樊春海，上海交通大學化學化工學院王寬誠講席教授，中國科學院院士。主要研究方向為生物傳感與成像、DNA納米技術與DNA計算和生物光子學。
課題組主要研究領域：
1. 生物傳感與成像
2. DNA納米技術與DNA計算
3. 生物光子學
以下對樊春海院士研究團隊2019年的部分研究工作進行歸納，供大家學習交流。
（以通訊作者和0nline時間為主，如有疏漏，歡迎指正)
一、DNA折紙術
Nature Commun.: 用DNA折紙成核劑指導curli聚合
原纖維的生理或病理學形成通常依賴于精確控制動力學和結構特征的分子級成核劑。然而，對蛋白質成核劑如何介導細胞中原纖維形成的機制的理解仍然難以捉摸。于此，上海科技大學鐘超副教授和上海交通大學樊春海教授等人開發了一種修飾CsgB的DNA折紙（CB-折紙），以模擬大腸桿菌生物膜中誘導curli聚合的蛋白質成核劑。
實驗表明，CB折紙指導curli亞基CsgA單體形成寡聚物，然后通過增加主要途徑的增殖速率來加速原纖維形成。原纖維可以分別以遠離（離開模式）或走向成核劑（到達模式）的方式加速生長，意味著CsgB的兩個不同作用：作為成核位點和作為捕獲位點以捕獲附近生長的納米原纖維。curli聚合遵循典型的stop-and-go動力學，但與獨立的原纖維生長相比，表現出更高的瞬時伸長率。因此，該折紙成核劑提供了一個體外平臺，用于機械探測分子成核并控制用于仿生納米技術的定向原纖維聚合。
Mao, X., Li, K., Liu, M. et al. Directing curli polymerization with DNA origami nucleators. Nat Commun 10, 1395 (2019)
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09369-6
2. Nature Commun.: 非經典DNA金屬化反應編程DNA折紙圖案
DNA序列雜交的固有特異性已被廣泛開發用于生物工程應用。但是，DNA的結構潛力尚未被開發用于創建基于非經典DNA的反應。于此，上海交通大學樊春海教授和同濟大學柳華杰教授等人開發了一種DNA折紙啟用的高度局部化金屬化反應，用于具有10 nm分辨率的固有金屬化圖案。
理論和實驗研究均表明，低價金屬離子（Cu2+和Ag+）與二維DNA折紙上規定的突出簇狀DNA（pcDNA）中的DNA堿基強烈配位，從而導致柔性pcDNA鏈對位點特異性的pcDNA縮合的有效吸引。研究人員發現金屬化反應選擇性地發生在規定的位置，而不發生在折紙基板上。此策略通常適用于在全DNA基板上以接近統一的效率對字母、數字和幾何形狀進行自由樣式的金屬繪畫。研究人員進一步制造了單層和雙層納米級印刷電路板（nano-PCB）模仿物，為納米電子和納米光子應用的生物啟發性制造提供了啟發。
Jia, S., Wang, J., Xie, M. et al. Programming DNA origami patterning with non-canonical DNA-based metallization reactions. Nat Commun 10, 5597 (2019)
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13507-5
3. JACS: 使用DNA在特定位點組織末端特定點的SWCNT
Hao Pei, Ruojie Sha, Xiwei Wang, Ming Zheng, Chunhai Fan, James W. Canary, and Nadrian C. Seeman. Organizing End-Site-Specific SWCNTs in Specific Loci Using DNA. Journal of the American Chemical Society 2019 141 (30), 11923-11928
https://doi.org/10.1021/jacs.9b03432
4. Nature Commun. DNA折紙加密技術用于安全通信
Zhang, Y., Wang, F., Chao, J. et al. DNA origami cryptography for secure communication. Nat Commun 10, 5469 (2019)
https://doi.org/10.1038/s41467-019-13517-3
二、DNA編程組裝
5. Nature Materials: 用單鏈DNA精準編程納米粒子
自然界已經進化出在單個生物聚合物中編碼信息的策略，以編程具有特征性化學計量、正交性和可重構性的生物分子相互作用。然而，用于編程分子反應或組裝的合成方法通常依賴于使用多條聚合物鏈（例如，斑片狀顆粒）。于此，上海交通大學樊春海院士和荷蘭格羅寧根大學諾獎得主Ben L. Feringa等人展示了一種利用含有聚腺嘌呤（polyA）的單鏈DNA編碼器來圖案化具有價鍵類似物的膠體金納米粒子的方法。
通過用交替的polyA/非polyA結構域編程每個編碼器的順序、長度和序列，研究人員合成了具有n價的可編程類原子納米粒子（PANs），可用于組裝一系列具有不同組成、大小、手性和線性的低配位膠體分子。此外，利用PANs的可重構性，研究人員展示了動態膠體鍵斷裂和鍵形成反應、結構重排甚至布爾邏輯運算的實現。這種方法可能有助于生成響應性功能材料，以用于不同的技術領域。
Yao, G., Li, J., Li, Q. et al. Programming nanoparticle valence bonds with single-stranded DNA encoders. Nat. Mater. (2019)
https://doi.org/10.1038/s41563-019-0549-3
6. Nature Commun.: 編程DNA發夾片共聚用于體外程序性超分子組織
通過蛋白質或蛋白質/核酸復合物的細胞內超分子聚合形成生物細絲是在可編程和時空控制下維持細胞和基因組完整性的。于此，中科院上海應用物理研究所樊春海院士與廈門大學田中群院士等人設計了一種受生物啟發的，類似于催組裝（catassembly）的等溫鏈增長方法，將DNA發夾片（DHTs）聚合成具有按需組成、鏈長和功能的納米纖維。
通過設計具有特定形狀的分子內氫鍵的亞穩態DNA發夾，制備了兩種類型的DHT單體用于共聚，具有高協同性和低分散指數。定量的單分子切割方法表明，含有托腳的DHT基序的催化開口會引發了連續的分支遷移，并自主地傳播形成具有交替片單元的共聚物。研究人員發現這些形狀確定的超分子納米結構以一種剛性依賴的方式成為活體哺乳動物細胞有效內吞的基質。因此，這種類似于催組裝的體外重建方法為理解生理和病理條件下生物絲的結構-功能關系提供了線索。
Zhang, H., Wang, Y., Zhang, H. et al. Programming chain-growth copolymerization of DNA hairpin tiles for in-vitro hierarchical supramolecular organization. Nat Commun 10, 1006 (2019)
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09004-4
三、藥物載體
7. Angew：對近紅外光響應的H2S活化納米診療平臺
開發對近紅外光響應的納米平臺為實現精確的癌癥藥物隨需釋放提供了新的方法。華東理工大學趙春常教授、中科院上海應用物理研究所諸穎博士和上海交通大學樊春海教授合作，利用H2S介導的反應原位生成了一種近紅外光熱試劑并將其用于成像和光控藥物釋放，該試劑具有靶向治療具有豐富H2S的癌癥的能力。
實驗結果表明，該納米平臺可被H2S激活并產生NIR II發射，也能被紅外光控制以釋放藥物喜樹堿-11。實驗在HCT116荷瘤小鼠模型上證明該納米平臺可顯著抑制腫瘤生長，副作用也很低。因此，這一研究所開發的納米診療平臺也為實現NIR II成像指導的精確醫學提供了新的思路。
BenShi, Ning Ren, Ying Zhu, Chunhai Fan, Chunchang Zhao. et al. A TheranosticNanoplatform with Hydrogen Sulfide-Activatable NIR Responsiveness forImaging-Guided On-Demand Drug Release. Angewandte Chemie International Edition.2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201909883
8. Nature Commun.：核酸框架體作為程序化載體用于經皮膚給藥
具有納米結構的DNA有著良好的生物相容性、均勻性和通用性，是一種很有前途的藥物載體。然而，在全身給藥后，血清會使其快速解體導致它在靶點部位的生物利用度較低，這也嚴重阻礙了其在生物醫學領域的應用。新加坡南洋理工大學Chenjie Xu和上海交通大學樊春海教授等人設計不同形狀和大小的核酸框架體（FNAs），并且研究了它們對小鼠和人類皮膚外植體的穿透性。
皮膚組織學實驗表明，這種滲透的程度與尺寸大小相關，尺寸小于75 nm的FNAs 可以有效地滲透到真皮層，17 nm的四面體FNAs具有出最大的穿透距離（350微米）。并且在穿透皮膚時，FNAs的結構仍然保持完整性。實驗采用小鼠黑色素瘤作為模型，相對于負載在脂質體和聚合物納米顆粒中的阿霉素或游離的阿霉素來說，負載在FNAs上的阿霉素的藥物積累和腫瘤抑制效果具有2倍的提高。
Wiraja, C., Fan, C.H., Xu, C.J. et al. Framework nucleic acids asprogrammable carrier for transdermal drug delivery. Nature Communications, 2019.
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09029-9
9. ACS AMI: 磁性DNA納米爪模仿病毒捕獲細胞
Zhiru Wang, Weiwei Qin, Jialang Zhuang, Minhao Wu, Qian Li, Chunhai Fan, and Yuanqing Zhang. Virus-Mimicking Cell Capture Using Heterovalency Magnetic DNA Nanoclaws. ACS Applied Materials & Interfaces 2019 11 (13), 12244-12252
https://doi.org/10.1021/acsami.8b21998
四、等離基元納米光學
10. Chem. Rev.:多組分等離基元納米顆粒---從異質結構納米顆粒到膠體復合納米結構
等離基元納米結構具有獨特的、多用途的光電特性，近十年來得到了廣泛的研究。然而，等離基元納米結構的全部潛力尚未得到充分開發，特別是具有單調性質的單組分均質結構，添加用于制備多組分納米顆粒的新組分可能會導致新的或未預期的性能。于此，首爾大學Jwa-Min Nam和上海交通大學樊春海教授等人將術語“多組分納米顆粒”定義為由兩個或多個具有獨特材料組成、形狀或大小的凝聚納米級域組成的混合結構。
回顧并討論了有效組合多組分以形成具有新的或改進的等離基元功能的雜化納米粒子的設計原理和合成策略。特別是，精確地合成多種多樣的多組分等離基元納米結構，限制了等離基元異質結構全部潛能的實現。為了應對這一挑戰，已經報道了幾種合成方法來形成各種不同的多組分等離基元納米顆粒，主要基于非均相成核、原子替換、載體吸附和生物分子介導的組裝。
此外，還報道了多組分等離激元納米粒子的獨特和協同功能，如原始材料特性的結合、精細調諧的等離基元共振和耦合、增強的光-物質相互作用、幾何誘導極化以及等離基元誘導的能量和電荷在異質界面上的轉移。這些等離激元納米粒子包括異質結構納米粒子和復合納米結構，是通過直接合成以及物理力或生物分子介導的組裝而制備的，它們在等離基元介導的能量轉移、磁等離子體、超分子和納米生物技術等方面具有巨大的潛力。
Minji Ha, Jae-Ho Kim, Myunghwa You, Qian Li, Chunhai Fan, and Jwa-Min Nam. Multicomponent Plasmonic Nanoparticles: From Heterostructured Nanoparticles to Colloidal Composite Nanostructures. Chemical Reviews 2019 119 (24), 12208-12278
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00234
11. JACS: 等離基元納米標記用于單細胞中的超級多重成像
Jianlei Shen, Le Liang, Mingshu Xiao, Xiaodong Xie, Fei Wang, Qian Li, Zhilei Ge, Jiang Li, Jiye Shi, Lihua Wang, Li Li, Hao Pei, and Chunhai Fan. Fractal Nanoplasmonic Labels for Supermultiplex Imaging in Single Cells. Journal of the American Chemical Society 2019 141 (30), 11938-11946
https://doi.org/10.1021/jacs.9b03498
12. ACS Nano: 具有活性等離基元遷移的手性大分子
Tiantian Man, Wei Ji, Xiaoguo Liu, Chuan Zhang, Li Li, Hao Pei, and Chunhai Fan. Chiral Metamolecules with Active Plasmonic Transition. ACS Nano 2019 13 (4), 4826-4833
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b01942
除此之外，樊春海院士課題組還有一些生物傳感方向的研究以及與其他研究人員合作的相關研究，感興趣的可以參考課題組網站或者Pubmed上進行學習。
課題組網站：http://physbio.sinap.ac.cn/zucheng/fch.htm
Pubmed：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed？cmd=search&term=Chunhai%20Fan
樊春海院士簡介
樊春海，教授，博士生導師。1996年與2000年期間在南京大學分別獲得本科和博士學位，后在圣芭芭拉加州大學從事博士后研究(導師：2000年諾貝爾化學獎得主Alan J. Heeger教授)。美國化學會ACS Applied Materials & Interfaces副主編，Advanced Healthcare Materials, ACS Sensors, ChemBioChem等雜志編委。
至今累計在Nature、Nature子刊、Science子刊等發表SCI論文400余篇。
2004年以來，樊春海教授先后入選中國科學院百人計劃，國家杰出青年基金資助。2012-2016年任科技部納米973首席科學家。入選美國科學促進會(AAAS)、國際電化學學會(ISE)和英國皇家化學會(RSC)會士，2019年當選中國科學院院士。連續六年入選“全球高被引科學家”。獲2019年度何梁何利基金科學與技術創新獎、美國化學會“測量科學進展講座獎”和第十二屆“談家楨生命科學創新獎”。
