中南大学基础医学院特聘教授陈昊彬 构筑优异光学探针 助力生物医学诊疗

　　现代医疗科技是提高人民生命健康水平、发展生物医药新兴产业的关键要素。随着社会的发展，基于光学方法的检测与治疗技术在生物基础研究和医学临床诊断中的重要应用价值日益凸显。而光学检测与成像技术的突破取决于先进硬件设备的制造与优异光学探针的构筑，光学治疗效果的提高往往依赖于光敏剂、光热试剂等光学探针的创新。

　　一般而言，光学探针能够在分子水平上实现对特定生物标志物生理状态和病理功能的分析和检测，具有价廉、选择性高、自动分析和多信号输出模式等优点，有助于推动精准医学、智能医疗等医学新科技的发展。

　　目前，医学临床使用的光学检测与治疗技术仍然面临一些问题与难点，包括检测灵敏度低、测试周期长、组织穿透深度有限、成像分辨率不高、病灶特异性差和模式单一等关键科学问题及技术难点。

　　围绕上述科学问题，中南大学基础医学院特聘教授陈昊彬开展了脚踏实地的科研工作，他的主要研究方向为生物光子学、生物传感器、分子探针、生物成像及治疗，迄今共发表SCI 论文44 篇，论文总被引1100 余次，H 指数为19。

　　基于光学检测开发半导体新探针

　　陈昊彬于2018 年在吉林大学电子科学与工程学院取得物理电子学专业博士学位，继而在美国华盛顿大学（Universityof Washington）进行了博士后阶段科研工作，师从分析检测领域知名学者、美国科学促进会会士Daniel T. Chiu 教授。

　　陈昊彬的工作聚焦于生物医学光学检测与治疗领域，开发了快速光学检测技术与有机半导体聚合物点光学探针技术，并展开了较为系统的研究。近5 年来，陈昊彬不但提出先进设计思路并构筑了高灵敏度比率型荧光探针，而且建立了快速检测代谢分子的普适性方法并被许可进行商业转化；结合先进理论调控有机半导体探针光学特性，实现了更高级别的活体三维光学成像，有望加速临床转化。

　　生物荧光技术是生物医学中十分重要的研究手段之一，对其实现调控也是学术界要解决的重要问题之一。陈昊彬努力实现调控有机半导体的发光特性，构建高选择性、高灵敏性比率型荧光探针，利用智能手机和数码相机建立了快速检测代谢分子的普适性方法。

　　具体而言，陈昊彬提出了“在半导体聚合物的主链引入高空穴迁移率基团”的设计思路，实现了对人体“抗衰分子”NADH 的智能化高灵敏定量成像。NADH 是还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸，是新陈代谢转换过程中非常重要的还原型辅酶，有延缓衰老的功效，已成为普遍的抗衰老膳食补充剂。同时，其采用植入型传感器体系，用智能手机收集图像信号，并开发了数字化图像处理算法，通过智能手机成像便实现了NADH 分子的快速定量成像。

　　即时检测（Point-of-Care Testing，POCT）技术，具有实验室不具备的时间和空间优势，如今已成为检验医学迅猛发展的领域。陈昊彬进一步将NADH 响应的荧光探针与NADH特异性脱氢酶结合，实现了人体血浆中苯丙酮尿症标志物的快速检测。苯丙酮尿症（Phenylketonuria，PKU）是先天性苯丙氨酸氨基酸代谢异常的疾病。过量的苯丙氨酸堆积在血液中，会对脑部及中枢神经系统造成很大伤害，常导致智力低下和引发精神疾病。陈昊彬在此基础上建立了即时检测代谢分子的普适性方法，并通过智能手机和数码相机对光学信号进行采集，实现了多种疾病相关代谢物在高通量测试板以及测试纸中的定量检测，并探索了其在疾病标志物检测与健康护理中的应用。

　　近年来，光学成像与诊断技术获得了飞速发展，在生物组织光学窗口对深层病灶组织进行高分辨成像诊断和功能干预治疗是生物医学光子学发展的重要研究课题。陈昊彬结合密度泛函理论和能带理论调控半导体聚合物点的线性与非线性光学特性，实现了高分辨率、深层组织的活体近红外三维光学成像。

　　具体而言，陈昊彬结合密度泛函理论与能带理论，设计合成了一系列近红外一区、二区强吸收的半导体聚合物，并对半导体聚合物点的优异的线性光学特性和非线性光学性质进行了研究，其线性吸收系数与三阶非线性系数比传统纳米材料高1~2 个数量级，为半导体聚合物点探针在非线性光学成像中的应用奠定了基础。同时，他还与合作伙伴共同通过锁模技术实现了超快光子学应用，获得了稳定的飞秒脉冲激光输出，这在激光医学领域极具应用前景。不仅如此，陈昊彬还利用光交联等策略实现特异性生物功能化，开发刺激响应性和光学各向异性智能探针，用于重大疾病相关的药物/siRNA 递送和多模诊疗系统。

　　基于智能化趋势进行更精准诊疗

　　2022 年2 月，陈昊彬学成归国，投入民族复兴的时代洪流中，打开了人生的新“篇章”。而就在当下，新科技革命正在孕育之中，医学科技突飞猛进。智能医学检测技术交叉融合了生物医学、纳米技术、光电器件、大数据和人工智能等领域，以其快速、准确、便携等特点，在探索致病机制及其变化规律、人民健康监测、疾病的诊断及治疗等领域都具有十分重要的意义。

　　在进行学术规划时，陈昊彬把握学术发展脉动和社会发展趋势，进一步聚焦光学检测系统在智能化、微小化与诊疗探针个性化、多功能化中存在的科学问题，主要解决靶标丰度低、设备便携性差、系统互联性低和功能性不足等技术难题，开发基于有机半导体的智能生物传感与精准诊疗集成系统。

　　基于前期研究基础，陈昊彬将开展靶标响应性有机半导体探针的构筑及信号放大的研究。他积极通过理论计算协助设计，合成具有不同化学组成和三维结构的新型刺激响应性有机半导体聚合物点探针。

　　同时，陈昊彬还将面向健康管理的智能化家用微型传感器进行深入研究。他将研究特异性半导体聚合物点探针的光学响应与生物学效应，择优选择具有应用前景的疾病相关的检测诊断体系，校准传感器对生物样品的响应曲线，利用侧向层析检测技术等实现快速取样，并通过便携式光学系统完成信号采集，通过网络与手机应用程序连接，开发图像处理程序，实现智能化个人健康数据分析。

　　此外，陈昊彬还将开展面向精准诊疗的病灶微环境监测和个性化诊疗集成系统的研究。拓扑结构的半导体聚合物点通过性能调控可获得高效的荧光信号、光声信号、光热效应、光动力效应以及高装载率和靶向递送，荧光和光声信号的输出模式可以更为精确地对环境刺激进行健康检测和多模态多层次成像，光热效应和光动力效应可以有效杀死病变组织细胞，高装载率和靶向递送可以实现多中分子成像技术和治疗方法的多功能集成，从而实现较之现阶段更为精准的诊疗。

　　陈昊彬的学术规划中既包含要在学术领域内取得突破性进展，也包含要在实践领域中成功实现临床应用，以助推实现“健康中国”。这是陈昊彬归国的初衷，是他拳拳赤子之心的体现，也是他人生理想得以实现的难得机会。陈昊彬选择在实现“中国梦”的民族大舞台上引吭高歌，愿意将自己的梦想汇入中华民族的伟大梦想中，为实现更大的人生价值，再次攀登人生的另一座高峰！