究中心研究員，研究方向?yàn)閱畏肿訖z測、納米孔DNA測序等。
記者手記
這個(gè)采訪約了很久。王德強(qiáng)一開始是拒絕的，經(jīng)多次協(xié)商后，他最終同意接受采訪，但要求主要說技術(shù)，并且請中心的兩位助理研究員接受采訪，一直避免談個(gè)人。在美國IBM Watson研究中心，王德強(qiáng)做的GA晶體管研究是與IBM Watson人工智能系統(tǒng)并駕齊驅(qū)的項(xiàng)目。說到自己的選擇與放棄，他反復(fù)強(qiáng)調(diào)這沒什么，就是一個(gè)普通的工作，他們也只是普通的科研人員。
對科研工作保持一顆平常心，不拔高、不突出個(gè)人，這就是王德強(qiáng)。在同事眼中，他脾氣很好，永遠(yuǎn)都是笑著鼓勵(lì)他人，很少談自己的過往，保持著低調(diào)務(wù)實(shí)的工作態(tài)度。除每周會(huì)去爬山鍛煉半天外，他平時(shí)幾乎都呆在單位做研究。
?。ㄔd于《科技日報(bào)》 2017-09-25 05版)
中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院 版權(quán)所有京ICP備05002857號渝公網(wǎng)安備50010943035號
