在單層石墨烯上打出了直徑5納米的孔，意味著什么？

這個問題也許讓普通人一頭霧水，但對中國科學院重慶綠色智能技術研究院（以下簡稱中科院重慶研究院）精準醫療單分子診斷技術研究中心的十多名研究人員來說，意義卻不一般——它為實現更高效、低廉基因測序技術奠定了基礎。

日前，中國科學院重慶綠色智能技術研究院精準醫療單分子診斷技術研究中心在5納米石墨烯納米孔精確制備技術研究方面取得進展，研究成果發表在《納米技術（Nanotechnology）》期刊上，是全球首個用氦離子在單層石墨烯上制備納米孔的技術。

完成這一成果的，是一支平均年齡不到30歲的團隊，該中心主任王德強是團隊帶頭人。“我們的目標是在2到3年內做出石墨烯納米孔DNA測序儀，讓人們享受到更便宜的基因測序服務?！蓖醯聫娬f。

降低基因測序成本

說起采訪個人，王德強婉言謝絕。他說自己的理念是——“少說多做”，重要的是能做出過硬的成果。

不過說起這項技術和團隊成員，他一下打開了話匣子。

不少高齡孕婦會被醫生推薦做無創DNA產前檢測。這種利用第二代基因組測序技術來檢測唐氏綜合征的方法，準確率高，且可避免因侵入性診斷帶來流產、感染風險。不過，高達2000元的檢測費用讓許多家庭望而卻步。

“高昂的測序費用是目前限制個性化基因組測的主要因素?！蓖醯聫娊榻B，DNA測序技術可劃分為三代，目前使用的第二代是化學方法，速度快、通量高；相比第一代，費用雖已大幅降低，但動輒幾千一次的價格還是限制了它的應用范圍。而他們研究的方法算是第四代，屬于物理方法，讓DNA通過納米孔產生電流信號，通過分析電流信號特征，得到DNA的堿基序列信息，完成DNA測序。

DNA的雙螺旋直徑為2.6到2.8納米。如孔直徑太大，可能會測不到；孔直徑越小得到的信號會越真實、準確。因此制備出直徑小于5納米的納米孔是要做新一代DNA測序技術的基礎。如果成功做出新一代DNA測序儀，那測序一次DNA的費用可降到幾百元。

“除可以做到大幅提升準確率外，還可以降低測序的成本。我們想的是，能讓更多人享受到更便宜的測序技術?！蓖醯聫娬f，倘若基因測序和抽血檢驗價格差不多，就能有更多人享受到更優質的醫療服務。

在石墨烯上打出納米孔

為什么是在石墨烯上打孔？

王德強說，在納米孔測序的研究領域中，蛋白孔容易老化、不耐高壓，氮化硅、二氧化硅等材料制備的固態納米孔厚度普遍太大，遠遠超過單鏈DNA中相鄰堿基之間僅0.34納米的間距，不能準確識別。

而石墨烯是一種只有一個原子厚度的準二維材料，厚度只有0.35納米，能準確識別DNA穿孔時相鄰堿基。而單層石墨烯的制備正是中科院重慶研究院的強項，于是他立刻確定方向——制備單層石墨烯納米孔。

如何在單層石墨烯上打出納米孔，是件難度很高的事。“目前為止，我們還沒有看到其他利用氦離子束在單層石墨烯上打孔成功的報道?！眻F隊助理研究員何石軒說。

這個任務交到了從日本名古屋大學回國的博士鄧云生的手中?！拔覀冇煤るx子轟擊的方法打孔，要打出納米級的孔對精度要求非常高?！蓖醯聫娬f，單層石墨烯非常薄，稍不合適就會破，需要很精準的計算，讓他欣喜的是鄧云生完成得非常好。

“當時使用的設備是新裝的，全國只有3臺，全世界只有10多臺，相關的研究文獻根本查不到，只有靠自己摸索?！编囋粕f，當時他就跟著廠家前來安裝設備的技術人員學習，自己推算公式、計算轟擊的力量、離子束的校準度。因為單層石墨烯納米孔的制備精度已到亞十納米級，想要制備出理想中的納米孔需要不斷的重復試驗。

打孔這事，鄧云生研究了一年多。當時研究院周圍有很多工地，施工會影響設備的穩定度。于是，在做轟擊實驗時，為保證儀器平穩，鄧云生把實驗時間改到晚上，實行起了美國上班時間。

可研究的進展卻像“蝸牛爬”。有一次放小長假，鄧云生每天都在實驗室里重復試驗，可竟沒一次成功，這讓他很沮喪。

就在烏云蔽日之時，王德強走到了鄧云生身邊。“王主任就那么笑瞇瞇地看著我，給我講解制備方法，分析原因。有一點點進步就鼓勵我，讓我又有了信心?！编囋粕f，去年11月當得知自己成功制備5納米孔，他無比激動。

現在，鄧云生已能在單層石墨烯上制備出2納米孔了。

一顆樸實愛國心

中科院微電子研究所博士、德州大學阿靈頓分校（UTA）和伊利諾伊大學厄巴納—香檳分校（UIUC）博士后、曾任美國IBM Watson研究中心研究科學家……今年39歲的王德強擁有讓人艷羨的履歷。

放棄這么好的機會回國，不可惜嗎？對此，王德強說得特別樸實：“在國外做科研成果都是國外的，（我）就是想回國為國家、單位作一點貢獻。”

他說自己一直關注著國內的情況，當得知中科院重慶研究院擁有用于納米孔制備的氦離子設備時，他意識到回國發揮自己特長的機會來了。2014年王德強來到重慶，開始組建團隊進行研究。

“我們團隊成員現在有十多人，來自電子工程、物理、化學、生物等不同的學科?！蓖醯聫娬f，他們做的是一項跨學科的基礎技術研究，這項技術成熟后，不僅可用在DNA測序上，環境監測、醫療衛生等眾多領域都可以使用。如今他們已開展艾滋病早期監測、肺癌早期監測、外泌體分離等項目的研究，并已取得進展。

“我們沒有嚴格的管理制度，也沒有高額的獎金激勵，靠的都是大家的自覺性。”王德強說，團隊的研究人員都是普通的科技工作者，但抱著一個樸素的想法——把自己所學得以致用，為國家科技發展作出自己的貢獻。

他的團隊還有個“小目標”：做核心國產技術裝備?！拔覀兿胪ㄟ^自己的努力，做好核心國產技術裝備，讓祖國在微納米結構制備方面做到領先。”王德強說。

人物檔案

王德強，生于1978年8月，中國科學院重慶綠色智能技術研究院精準醫療單分子診斷技術研究中心研究員，研究方向為單分子檢測、納米孔DNA測序等。

記者 手記

這個采訪約了很久。王德強一開始是拒絕的，經多次協商后，他最終同意接受采訪，但要求主要說技術，并且請中心的兩位助理研究員接受采訪，一直避免談個人。在美國IBM Watson研究中心，王德強做的GA晶體管研究是與IBM Watson人工智能系統并駕齊驅的項目。說到自己的選擇與放棄，他反復強調這沒什么，就是一個普通的工作，他們也只是普通的科研人員。

對科研工作保持一顆平常心，不拔高、不突出個人，這就是王德強。在同事眼中，他脾氣很好，永遠都是笑著鼓勵他人，很少談自己的過往，保持著低調務實的工作態度。除每周會去爬山鍛煉半天外，他平時幾乎都呆在單位做研究。

王德強：對科研工作保持一顆平常心

圖文簡介

在單層石墨烯上打出了直徑5納米的孔，意味著什么？但對中國科學院重慶綠色智能技術研究院（以下簡稱中科院重慶研究院）精準醫療單分子診斷技術研究中心的十多名研究人員來說，意義卻不一般——它為實現更高效、低廉基因測序技術奠定了基礎。