陈洪渊院士（右一）在指导团队成员 陈俨 摄

单细胞精准分子测量仪器系统现代快报+/ZAKER南京记者 舒越

陈洪渊院士给团队讲解仪器总体设计 陈俨 摄

南大院士陈洪渊领衔的团队，用5年时间攻克病变细胞检测难题

一根针，竟能检测出血液中是否存在癌细胞？近日，由中国科学院院士、南京大学化学化工学院教授陈洪渊领衔的科研团队，经过5年攻坚，向世人证明：这根肉眼看不见的探针，不仅能测出癌细胞，且可通过数据分析细胞，去解析癌细胞发展过程中的微小变化。目前，系列研究成果已发表于包括《美国科学院院刊》在内的多种国际一流期刊。

10月23日，现代快报记者来到南京大学化学化工学院陈洪渊院士团队的实验室，揭开这根“新型分子探针”的神奇面纱。

发现癌细胞更加“快准狠”

“我们在国际上率先建立了可获取单个活细胞内，多种生物分子动态变化的分子测量系统，获取了包括癌细胞在内的多种细胞的化学信息。”谈起这项研究成果，81岁高龄的陈洪渊院士自豪又感慨。

“如今大家最关心健康问题，其实真正的健康还要从细胞里面去找。”他解释说，细胞是生命的最小单位，但细胞又像一个小世界，它是由不同分子以不同的方式组合起来的。既然细胞由分子组合构成，那么研究细胞的根源就在于分子了。

据介绍，此前，学术界对病变细胞检测一直存在两大难点。一是携带疾病信息的病变细胞个数在单细胞级别，所检关键生物分子含量低至单分子级；二是检测分子种类多，很多重大疾病发生发展过程中包含多种生物分子的变化，需要实现多种分子的联合检测来探究疾病发展的原因。

陈洪渊院士说：“我们这套测量系统是一个新型工具，可以把它看作是‘显微镜’‘细胞放大镜’，它有一个非常先进实用的功能，也是团队攻克的重点之一——给每个细胞贴上标签。”细胞内的大多数分子、元素都可以通过这套系统，以数据的形式，清晰地显示出来，以此供人们更加准确地判断哪些是良好细胞，哪些是癌细胞或是疑似癌细胞。

另外，因为可检测细胞内多种分子的种类和含量，也意味着团队掌握了大部分细胞行为研究的主动权，包括分析细胞凋亡、（自）吞噬等现象，为细胞领域深入研究打下坚实基础。

追溯致病因子，靠的是发丝千分之一细的探针

那么，这个“细胞放大镜”在临床上将如何使用？陈洪渊院士表示，任何科研课题大体都有三段：基础研究、方法创新、开发应用。“我们属于基础研究和方法创新阶段，这是打基础的，很重要。”他强调，基础科研是否牢固，会影响到后期应用，因此必须谨慎，反复试验，不能差半毫。

陈洪渊院士带着记者走进团队实验室，原来这个“细胞放大镜”叫做单细胞精准分子测量仪器，它本身由各种仪器组合而成。面对复杂且庞大的系统，团队骨干成员之一、南京大学化学化工学院教授江德臣向记者展示了团队非常具创新意义的成果——新型分子探针。

记者观察到，这根“探针”本身是一根毛细管，底端连接着仪器，看似平常无奇。“它的前端细至50- 100纳米，一般来说，一根头发丝约50微米，50纳米相当于头发丝的千分之一，肉眼是看不见的。”江德臣教授告诉记者，探针的尖端相当于仪器的“触角”，通过它可以进入细胞，然后读取细胞中的数据，包括温度、分子变化反应等等，甚至能追溯出致病因子。

“这个新型分子探针可以实现单分子识别，在微纳时空分辨下获取单细胞中标志物分子定位、定性、定量及相互作用的信息。”江德臣教授补充说，将来测量技术进一步成熟，可能会使用到微创获取人体部分细胞样本来开展一些临床试验。

团队大咖云集，五年磨一剑

据悉，该科研团队集合了南京大学、清华大学、东南大学和协和医学院四所高校的大咖。陈洪渊院士说，在项目执行过程中，大家非常重视原始创新，要求能溯源物质性质（简称“物性”），从源头上设计各个实验方案。在这一指导原则的指引下，项目组近百位师生开展了具有高度原创性的科学研究，可以想见难度之大。

该项目研究的重点之一是获取单个细胞内纳米空间尺度上生物分子的信息，这将为我们理解生命过程的化学本质提供重要的参数。如何实现将用于分析的各种物质精准地输运到该纳米空间？江德臣教授说，向细胞内如此狭小空间进行精准和定量物质输运是业界公认的难题，此前也没有成熟的技术可以借鉴。

项目组经过多次研讨，最后决定利用“溶液在电场作用下，能在纳米管中流动”这一原理，尝试进行定向物质输运。虽然原理可行，但由于输运溶液的体积只有飞升（相当于一滴水的十亿分之一体积），因此采用多大电压、如何观测这样微小的液滴都需要进行摸索。江教授表示，“在开始尝试的前几个月，我们碰到了一系列困难，没有获得一个有效数据。但我们没有气馁。”

终于，在第4个月，他们精准获得了第一滴从纳米毛细管排出的液体。江德臣教授说：“在此基础上，我们进一步优化实验参数，使之在分析时不会干扰细胞自身的活性。最终，我们在国际上率先实现了对单个细胞内蛋白活性的定量电化学分析。”

陈洪渊：

拿国家基金做科研不是儿戏

有了成果才踏实

从18岁考入南京大学就读放射化学专业起，陈洪渊致力仪器分析的教学和科研半个多世纪，在涉及生命、材料科学的电分析化学基础与应用研究的多个前沿领域作出重要贡献。

“为了完成这个项目，我常常要思考入夜，虽谈不上每天睡不着觉，但时时感到压力很大，尤其是团队遇到瓶颈的时候。”陈洪渊院士回忆，2013年他拿到国家批准项目经费6400万，“拿国家基金做科研可不是儿戏，是要负责任的。5年之后，终于有了成果，我这颗心才算踏实。”

陈洪渊院士还谈到高校的根本任务是培养优秀人才。如何平衡高校的教学与科研，陈洪渊院士表示，“教学与科研是衡量一所高校水平的两大板块，也是教师职称评审和成果考核的两个方面。”陈洪渊打了个比方：教学是刀背，科研是刀锋。没有刀背的支持，刀锋就会卷刃。“科研成果固然更易显现和量化，而教学效果却难以在短时间内凸显，但教学质量的高低直接影响着人才培养的质量。”陈洪渊院士认为，教师职称和科研成绩考评，长期以来普遍侧重科研成果，其中又以论文指标为先，这种偏颇情况如果不及时扭转，高质量人才的培养就会落空，后果不堪设想。

陈洪渊至今共培养近130名博士和硕士，其中包括3位长江学者特聘教授、8位国家杰出青年基金获得者及2位中国青年女科学家获得者。