基因检测广泛用于

疾病诊断和病原菌检测等领域

是当前诊断新冠病毒感染的“金标准”

大家所熟知的新冠病毒核酸检测

便是其中一种

在前不久公布成绩的

第十七届“挑战杯”上

大工环境学院的本硕学生团队

凭借“基因快速检测技术的开发及其应用”项目

成功斩获特等奖

该项目为大幅缩短

新冠病毒核酸检测时间

和实现家用试纸快速检测

解决了关键性技术难题

抓住关键科学问题  修筑核酸扩增“高速公路”

2017年，环境学院刘猛教授开始组织学生团队开展基因快速检测技术研究，时为本科生的宋开鋆与研究生王立莹开始了并肩作战的岁月。

基因检测技术的核心是核酸扩增技术，是一种将低丰度核酸扩增放大至可检测水平的手段，反应时间约占整个基因检测时间的2/3。因此，要缩短基因检测时间，关键是要完善核酸扩增技术，提升核酸扩增反应速度。

王立莹与宋开鋆马上对已有研究进行分析。以常见的恒温核酸扩增反应（如滚环扩增）为例，聚合酶通常以环状DNA为模板，可以将结合的目标核酸分子沿着环延伸，其扩增速度一般为每分钟400碱基对，但远远小于聚合酶在自然现象下的真核细胞中扩增速度（每分钟2000-3000碱基对）。他们判断，聚合酶体外扩增速度有很大提升空间，但受到DNA模板尺寸、序列、拓扑结构等因素限制而处于较低水平。因此，研究关键在于为聚合酶创造良好运行基础。

研究团队受真核细胞内物质运输的“高速公路”——微管结构和功能的启发，开创性地设计了基于微米线性核酸轨道的恒温核酸扩增方法，通过对核酸扩增模板结构和尺寸进行设计，为聚合酶的高效工作提供有利条件。

宋开鋆这样比喻：如果把聚合酶比喻成“列车”，我们的工作是为它铺设“高速轨道”，让聚合酶在轨道上飞驰。团队就是聚合酶的“修路人”。

经实验验证，该方法扩增速度接近真核细胞内DNA**速度，大大缩短了核酸扩增和检测时间。团队还对检测技术进一步升级，成功制备了基因快速检测试纸，10分钟内即可检测到目标基因。

鉴于研究成果广阔的应用前景和对当前应对新冠肺炎疫情具有现实意义，大连理工大学积极培育该项目，支持研究团队通过比赛完善项目，终在国家大赛上斩获佳绩。这也是对项目主要贡献人之一、得到“团队精神支撑、从不迟到”评价的宋开鋆最好的奖励。

回顾过去5年，从在旁观摩到亲身体验、从熟练操作到承担项目、从“双人作战”到团队接续传承，无数次研究讨论、一沓沓的实验记录、已成云烟的失落和惊喜……已是研究生一年级学生的宋开鋆说，一路走来、风景万千。

从“科研小白”到项目主力 “本科生导师制”开花结果

2017年，刚进大学的宋开鋆通过学院的“本科生导师制”与刘猛教授结下师生缘。“我会把你当做研究生进行培养。”刘猛老师初次见面就如此承诺，并在入学第二周为他在实验室分配了工位。

“本科生的课业比较多，但我每周都主动到实验室观看师兄师姐如何工作，并旁听组会，与团队一起交流。”宋开鋆根据导师建议，从文献阅读起步。大篇幅英文文献令宋开鋆感到头疼，但他坚持用研究生标准要求自己，开始逐字逐段手写翻译，分类整理不会的单词，形成3本手写“词典”，为流畅阅读打下坚实基础。用“最笨的办法”成就“我一定能做到”的信念，也是后来他对实验始终保持乐观态度的原因。

理论与实践并行。经过在实验室半年的熏陶，宋开鋆开始对实验跃跃欲试。2018年初，他在师姐王立莹的指导下开始学习实验操作并接受科研任务，逐渐对核酸物质的制备与结构设计产生浓厚兴趣。鉴于刘猛老师团队在功能核酸筛选与进化研究领域的技术优势，宋开鋆在“基于微米线性核酸轨道的恒温核酸扩增方法”方面进行探索，并在其“实现产物合成组装及表征”这一关键步骤上迎接挑战。

2019年6月，“本科生导师制”为团队提供了新生力量，大一年级高迎峰同学进组。6月至10月，三人合力攻关，宋开鋆作为“过来人”像王立莹师姐当年带自己一样引导高迎峰走上科研路。

实验过程就像坐过山车，上升与骤降相伴，一路起起伏伏。3人经历了最忙碌的4个月，不断优化各种实验条件和参数，每个参数的调整都需要投入几天时间重复实验，每次重复又是十几组实验样本。一个实验周期需要用十几甚至二十几个小时，因为实验反应时间会直接影响结果，逼迫他们必须早出晚归。

“那时一度怀疑自己走火入魔，闭上眼睛都是显微镜下的图像。”三人整日埋头在实验室，经常卡着寝室关门时间跑回去，躺在床上都在思考当日的实验现象。“有时想到一两点，突然有灵感，马上跳下床进行记录。”

2019年10月，宋开鋆再次怀着期待的心情通过显微镜观察，功能核酸终于以预期的形貌清晰呈现，项目的关键产物——微米级线性核酸的精准合成得到验证。“成功的一刻很激动，第一时间将好消息告诉师姐师弟，但也没有过分的情绪宣泄，因为还有后续工作等着我们。” 2020年，成果以热点和封底文章发表在国际期刊《德国应用化学》上，本科生宋开鋆与研究生王立莹为文章共同第一作者，文章影响因子达到12.9。

自2017年至2022年，王立莹、宋开鋆、高迎峰三人因为“本科生导师制”相识，并以科研项目为纽带实现了“传帮带”顺利过渡和团队精神的接续传承。如今，学校已将“本科生导师制”升级为“三早”计划，即本科生早进课题、早进实验室、早进研究团队，并逐年增加资金投入支持学生在本科教育阶段尽早接触科学研究。

以赛促知  学会如何把论文写在祖国大地上

谈到为何支持学生参加比赛，刘猛老师说：“项目研究取得成功，证明了学生优秀的科研能力，但如何把科学研究与社会发展需求联系起来也是科技工作者的必备能力，学生们还没有接触到。国赛，可以让他们在激烈的竞争中思考认识到，两者紧密相关。”

2022年，已经毕业2年多的王立莹在得知项目获奖后非常高兴，回忆起那段奋斗的日子，她说：“一次实验成功的背后是几百次的失败，我们总是能一起面对，互相鼓励，团队有各抒己见的豁达，才会有智慧的结晶。”的确，科研过程磨炼了团队意志，凝聚了团队合力，备赛过程与实验一样步履维艰，对学生而言是全新领域。

全国“挑战杯”竞赛被誉为当代大学生科技创新创业的“奥林匹克”盛会，是国内大学生最关注最热门的全国性竞赛，竞争极其激烈，清晰展现科研项目如何做到“四个面向”非常重要。

申报初期，宋开鋆给老师送去申报材料初稿后本是信心满满，刘猛老师一句“申报材料问题很大啊……”令他“心提到嗓子眼”。框架不清、缺乏宏观背景等评价直击要害，看到密密麻麻的批注意见，他才明白：科研是一回事，比赛完全是另一回事。

在近一年的国赛备赛中，刘猛老师定期与团队复盘，并联合其他老师提出针对性建议，从宏观背景出发，引导团队思考分析研究的紧迫性、必要性，提炼作品的实际应用价值和现实意义。同时，校团委密切跟进项目进展，邀请校内外专家“一对一”指导，先后开展线上线下宣讲会、培训会、问答演练会20余次，帮助团队形成了万余字“注意事项”。

在这期间，团队成员深刻地认识到，“四个面向”是科研选题的最重要导向，讲好科研故事就是要说清楚项目的应用价值和现实意义，为未来成果转化落地做准备，论文才能真正写在祖国大地上。“我们的成果不仅可以应用于当前的新冠肺炎疫情，未来有潜力在医学临床诊断、居民健康管理以及突发性公共卫生事件应对等多方向创造价值。这都是在备赛过程中取得的认识成果。”

“真正的比拼，在比赛开始之前就已开始；真正的探索，在比赛结束之后仍未结束。”宋开鋆正在指导本科生开展大学生创新创业训练计划项目《典型新冠病毒突变株快速检测方法研究》，希望推动理论研究成果尽快实现成果转化，让科研真正服务群众，服务国家疫情防控工作。

为大工团队点赞！

内容来源：大连理工大学微信公众号

审核：闫一鸣 朱舟琦

编辑：张天骜