朱志,女,1984年7月生,福建邵武人。2006年7月于北京大学获得理学学士学位,2011年5月于美国佛罗里达大学分析化学专业获理学博士学位,2011年8月入职厦门大学工作至今。现任厦门大学特聘教授、博士生导师,厦门大学化学化工学院化学生物学系副主任,国家自然科学基金优秀青年基金获得者,教育部“长江学者奖励计划”青年学者。曾获美国化学会分析化学研究生奖,中国政府国家优秀自费留学生奖,中国化学会青年化学奖,福建省特支“双百计划”青年拔尖创新人才等多个奖项与荣誉称号。
朱志教授志存高远,执着追梦砥砺前行;她孜孜不倦,潜心科研培育英才。她是一位充满智慧的女科学家,一名乐教无悔的教育工作者,她长期潜心生物分析化学领域研究。以复杂生物体系为分析对象,发展功能核酸探针技术、微流控方法及信号放大策略,提升复杂生物体系分析的灵敏度和选择性。在信号放大、分子探针设计、微纳器件构建、疾病早期诊断以及便携即时检测等方面取得了系列创新性成果。先后在Science、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、 Acc. Chem. Res.等国际期刊发表论文160余篇,获中国发明专利授权35项,主持多项国家自然科学基金。
生化信息获取是人类探索生命现象本质的关键环节,是分析化学领域极具挑战性的国际前沿课题。生物传感技术是生化信息获取的重要手段,是人类探索生命现象本质的重要工具,为疾病诊断与治疗、生物医学研究及生化威胁预警等人类健康和国家重大需求问题的解决提供有效而快速的分析手段。当前,化学、生命、医学及材料科学等学科的发展,对生物传感技术提出了新的更大挑战和更高需求,必须解决传感原理与方法的高选择性和高灵敏度等关键科学问题,而高效的分子识别工具及新传感原理的匮乏是该领域发展的瓶颈。基于此,朱志教授针对生物传感的高选择性问题,发展了基于微流控技术的高效筛选新方法,获得系列特异性识别新分子。针对高灵敏度问题,发展多种高效信号放大新方法,提出基于气压的生物检测新原理,构建高性能碳基场效应管传感器,大幅提升复杂生物环境分析检测的灵敏度,并成功应用于生命体系分析。
1. 发展和建立识别分子筛选新方法,获得多种特异性识别分子
核酸适体是通过模拟生命过程,综合运用化学合成、人工筛选、分子裁剪、功能化衍生等分子工程方法获得的具有生物分子识别功能的寡核苷酸。较之于天然识别分子如抗体,核酸适体与靶标结合的特异性和亲合力相当甚至更强,且核酸适体更具靶标范围广、稳定性好、分子量小、免疫原性小、无毒性等优点,在生物分析中业已展示巨大的应用价值。但是核酸适体发展已有20多年,目前可用的适体序列仍十分有限。其关键瓶颈在于已有筛选方法繁琐、耗时、昂贵,从而导致了适体序列匮乏,严重阻碍了核酸适体研究的整体发展。
为解决传统筛选方法繁琐、耗时、昂贵的瓶颈,朱志教授发展了高通量单分子操控及扩增的微流控技术,建立了快速、高效的表面展示核酸适体筛选新方法,为今后更加准确、高效、经济地获得功能核酸开辟了捷径。基于所建立的筛选新方法,以肿瘤标志物上皮细胞粘附分子、前梯度蛋白2、小分子黄曲霉毒素、血红素等为靶标分别进行筛选,获得了多条特异性核酸适体,为生物分析提供了重要的识别分子基础。这一系列工作不仅验证了所建立筛选方法的实用性和通用性,而且为生物分析提供了重要的识别分子基础,丰富了核酸适体的信号识别和生命分析领域的研究。
2. 开发信号放大新策略,提高检测的灵敏度和响应性
为提高检测的灵敏度和响应性,基于DNA碱基互补配对和核酸适体-靶分子相互作用,朱志教授成功构建了仿生识别分子-水凝胶自组装体系作为一类新型的智能响应仿生识别材料用于信号放大。通过靶分子与核酸适体的竞争结合,逐渐瓦解核酸适体交联的水凝胶,释放包埋于其中的信号分子,实现信号放大的可视化检测。创新性地将核酸适体水凝胶的智能响应性能与血糖计的便携定量优势结合,构建了核酸适体水凝胶-血糖计联用的便携式定量检测平台。由于核酸适体的可筛选性和特异性,该方法具有很高的普适性,因而进一步拓展该体系,实现了重金属铅离子、放射性元素铀离子、赭曲霉毒素、黄曲霉毒素、葡萄糖等的高灵敏、快速、便携检测。
当今随着人们生活水平的提高,个性化诊断治疗的普及,仪器设备的小型化和家庭化是必然的趋势。依赖于大型光学检测设备的体外诊断技术的发展和进一步推广必然会受到阻力。完全不同于传统的基于光电磁的传感检测原理,朱志教授提出并建立了基于催化产气的生物检测新原理。以过氧化氢酶催化双氧水分解产生氧气为例,将靶标物种浓度转化成过氧化氢酶浓度,进而催化产气反应,产生大量氧气,引起密闭空间内气压变化,实现气液转换及酶促反应的双重信号放大,且可直接用小巧、便携、便宜的气压计对产气引起的压力变化进行检测。将该原理与生物医学广泛使用的酶链免疫ELISA方法巧妙结合,将分子信号转变为压强信号,实现了肿瘤蛋白、病毒、毒品等靶标的手持式快速高灵敏定量检测,为便携检测仪器的开发与发展提供了新思路。
3. 发展基于DNA自组装限域效应的场效应管传感器
纳米场效应晶体管生物传感器是近年来发展起来的一种新型生物传感平台。由于其高度的微型化和一体化,与传统的检测技术相比,具有灵敏度高、选择性好、分析速度快、免标记、操作简单等优势。朱志教授团队与其合作者以基于DNA模板组装的碳纳米管平行阵列作为模型体系,研究了界面生物分子组成对器件性能的影响,开发了一种固定-洗脱的界面工程方法,在不改变碳纳米管排列的基础上,能有效地去除了界面处的金属离子、生物分子等杂质,从而提升基于生物模板的碳基晶体管性能。利用空间限域效应对化学组装的调控,在厘米级基底表面,实现了等间距碳纳米管的组装,结构精准度比传统的薄膜组装方法提高2个数量级以上。并通过调控核酸—碳纳米管的界面组成,在单一碳基晶体管内部同步实现了高的开态性能与快速开关切换。此项成果解决了界面工程处理问题,为构建高性能碳基电子器件奠定了基础,因而受到了业界广泛关注。
朱志教授课题组始终围绕生物分析化学研究,在复杂生物体系分析领域积累了近10年的研究经验,发表了系列原创性的研究成果,得到国内外同行的高度评价。研究工作曾被Chemistry World、ACS C&EN、JACS Spotlights 等媒体和期刊专栏专题报道。朱志教授现任Nature集团刊物《Scientific Reports》编委,《中国化学快报》和《分析测试学报》青年编委,《高等学校化学学报》和《Chemical Research in Chinese Universities》青年执行编委,《中国科学:化学》青年工作委员,中国分析测试协会青年学术委员会委员及中国化学会青年化学工作者委员会委员。正在进行一系列国家自然科学基金、教育部和福建省的相关项目研究。通过这些系列研究课题的开展,不仅在功能核酸探针技术、微流控方法及信号放大策略等方面有了很好的研究基础和积累,而且形成了一支较为活跃的研究团队,为今后的研究发展积淀了坚实的基础。