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“界面”，是物質(zhì)相與相的分界面。兩相交界處是物質(zhì)傳輸、能量交換和信號(hào)轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所。樊春海往往喜歡從界面入手尋找科學(xué)問(wèn)題。科學(xué)上的新理論、新發(fā)明的產(chǎn)生，新的工程技術(shù)的出現(xiàn)，經(jīng)常是在學(xué)科的邊緣或交叉點(diǎn)上。在他看來(lái)，“界面”就是“交叉”，學(xué)科交叉就是學(xué)科的“界面”。

初露鋒芒展頭角，“學(xué)科交叉”乃初心

1992年，準(zhǔn)備參加高考的樊春海報(bào)考了南京大學(xué)生物化學(xué)系?！爱?dāng)時(shí)選擇生物化學(xué)很盲目，一點(diǎn)也不了解。但是隱約感覺生物化學(xué)既有生物，又有化學(xué)，這個(gè)名字很酷！”樊春海回憶說(shuō)。

當(dāng)時(shí)的生物化學(xué)系有著名的百歲教授鄭集先生，以及我國(guó)生物制藥技術(shù)研發(fā)的開拓者之一和肝素、尿激酶工業(yè)的創(chuàng)始人朱德煦先生等知名學(xué)者。朱德煦時(shí)任系主任，著力推動(dòng)學(xué)科交叉?！皩W(xué)不好化學(xué)，就做不好生物化學(xué)”是當(dāng)時(shí)系里的口號(hào)。在此濃郁的學(xué)科交叉背景下，化學(xué)系陳洪淵先生的分析化學(xué)博士李根喜成為了朱先生的博士后。

陳洪淵是我國(guó)著名分析化學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士、生命分析化學(xué)概念的創(chuàng)導(dǎo)者和生命分析化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)始人。他也是著名的教育家，桃李滿天下。2015年，陳洪淵被授予《自然》杰出導(dǎo)師終身成就獎(jiǎng)。李根喜于1996年留在生物化學(xué)系任教，樊春海在此時(shí)恰好進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做畢業(yè)設(shè)計(jì)，在他的建議下決定跟隨朱德煦、李根喜兩位導(dǎo)師攻讀研究生。

由此，樊春海在科研生涯的早期就幸運(yùn)地得到了朱德煦、陳洪淵兩位先生的耳提面命，從兩位學(xué)術(shù)大師在生物化學(xué)和分析化學(xué)兩條學(xué)術(shù)傳承線的交叉點(diǎn)上起步。他在研究生期間從事的電化學(xué)生物傳感器研究延續(xù)至今，二十余年來(lái)始終為其實(shí)驗(yàn)室的研究主線之一。

2000年，樊春海在南京大學(xué)獲得生物化學(xué)與分子生物學(xué)博士學(xué)位。當(dāng)年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了圣芭芭拉加州大學(xué)艾倫·黑格（Alan J. Heeger）等3位開創(chuàng)了導(dǎo)電高分子領(lǐng)域的教授。樊春海偶然閱讀到《先進(jìn)材料》雜志關(guān)于黑格的一篇專訪。他表示，在獲獎(jiǎng)后希望做一些以往不敢做的事，比如生物學(xué)，特別是生物傳感是最重要的一件事情。這使樊春海受到極大的鼓舞，鼓足勇氣向黑格申請(qǐng)博士后并獲得認(rèn)可。

在來(lái)到風(fēng)景秀麗的加州海濱城市圣芭芭拉之后，樊春海才發(fā)現(xiàn)黑格居然是物理系教授，而且他始終認(rèn)為自己是物理學(xué)家。一位物理學(xué)家獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，然后開始做生物學(xué)，這使樊春海感到非常震撼。很多年后，黑格在中國(guó)的一次演講中謙虛地說(shuō)：我當(dāng)時(shí)對(duì)生物一竅不通，連DNA分子這樣最基本的知識(shí)都是春海教我的。然而，在黑格實(shí)驗(yàn)室的博士后經(jīng)歷，使樊春海從一個(gè)初出茅廬的年輕研究者一下跨入到了學(xué)科交叉的前沿?！昂诟窠淌诮o我留下的最深印象是看問(wèn)題的眼光非常開闊，而且他特別推崇學(xué)科交叉。”樊春海說(shuō)。

在黑格實(shí)驗(yàn)室工作期間，繁雜的科研工作曾讓樊春海一度感到應(yīng)接不暇。他向黑格請(qǐng)教如何在復(fù)雜多變的形勢(shì)下做事。黑格很干脆地說(shuō)：“很簡(jiǎn)單，你就挑最重要的事情做?！焙?jiǎn)單的一句話為樊春海開辟出一條清晰的道路：“這句話我記憶猶新，對(duì)我的影響也最大。”

在黑格指導(dǎo)下，樊春海陸續(xù)取得了一些研究進(jìn)展，相關(guān)研究工作在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》和《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》等權(quán)威雜志上發(fā)表。其中，他們發(fā)展出了一種被命名為E-DNA的電化學(xué)DNA生物傳感器，得到了國(guó)際同行的廣泛好評(píng)。美國(guó)化學(xué)會(huì)C&E News將其評(píng)為2003年重要化學(xué)進(jìn)展之一，《生物技術(shù)趨勢(shì)》雜志連續(xù)發(fā)表兩篇評(píng)論論文進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，其中一位評(píng)論作者即2019年新任《科學(xué)》雜志主編的H. Holden Thorp教授。

梅花香自苦寒來(lái)，科研之路多崎嶇

博士后經(jīng)歷極大地拓寬了樊春海的眼界，并堅(jiān)定了他從事學(xué)科交叉的信心。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)正處于學(xué)科建設(shè)的起步階段，需要大量新生血液。2004年1月，樊春海在中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃資助下加入了中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所。

湊巧的是，在他入職答辯的那一天，正值研究所承擔(dān)的上海同步輻射光源項(xiàng)目在歷經(jīng)十年艱辛籌備后獲批。這是當(dāng)時(shí)中國(guó)最大的科學(xué)研究設(shè)施，可謂舉世矚目。樊春海當(dāng)即決定選擇應(yīng)用物理所并于第二日簽約。在后來(lái)被稱為“上海光源精神”的引導(dǎo)下，這一國(guó)際先進(jìn)水平的同步輻射光源僅用五年時(shí)間即落成。2009年，《自然》雜志以“中國(guó)進(jìn)入世界級(jí)同步輻射俱樂(lè)部”為題專題報(bào)道。而這五年也正是樊春海從零開始、白手起家建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的五年。

深受上海光源精神鼓舞的樊春海希望能做出同樣具有國(guó)際影響力的研究工作。研究所李民乾先生和胡鈞研究員是國(guó)內(nèi)納米生物交叉研究的早期探索者。在他們的指導(dǎo)和幫助下，樊春海結(jié)合自身在DNA研究方面的背景，逐漸明確了以DNA納米技術(shù)為抓手來(lái)形成研究特色。DNA納米技術(shù)是利用DNA分子卓越的自組裝和識(shí)別能力，將其作為一種納米材料實(shí)現(xiàn)精確的納米構(gòu)筑。

2006年，樊春海、胡鈞與上海交通大學(xué)賀林院士等合作，共同創(chuàng)制了DNA分子組裝而成的納米尺度“中國(guó)地圖”，并發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》中英文版。這成為“DNA折紙術(shù)”這一前沿交叉領(lǐng)域中第二個(gè)發(fā)表的工作，并以中國(guó)特色的形象在國(guó)際上亮相。經(jīng)過(guò)多年積累，樊春海團(tuán)隊(duì)發(fā)展了DNA自組裝結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)納米尺度精準(zhǔn)礦化的新方法，在保持DNA納米結(jié)構(gòu)精巧設(shè)計(jì)的前提下顯著提升其力學(xué)性能，為仿生納米孔道的構(gòu)建與分析應(yīng)用打開了新的大門。該工作于2018年在《自然》雜志發(fā)表，實(shí)現(xiàn)了中國(guó)研究者在DNA納米技術(shù)領(lǐng)域的首次突破。

樊春海并沒有滿足于僅僅用DNA來(lái)制造漂亮的納米圖案，而是始終想著如何將納米思維引入到生物傳感研究中，希望通過(guò)DNA納米技術(shù)來(lái)提升生物檢測(cè)的性能。不忘初心，方得始終。在不懈的探索中，他們團(tuán)隊(duì)于2010年實(shí)現(xiàn)了突破。針對(duì)界面生物分子識(shí)別的復(fù)雜性挑戰(zhàn)，樊春海獨(dú)辟蹊徑提出將DNA四面體結(jié)構(gòu)用于電化學(xué)傳感界面的調(diào)控，建立了“先組裝、后檢測(cè)”的框架核酸傳感新方法，突破了界面限域組裝與識(shí)別的難題，對(duì)促進(jìn)生命分析化學(xué)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

眾人拾柴火焰高，“學(xué)科交叉”須合力

為了推動(dòng)國(guó)內(nèi)DNA納米技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，樊春海與學(xué)術(shù)界同行積極開展國(guó)際交流，努力在國(guó)際學(xué)術(shù)界發(fā)出來(lái)自中國(guó)的聲音。例如，他與劉冬生、王樹教授自2009年起創(chuàng)辦了“DNA納米技術(shù)國(guó)際研討會(huì)”系列，吸引了包括DNA納米技術(shù)領(lǐng)域之父西曼（Nadrian C. Seeman）教授在內(nèi)的一批頂級(jí)學(xué)者參加。2017年，他專程赴美國(guó)參加在奧斯丁得克薩斯大學(xué)舉行的第23屆DNA計(jì)算與分子編程國(guó)際會(huì)議（“DNA23”）。這是領(lǐng)域內(nèi)最重要的國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議，他作為中國(guó)代表發(fā)表演講并承接了第24屆在中國(guó)舉辦的任務(wù)。他與唐波、劉冬生教授作為共同主席于次年舉辦了 “DNA24”，該次大會(huì)被會(huì)議執(zhí)行委員會(huì)贊譽(yù)為規(guī)?？涨暗木薮蟪晒Α?/p>

基于研究所的科研基礎(chǔ)和對(duì)國(guó)際學(xué)科交叉動(dòng)向的領(lǐng)悟，樊春海、胡鈞、黃慶等在上海應(yīng)用物理所領(lǐng)導(dǎo)支持下于2008年組建了物理生物學(xué)研究室（物理生物學(xué)所級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），樊春海擔(dān)任研究室主任。

物理生物學(xué)是利用新近發(fā)展起來(lái)的物理學(xué)新概念和先進(jìn)技術(shù)，以化學(xué)為橋梁，使生物學(xué)建立在定量基礎(chǔ)之上的新興前沿交叉學(xué)科。物理生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室則是該交叉學(xué)科領(lǐng)域國(guó)內(nèi)第一個(gè)成建制的研究單元。物理生物學(xué)研究室的建立為充分利用上海同步輻射光源等先進(jìn)物理手段并開展多學(xué)科合作打開了局面。

兩相交界的表界面是物質(zhì)、能量交換和信號(hào)轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所，卻又是常規(guī)手段難以研究的區(qū)域。特別是，界面上的微量生物分子往往難以探測(cè)，更難確定其分子構(gòu)象和取向。物理生物學(xué)研究室系統(tǒng)研究了生物分子在宏觀及納米尺度上與無(wú)機(jī)材料界面的相互作用，并利用同步輻射等先進(jìn)表征技術(shù)，深化了對(duì)傳感界面上生物分子吸附、組裝和識(shí)別等物理化學(xué)過(guò)程的理解。他們通過(guò)對(duì)界面的功能設(shè)計(jì)與調(diào)控，顯著提高了生物傳感過(guò)程中的生物分子識(shí)別能力；通過(guò)界面共組裝精確調(diào)控了蛋白質(zhì)、DNA等生物分子及細(xì)胞在宏觀和納米界面上的吸附和可控耦聯(lián)，從而顯著提高了生物傳感過(guò)程中生物分子的識(shí)別效率，并建立了生物傳感識(shí)別與生物檢測(cè)性能之間的關(guān)聯(lián)。相關(guān)成果總結(jié)為“生物分子界面作用過(guò)程的機(jī)制、調(diào)控及生物分析應(yīng)用研究”，并于2016年獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

物理生物學(xué)研究室不僅可以充分利用同步輻射這樣的先進(jìn)科學(xué)裝置，更有機(jī)會(huì)組建融合物理、化學(xué)和生物于一體的多學(xué)科研究團(tuán)隊(duì)。這種獨(dú)特的學(xué)科交叉研究氛圍不僅使生物傳感研究能夠快速推進(jìn)，而且能夠拓寬更多前沿的研究方向。樊春海團(tuán)隊(duì)近年來(lái)更是將體外檢測(cè)的生物傳感探針應(yīng)用到細(xì)胞內(nèi)部，致力于發(fā)展框架核酸細(xì)胞成像技術(shù)。他們還依托上海光源，在國(guó)家自然科學(xué)基金委重大儀器研制項(xiàng)目的支持下自行研制顯微鏡，積極推動(dòng)活體分析和腦成像研究。

《自然—化學(xué)》在2019年以“化學(xué)求索之路”（Charting a course for chemistry）為題發(fā)表了紀(jì)念創(chuàng)刊十周年的專題論文，樊春海作為全球50余名受邀作者之一提出化學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性問(wèn)題：“一個(gè)令人激動(dòng)的學(xué)科前沿是理解人工設(shè)計(jì)的核酸結(jié)構(gòu)如何在活細(xì)胞和動(dòng)物體內(nèi)組裝并發(fā)揮作用。創(chuàng)造新的工具來(lái)控制活細(xì)胞內(nèi)的天然和人工核酸分子的組裝過(guò)程，將有可能為核酸化學(xué)領(lǐng)域帶來(lái)革命性的變化，從而推動(dòng)納米診療和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。更長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮的話，另一個(gè)大有可為的研究方向是探索和發(fā)展具有人工智能的DNA或RNA機(jī)器人，并在動(dòng)物和人體內(nèi)工作。”

2018年4月，樊春海以王寬誠(chéng)講席教授身份正式加盟上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院。在學(xué)校和學(xué)院的全力支持下，樊春海以新落成的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施為基地建設(shè)“框架核酸設(shè)計(jì)與納米醫(yī)學(xué)診療”實(shí)驗(yàn)室。

這是新起點(diǎn)，也是新征程。樊春海希望在二十余年從事生物傳感基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上，將發(fā)展起來(lái)的核酸分析新方法在實(shí)際臨床中得到轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。特別是他得到了中國(guó)科學(xué)院院士、上海交通大學(xué)分子醫(yī)學(xué)研究院院長(zhǎng)譚蔚泓的鼎力支持，在仁濟(jì)醫(yī)院積極與臨床醫(yī)生開展合作，嘗試將生物傳感器用于前列腺癌早期預(yù)警，并探索發(fā)展低成本醫(yī)療檢測(cè)的可能。（作者：李茜 黃辛 來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 原標(biāo)題：樊春海院士：倘徉于學(xué)科交叉的“界面”）