桐花万里丹山路，雏凤清于老凤声。在医学研究的殿堂，青年学者们犹如雏鹰展翅，清亮的声音响彻整个领域。本期雏鹰风采推荐浙江大学生物医学工程与仪器科学学院博士研究生导师张芬妮研究员。

张芬妮

浙江大学生物医学工程与仪器科学学院

张芬妮，浙江大学生物医学工程与仪器科学学院“百人计划”研究员，博士生导师。2018年于美国亚利桑那州立大学获得电子工程专业博士学位，2018-2020年于美国亚利桑那州立大学从事博士后研究工作，2020-2021年于美国亚利桑那州立大学生物设计研究所担任助理研究教授。

研究方向：光学生物传感检测技术研发及其在生物医学中的应用研究。
学术成果：主持国家自然科学基金青年科学基金项目、浙江省自然科学基金重点项目各1项，参与浙江省“尖兵领雁 X”项目2项，申请/授权专利10项；发表学术论文50余篇，以第一或通信作者在《Nat Commun》《ACS Nano》《Lancet Microbe》《Adv Sci》等国际知名期刊发表学术论文17篇，总影响因子185，单篇最高引用220余次；担任中国生物医学工程学会医学检验分委会青年委员、欧美同学会医师协会传染病分会委员、《Biomedical Analysis》青年编委、《国际检验医学杂志》青年编委。

探寻科研之路

1 基于表面等离子共振成像的单细胞糖基识别与定量检测新方法

研究背景：糖基化作为真核细胞最复杂且最广泛存在的翻译后修饰之一，在细胞识别、信号传导及免疫调控中发挥关键作用，尤其在肿瘤的发生、发展及转移过程中具有重要生物学意义。当前对细胞糖基化的研究多依赖于细胞裂解、糖链提取与标记检测技术，缺乏对活细胞表面糖基修饰的原位、实时、动态表征手段，限制了其在疾病分型与早期诊断中的应用。因此，亟需开发一种特异性强、无标记、具备原位检测能力的糖基成像分析技术。

研究成果：本研究构建了基于棱镜耦合的表面等离子共振成像系统（SPRi），结合凝集素探针的特异性动力学识别模型，实现了单细胞表面糖基分子作用的实时成像与动力学定量分析。系统具备高灵敏度、无标记与可视化特性，可实时监测糖基与识别分子（如凝集素）结合引起的等离子反射强度变化，进而获取糖基空间分布及结合动力学信息。研究采用多种凝集素探针（WGA、SBA、ConA等）分别识别不同种类的糖基（如GlcNAc、Sialic Acid、GalNAc、Gal、Man、Glc等），成功实现了HeLa细胞表面多种糖基类型的原位检测和动态曲线分析。进一步，研究将该技术应用于不同阶段口腔肿瘤细胞（Hacat、DOK、Cal-27、HSC-3）的糖基化特征分析，揭示了肿瘤发生与转移过程中的糖基结构重编程特征，实现在单细胞水平上对肿瘤细胞不同进展阶段的高效聚类与识别。该成果为肿瘤糖基化机制研究提供了新技术路径，也为糖基类生物标志物在肿瘤早筛、预后评估及个体化诊疗中的应用奠定了基础。

图1 基于表面等离子共振成像的单细胞糖基识别与定量检测图

 2 基于等离子体共振的纳米力学传感与成像系统（PNMSi）

研究背景：单细胞黏附行为在多种生理和病理过程中发挥关键作用，尤其在组织形成、免疫应答及肿瘤转移等过程中具有重要意义。对细胞-基质相互作用及其纳米力学特性进行实时、高精度、无损的成像与定量分析，对于揭示细胞行为机制与疾病发展路径至关重要。

研究成果：研究构建了一种基于表面等离子共振成像（SPRi）技术的纳米力学传感与成像系统（PNMSi），实现了单细胞与基底之间黏附行为的原位动态追踪与纳米力学特征的高通量定量分析。该系统基于等离子体共振对细胞黏附运动及其纳米波动信号的高灵敏捕捉能力，结合热力学波动模型，精确解析了单细胞黏附动力学过程中的平衡位置、响应时间常数及垂直方向纳米波动幅度，有效推导出细胞-基质相互作用的纳米力学参数。在实验验证中，我们系统分析了单细胞与四种不同功能化自组装单层（SAM）表面的实时黏附过程，揭示了不同表面化学特性对细胞粘附动力学与力学行为的调控作用。此外，通过比较两类具有不同转移潜力的肿瘤细胞（如Cal-27 与 HSC-3）的黏附动态差异，我们展示了PNMSi平台在肿瘤生物学研究与潜在力学生物标志物筛选方面的应用潜力。本研究所提出的PNMSi系统为单细胞水平下的黏附机制研究提供了新型无标记、高通量的纳米力学成像手段，具有广泛的基础研究与临床转化应用前景，特别适用于肿瘤转移机制解析和抗黏附类药物的筛选与评价。

图2 高通量单细胞黏附动力学与纳米力学作用的无标记成像与定量分析

团队展示

浙江大学生物医学工程与仪器科学学院张芬妮课题组 

课题组隶属于浙江大学生物医学工程与仪器科学学院，学院建有“生物传感器国家专业实验室”“生物医学工程教育部重点实验室”“浙江省心脑血管检测技术与药效评价重点实验室”，拥有高水平的研究条件和仪器设备，具有先进的微细加工技术、传感测试系统，以及良好的生化研究技术与生物医学仪器平台。课题组长期从事交叉科学研究，致力于将高灵敏光学传感检测技术与临床生物医学应用需求相结合，不断推动光学成像系统的创新及其在生物医学中的应用，通过结合细胞分子生物学、无标记光学成像技术和生物物理学分析方法，在临床疾病诊疗、药物筛选、精准医学以及单细胞功能成像技术方面实现了多个关键性创新成果。