韓國成：科研路上的遠(yuǎn)行者

□ 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、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，是由于胰島素絕對或相對不足引起糖、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，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，會發(fā)生糖尿病腎病、動脈硬化等并發(fā)癥，同時也是心肌梗死、腦卒中死亡的一個高危因素。因此，監(jiān)測糖尿病患者糖化血紅蛋白水平，對監(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象，以二茂鐵為電化學(xué)探針，設(shè)計并合成新型電化學(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)信號差異，實(shí)現(xiàn)二者的快速準(zhǔn)確檢測。

這一項(xiàng)目歷時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。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)時檢測平臺

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、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。

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，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。”

堅持科研與教學(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年多的時間就評上了副教授，5年后晉升教授。自任教以來，韓國成就堅持科研與教學(xué)緊密結(jié)合，注重科研對教學(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。他認(rèn)為，將學(xué)生引入到真實(shí)工作環(huán)境中，加強(qiáng)對學(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，其中指導(dǎo)本科生參加2015年、2014年、2013年廣西高校化學(xué)化工類論文及設(shè)計競賽，獲二等獎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)秀獎二等獎2項(xiàng)，2017年獲校級教學(xué)成果獎三等獎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，一步一個腳印地前進(jìn)，前進(jìn)。