冰凌之花
——記中科院長春應用化學研究所研究員李冰凌

本刊記者　劉 賀

冰凌之花
——記中科院長春應用化學研究所研究員李冰凌

本刊記者劉 賀

2012年，一種叫做MERS的新型冠狀病毒肆虐中東，死亡率高達30%；2015年5月4日，它跟隨一名68歲的男子從巴林返回韓國，導致7人確診，64人隔離。短短兩年時間，MERS已經從發源地中東傳播到歐洲、北非、東南亞、美國、韓國等地。李冰凌博士近期的研究也圍繞于此，她在診斷中東呼吸綜合癥和埃博拉病毒領域取得的初步進展非常振奮人心，此研究極具實用性，是生物學傳感器近年來不可多得的有望應用于實際的研究成果。

第一批吃螃蟹的人

從中國科學院長春應用化學研究所畢業后，李冰凌申請到美國德克薩斯州大學奧斯汀分校師從核酸適配體的發明者之一——分子生物學家Andrew D. Ellington教授從事博士后研究。在這期間，李冰凌系統學習并掌握了核酸適配體的篩選方法和潛在應用，并對核酸反應動力學和熱力學有了深入研究。

第一個吃螃蟹的人不僅需要勇氣，更需要有足夠的實力。早在博士期間，李冰凌就對核酸適配體的諸多優點充滿興趣，作為國內首批從事核酸適配體傳感器研發的博士研究生之一，她將研究重心主要放在“如何得到方便、快捷的信號輸出”上。通過設計出一系列免標記的電化學異相信號傳導過程，以及免基底、免分離的全均相信號傳導過程，李冰凌收獲了近30篇SCI論文，對適配體和共軛聚合物相互作用的熒光分子開關、銀離子和核酸片段的金納米和酶比色輸出以及雙鏈-復合物法電化學阻抗小分子免標記傳感過程等做了大量研究分析。這些研究有極強的普適性與Point-of-care (POC,即時現場診斷)兼容性，且大部分已經被有效融入到她現在回國后所從事的核酸分子工程技術創新設計中。

成功，是從不停止前進的腳步。利用核酸分子工程技術創新性改良出“零背景”“CHA催化組裝技術”，李冰凌證明其可作為“萬能無酶信號放大傳導元件”應用到多項實際生物分析，尤其是傳染病快捷診斷中。經反復試驗，李冰凌發現在CHA反應中，一條線性脫氧核糖核酸會依次打開并組裝兩條發卡型DNA，且每完成依次組裝后線性DNA可自發脫離組裝體，并作為催化劑再一次參與到另一次組裝中，如此實現組裝的循環放大。此技術直接用線性DNA作為催化劑，能夠在幾個小時內迅速完成100次循環放大，沒有催化劑參與到組裝信號中，可獲得優于其他同類無酶放大器的千倍以上信噪比，達到最大幅度提高信噪比的目的。

該CHA體系在生物分析應用中潛力如何？帶著這個疑問，李冰凌首次對其展開了系統的發掘，證明CHA不僅可以靈敏地檢測線性DNA催化劑，還可以廣泛地接受核糖核酸和有機小分子等其他非線性DNA催化劑。此研究一經發表引起了學術界的廣泛關注，對該研究在推動新型普適性放大檢測中的重要意義給予了充分肯定。

緊接著，李冰凌利用C H A作為均相信號傳導器件，實現了對DNA納米組裝體。通過對雜交發夾鏈反應（HCR）的免標記檢測，李冰凌證明CHA可以靈敏地檢測DNA鏈或兩個堿基間的距離變化。針對這一特性，李冰凌對信號增加的單堿基突變識別技術又開展了深入研究，突破性地實現了唯有特定位置的單堿基突變才可以引發有效的信號，而無突變或其他位置的突變均不會帶來有效信號，大大增加了信號的可靠性。新加坡國立大學Zhiqiang Gao教授評價該研究為“有價值新進展（Interesting advancements in HCR）的典型代表，認為其開辟了HCR研究和應用的新領域（“opened up new avenues in use of HCR”），更強調其中對單堿基突變的識別，在“基因分型（genotyping）和分子診斷中有巨大的應用前景。

花蕾初放

扎實的學術研究基礎為李冰凌后繼學術研究創設了良好的條件。在國際上最早介紹適配體傳感器的專著之一——《Aptamers in Bioanalysis》中，她所撰寫的章節被美國愛荷華州立大學Marit Nilsen-Hamilton教授評價為，“涵蓋了核酸適配體在生物傳感領域的多方面應用，對讀者很有幫助，是一個很好的選擇。”如今，此書已被翻譯成中文《生物分析中的核酸適配體》出版，并被作為在核酸適配體分析領域的先驅性專業書籍在業界傳閱。

當前，以艾滋病、肺結核、禽流感等傳染病為例的檢測方法是采用聚合酶式反應技術，現有檢測技術程序繁瑣且設備昂貴，不適用于偏遠地區醫院，尤其是在傳染病大規模爆發時期，檢測手段將成為制約傳染病防控效果的主要因素之一，傳染病快捷檢測手段亟待開發。

將科研學術研究轉化為應用于實際生活的創新性技術是每位科學家的初衷和信仰所在，李冰凌也是如此。面對中東呼吸綜合征（MERS-CoV病毒）、埃博拉（Ebola病毒）、寨卡（Zika病毒）等重大傳染病的肆虐，為了填補POC兼容超特異基因診斷的空白，李冰凌在全基因擴增中特別用環介導等溫擴增技術（LAMP）取代傳統的聚合酶鏈反應（PCR）；并利用一個發卡分子信標作為橋梁，成功實現LAMP與CHA的終點和實時聯用檢測，實現了對DNA大分子的普適性超靈敏超特異性識別，對靶向如M13mp18、MERS-CoV和Ebola基因的識別下限均低至10-19M以下，相當于1微升樣品中只有不到20個分子。

在為創新成果感到喜悅的同時，李冰凌發現LAMP超強的放大功能和PCR（包括實時定量PCR）類似，會頻繁地帶來非特異性的反應；即使是沒有待測分子，傳統的堿基對識別檢測技術也常會顯示假的陽性信號，對分析結果的可靠性造成嚴重干擾。為打破頻發性假陽性對PCR和系列等溫擴增技術臨床應用的限制，李冰凌設計了加強識別LAMP產物中至少兩個序列的AND邏輯體系，讓信號更具有可靠性的同時，也將核酸邏輯應用推向實際。在此項LAMP+CHA終點聯用技術中，CHA不僅對信號做了進一步放大，其只識別LAMP產物中特定序列的特性更是對完全消除假陽性信號貢獻尤為突出。

李冰凌的方法雖然在信噪比和抗干擾性上還有待加強，但可以在保證超靈敏度的同時，對假陽性信號進行完全排除，此研究的現實應用前景值得期待。帶著沉甸甸的成就，李冰凌渴望回國，回到自己學術起飛的地方——中國科學院長春應用化學所研究所。“繼續推進研發以流行傳染病基因為靶向目標的超精準、高信噪比POC診斷平臺，并驗證其隨時向新型或傳統重大疾病過渡的普適性”帶著10年科研積累，李冰凌回國后的科研目標堅定且清晰，其科研創新成果的普及更是令人期待。

“如果說母親是引導我進入此專業的啟蒙老師，那恩師董紹俊院士便是我科研路上的引導師”，李冰凌母親也從事化學工作，從小耳濡目染對化學這個專業便充滿了興趣。最原始的好奇心往往是引導人們專注的最原始力量，真正深入到這個專業領域后，李冰凌發現太多未知的東西有待探索，從最初學習試驗操作、儀器使用、數據分析，前進的每一步都離不開導師的幫助和扶持。“導師已經是80歲的高齡，每天都精神矍鑠一心撲在科研上，早出晚歸是常態。”對李冰凌來講，恩師不僅是自己學術上的榜樣，更是精神上的引導。

冰凌花，開在極寒季節，寓意堅韌、執著、百折不饒，還帶有一絲詩意的美好。李冰凌，亦是人如其名，采訪匆匆劃上尾音，她溫和堅定的聲音卻猶在耳畔。科研是一件與困難、與自己抗爭的事情，目標堅定才能看得到遠方，身為女性科學家，李冰凌坦言自己也會有很多壓力，在繁忙中抽出時間小憩片刻，三五好友結伴外出旅游，充滿電后再繼續出發，這也是生活的魅力所在。

談及未來，李冰凌回國后正加緊組建自己的團隊，“我們將與醫院和地方防疫部門建立聯系，加快便攜型傳染病早期預警平臺的研發和推廣工作。”