通海講堂第105期：羅丹教授與本科生對(duì)話dna新材料

12月12日下午，我校面向本科生推出的高端學(xué)術(shù)講座通海講堂第105講在奉賢校區(qū)通海廳正式開講，主講嘉賓康奈爾大學(xué)羅丹教授作題為“把dna做成萬能通用材料”的主題報(bào)告，我校生物反應(yīng)器工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任張立新教授主持。

開講前，張立新介紹了羅丹教授的教育背景及科研經(jīng)歷，將“生化環(huán)材”學(xué)生專業(yè)背景、就業(yè)疑惑和羅丹的研究工作緊密銜接。報(bào)告伊始，羅丹首先提出了一個(gè)引人入勝的觀點(diǎn)，認(rèn)為dna不僅僅是一種遺傳材料，更是一種神奇的多功能通用材料。通過有趣的提問，他循序漸進(jìn)地解釋了dna為何如此神奇。詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)室如何通過高效的酶反應(yīng)，首次在全球范圍內(nèi)大規(guī)模合成了宏觀的純dna水凝膠、無需細(xì)胞即可生產(chǎn)蛋白質(zhì)的p膠以及沒有生命卻能夠制造蛋白質(zhì)的人工細(xì)胞。這一系列創(chuàng)新為“無細(xì)胞合成生物學(xué)”開辟了一條嶄新的道路。

首先dna作為塑料原料有哪些優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)哪些應(yīng)用？與合成高分子材料不同，dna是一種天然存在且擁有悠久歷史的高分子。幾乎所有生物都擁有分解dna的酶，因此無需擔(dān)心無法降解的問題。此外，dna的來源非常廣泛，生物不斷地制造dna，可謂取之不盡用之不竭。研究團(tuán)隊(duì)通過從海洋微生物和釀酒廠等殘?jiān)惺占烊籨na作為原料。通過獨(dú)特的小分子交聯(lián)劑，成功在室溫下迅速將dna解旋形成凝膠。通過調(diào)整條件，可以制備出柔軟或堅(jiān)硬的dna凝膠，展現(xiàn)出電絕緣性、高強(qiáng)度和可拉伸性等特性。通過添加其他材料，還賦予dna凝膠新功能，如不粘性和高黏附力。dna塑料的制備簡便、環(huán)保，具備替代傳統(tǒng)塑料的潛力。

此外，羅丹還強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造的“類生命材料”dnasoft robots的獨(dú)特之處。這種材料不僅具備自主進(jìn)化能力，而且結(jié)合人工智能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病原體的快速診斷，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域帶來革命性的變革。如在與重慶西南醫(yī)院檢測(cè)科陳鳴教授的合作中，羅丹課題組發(fā)現(xiàn)dna水凝膠可實(shí)現(xiàn)基于手機(jī)的超薄便攜核酸現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。這一裝置具備在4℃?-37℃野外環(huán)境下操作的能力，可從血液、尿液、唾液、污水、食品、植物等樣本中檢測(cè)目標(biāo)dna。令人矚目的是，該檢測(cè)裝置的特異度達(dá)到單堿基差異水平，而輔助設(shè)備僅需一臺(tái)智能手機(jī)。這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)顯而易見。首先，便攜性極高，通過智能手機(jī)即可完成檢測(cè)，不再需要復(fù)雜昂貴的設(shè)備。其次，覆蓋多種樣本來源，使其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用更為廣泛。最重要的是，高度特異的檢測(cè)水平保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性，為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了可靠的解決方案。這一創(chuàng)新有望在醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

在互動(dòng)環(huán)節(jié)，羅丹一一解答了學(xué)生們對(duì)于“類生命材料與人工智能融合時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)”“將基因與凝膠結(jié)合時(shí)可能遇到的問題”以及“dna材料何時(shí)能夠在我們?nèi)粘Ｉ钪袕V泛應(yīng)用”等問題。他以生動(dòng)形象的語言，深入淺出地描繪了這些科學(xué)領(lǐng)域的復(fù)雜性，為聽眾呈現(xiàn)了一幅令人深思的未來科技畫卷。

總體而言，羅丹實(shí)驗(yàn)室的研究為dna材料的開發(fā)提供了新的方向，將納米技術(shù)和生物制造領(lǐng)域融合，為可持續(xù)性材料的發(fā)展和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的創(chuàng)新帶來了新的希望。這一研究不僅在國際上取得了顯著成果，而且為我們理解生命起源和發(fā)展提供了全新的視角。

我校生物工程學(xué)院部分青年教師代表參加了此次“通海講堂”。