药明康德/报道
在生命科学高速发展的今天，全球每天都有成千上万个实验在医疗、卫生等科研机构进行。如果把每一条研发之路比作漫长的马拉松，检测环节则是比赛中重要的里程碑；而在分析检测的过程中，
荧光探针常常扮演着默默无闻却举足轻重的角色，微小的荧光试剂可以偶联千变万化的分子，从而成为生化实验中耀眼的工具性标记分子
。研制优质的荧光探针，可以大大提高基础研究和临床试验的效率，为科研工作的顺利进行保驾护航。
事实上，过去几十年，体外诊断经历了化学反应、酶反应、免疫测定和探针技术4次技术革命，探针技术正是最新一波技术浪潮的成果，大大提升了检测的灵敏度、特异性以及检测速度，扩大了应用范围，并降低了检验的操作门槛。国内的探针技术市场虽然起步较晚，但经过科学界几代人的努力，而今已经有一些国际领先的新产品不断问世。
武汉大学的何治柯教授成功研制的亚钌配合物及量子点等成果就是其中的优秀代表。
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何治柯教授在实验室
何教授于1995年获得武汉大学分析化学博士学位，1999年即破格晋升为教授，作为洪堡学者曾经在德国多所大学进行访问研究，至今已发表学术论文300余篇，获国家发明专利19项，围绕纳米诊断试剂及多个标志物检测，参加编写了两本专著，并担任《JACS》和《ACSNano》等著名杂志审稿人，2012年获得药明康德生命化学研究奖。
亚钌配合物：定量检测核酸的全新“光开关”
药明康德：
您多年来最重要的成果之一，就是制备出了亚钌配合物荧光探针。请您介绍一下它的特点以及相对于其他同类产品的优势。
何治柯教授：
溴化乙锭是生命科学研究领域常用的荧光染料之一，可以发射出橙红色荧光信号。然而，溴化乙锭不仅具有毒性和高致癌性，而且还会产生荧光漂白现象，所以，科研工作者需要研发性质更加稳定、无毒环保、使用方便的新试剂。随着荧光探针研究的不断深入、核酸传感器研究的发展、适配子筛选及应用技术的逐步普及，不少
具有核酸分子“光开关”性能的荧光染料不断出现，从而为某些无机物、有机物和生物物质的高灵敏、特异性检测奠定了基础
。亚钌配合物荧光探针便是其中之一。
我们设计合成了一系列亚钌配合物，其中四个核酸分子“光开关”性能优良，两个是我们实验室新发现的。此类化合物无毒，且可以很好地与双链DNA结合，因为双链DNA提供的憎水空穴可以阻止水分子的猝灭作用，从而大大增强发光，并可以很好地进行痕量核酸检测。另外，三链DNA对“光开关”的荧光增强作用超过双链DNA，效果远远优于溴化乙锭对于三链DNA的检测。
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活细胞内活病毒的双荧光标记
（图片来源：何治柯课题组）
药明康德：
那么亚钌配合物探针在实际应用中有哪些重大的研究发现？
何治柯教授：
我们利用绿色荧光蛋白与亚钌配合物，建立了活细胞内病毒蛋白及核酸的双色标记方法。在杆状病毒系统中，我们首先将绿色荧光蛋白与杆状病毒囊膜蛋白GP64融合表达，构建出GP64上带有绿色荧光蛋白的重组杆状病毒；之后，在杆状病毒自组装过程中，采用亚钌配合物标记核酸，使病毒核酸呈现红色荧光，实现病毒包膜蛋白及核酸的双色荧光标记，可以追踪病毒在宿主细胞内的复制扩增以及子病毒的移动释放。标记过程不会影响病毒的自组装和病毒感染能力，而且所收集到的双标记病毒在侵染宿主细胞的过程中荧光信号稳定，
适用于长时间、实时、原位细胞成像
。
中国科学院武汉病毒研究所崔宗强研究员和中国科学院生物物理所张先恩研究员合作，利用亚钌配合物与商品化试剂结合，构建了三色荧光标记病毒颗粒的方法。他们对病毒的基因组RNA、衣壳蛋白CA和基质蛋白MA分别进行荧光标记，实时、动态、可视化分析单个艾滋病毒入侵宿主细胞时的解离脱壳过程，揭示了艾滋病毒在侵染宿主细胞期间，病毒基因组、衣壳蛋白和基质蛋白的动态顺序解离过程。
该成果被选为“2016年中国病毒学界重大发现”和“2016 年HIV研究领域Top10”
。
量子点研发：荧光超晶格的迭代之路
药明康德：
量子点荧光材料近年来蓬勃发展，您的实验室对于该新型材料也有很多不错的研究发现。量子点是否是顾名思义的量子尺寸的材料？它的特性和研究发展又有哪些特点？
何治柯教授：
量子点（Quantum Dot）并非仅是量子尺寸的粒子，而是利用量子理论设计而成的半导体纳米材料，由少数原子组成；因为价带空穴、导带电子、激子在三维空间都被束缚在纳米结构之内，所以失去了原先的半导体材料特性，经过微小的扰动就可以出现光致发光或电致发光现象，有时也被称作人造原子、超晶格、超原子。量子点具有吸收光谱宽、荧光量子产率高、发射波长可调、发射半峰宽窄等优点，已经广泛应用于医疗检测、电子显示屏制造等领域，其用于生物医学分析具有灵敏度高、简便快速、易于制备等特点。
水相合成的量子点荧光探针多为碲化镉，但因碲元素非常稀有，镉化物的潜在毒性又令人担忧，所以，我们一直在努力制备新型量子点。我们先尝试在碲化镉量子点中掺入锌离子（在优化的实验条件下，Zn
2+
和Cd
2+
的反应摩尔比可以达到4:1），不仅大大降低了细胞毒性，而且具备更高的荧光量子产率，稳定性也有所提升，同时
我们也找到了规模化合成该材料的可靠途径。为彻底消除有毒元素镉的污染，我们还开展了无镉量子点研究，并取得了初步的研究结果
。
另外，我们也在寻找合适的DNA序列或适配子，研制DNA功能化量子点，以建立检测核酸、蛋白和细胞的新方法。我们曾与武汉大学孙蒙祥教授合作，研制过基于量子点的
γ
-氨基丁酸（GABA）受体探针，在花粉管和体细胞原生质体膜上检测到了GABA结合位点，揭开了植物发育的基础性谜团，也证实了量子点探针的应用前景。与华中科技大学杨祥良教授和徐辉碧教授等合作，较早将量子点应用于细胞成像研究并获得成功；与中国科学院病毒研究所王汉中研究员合作，开展了量子点标记的单颗粒病毒示踪研究。这些早期研究，多采用有机相合成的量子点。
DNA功能化量子点的研究，在靶向性、生物相容性、小粒经、低毒等特性上都有极大改善
。
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QDs—Ab-Ru检测EV71原理示意图及检测结果
（图片来源：何治柯课题组）
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基于量子点的多病毒同时检测原理示意图及检测结果
（图片来源：何治柯课题组）
药明康德：
除了新型量子点的制备，您的实验室在量子点的实际分析检测过程中有哪些重要的成果？
何治柯教授：
我们利用亚钌配合物对量子点荧光的超强猝灭作用及量子点的强荧光特性，建立了肠道病毒的高灵敏检测新方法。比如，在对手足口病致病性最强的EV71病毒检测过程中，我们以具有红色荧光的亚钌配合物标记EV71抗体，将其加入量子点溶液之后，量子点的绿色荧光被猝灭；当被检测的EV71病毒被加入之后，会与亚钌配合物偶联的抗体发生免疫反应，亚钌配合物远离量子点，量子点的绿色荧光恢复，而且其恢复程度与被测病毒EV71的量成正比，而标记在病毒抗体上的亚钌配合物的红色荧光参比强度不变。量子点荧光亮度高，猝灭及恢复荧光颜色变化明显，可直接进行裸眼检测，所以本方法亦可进行病毒半定量检测，并已成功用于疾病标志物AFP的检测。
另外，我们利用量子点一元激发、多元发射的特性，将氧化石墨烯作为通用性猝灭剂，不同颜色量子点作标记试剂，建立了
一种多组分同时测定新方法
。以常见的肠道病毒为例：先利用绿色荧光量子点标记肠道EV71病毒，然后用橙色荧光量子点标记柯萨奇B3病毒，再进行免疫分析检测。两种病毒都很常见，但致病机制、症状和预后都有所不同，我们所建立的方法，仅需测定荧光强度和观察荧光颜色变化，就可区分这两种病毒，
为病毒亚型的高通量识别和分析检测提供了新思路
。
名师激励，立志为生命科学检测保驾护航
药明康德：
分析化学从理论上来说不容易直接带来转化新药研发的成果，您选择这个研究方向有哪些重要师长的引导？在多年的科研生涯中，又有哪些特别难忘的事件和瞬间？
何治柯教授：
我本科阶段起就选择了分析化学的研究方向，攻读博士学位时导师曾云鹗教授给了我很重要的影响。作为优秀的分析化学家，曾教授还是中国稀土化学分析奠基人和创始人之一，他于1962年创办了中国第一个稀土分析化学实验室，1989年成立了“稀土元素分析及生物电分析与电化学实验室”国家专业实验室。曾教授一生勤勉耕耘，直到80岁还亲自在实验室中研究讲学，这份精神一直鼓舞着我努力拼搏。
另外，成为洪堡基金的获得者，也是对我科研生涯的一大激励。洪堡基金会每年向大约200名具有博士学位、年龄不超过40岁的优秀外国科学家提供奖学金，使其有一段较长的时间在德国进行科学研究工作。选拔的唯一标准是学术水平，不分国别，也没有专业限制，几乎囊括了自然科学、社会科学、工程科学的所有学科。能够入选，我很幸运。2011年，洪堡基金会发邮件给我，有3名洪堡学者同时获得了当年诺贝尔医学奖，这对于我来说既是激励，也是鞭策，同时也下定决心要做些有益的事情。
