上海科技大学物质科学与技术学院材料生物钟超

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钟超，博士，上海科技大学研究员。本科毕业于天津大学，2009年在美国康奈尔大学获博士学位，于2009～2011年在华盛顿大学西雅图分校从事博士后研究，2012～2014年在麻省理工学院电子工程系，生物工程系以及麻省理工合成生物学中心担任研究科学家职位。2014年7月加入上海科技大学物质学院担任研究员和助理教授。


回国后获上海曙光学者荣誉，并获得国家自然基金面上和联合基金, 国家海洋科学重点实验室开放基金等项目资金的支持。钟超博士教育和科研背景主要包括材料科学, 生物医药工程, 合成生物学(基因工程)等多学科。其个人专长主要是生物灵感材料, 生物纳米技术和合成生物学在以上领域的应用。钟博士以第一作者或通讯作者发表多篇学术论文, 包括Nature Nanotechnology, Nature Communications，Advanced Materials和 ACS Nano 等。钟博士在生物材料和合成生物学领域在多个国际会议上做特约邀请报告。另外，钟博士曾担任国际生物材料协会年会分论坛主席，国际材料会议（墨西哥会议）分论坛主席,在2016年世界生物材料大会上担任“合成生物学战略工程生物材料”分论坛主席，2017年担任东方科技论坛第295期“微生物和微生物组研究带来的机遇和挑战”执行主席。


钟超    助理教授、研究员
研究方向        生物灵感材料，生物纳米技术以及合成生物学在以上领域的探索和应用
联系方式        zhongchao@@shanghaitech.edu.cn
备　　注        青年##

研究介绍                 
实验室（整合的生物灵感性分子工程实验室）以生物灵感性工程准则为主线，以当代社会所面临的健康和环境等方面的重大问题为导向，致力于下一代生物灵感性材料，生物纳米技术或装置的开发和实际应用。具体包括以下几方面：1）生物和非生物界面交叉问题的探索以及相关前沿技术的开发； 2）发展新型的生物灵感性材料，生物仿生纳米技术及其在医药和其他重要技术领域的应用； 3）基于分子，细胞和组织等多级别的生物灵感分子器件和装置的开发及应用。
科研成果                 
1. C. Zhong, T. Gurry, A. Cheng, J. Downey, Z. T. Deng, M. Stultz, T. K. Lu. Strong underwater adhesives made by self-assembling multi-protein nanofibers. (Nature Nanotechnology 2014, In press).
2. C. Zhong, Y. X. Deng, A. Kapetanovic, M. Rolandi, A polysaccharide bioprotonic field-effect transistor. Nature Communications 2011, 2, 476.
3. C. Zhong, A.Kapetanovic, Y. X. Deng, M. Rolandi, A chitin nanofiber ink for airbrushing, replica molding and microcontact printing of self-assembled marco-, micro- and nanostructures. Advanced Materials 2011, 23, 4776-4781. (Inside cover feature).
4. C. Zhong, C.C.Chu, Biomimetic mineralization of acid polysaccharide-based hydrogels: Towards porous 3-dimensional bone-like biocomposites. Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 6080-6087. (Highlighted in Biomimetic Materials Collection on RSC Biomaterials Science Blog).
5. C. Zhong, A. Cooper, A. Kapetanovic, M. Zhang, M. Rolandi, A facile bottom-up route to self-assembled biogenic chitin nanofibers. Soft Matter 2010, 6, 5298-5301.
6. C. Zhong, C. C. Chu, Acid polysaccharide-induced amorphous calcium carbonate (ACC) films: colloidal nanoparticle self-organization process. Langmuir 2009, 25, 3045–3049.
7. A. Y. Chen, C. Zhong, T. K. Lu, Engineering living functional materials, (ACS Synthetic Biology 2014 , Perspective paper, In press).

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物质学院钟超课题组开发出智能细菌，可时空调控无机纳米材料的动态自组装

物质学院材料与物理生物学研究部钟超教授课题组利用前沿合成生物学技术，研发了一种经过基因编程改造的智能细菌。该细菌能响应环境比如光和小分子，并能像经过高精度编程的计算机程序一样，按人为预先设定的方式进行工作。在这项研究中，经基因编程的细菌，能够时空可控地对溶液中的无机纳米材料进行动态自组装。近日，该研究成果以“Programming Cells for Dynamic Assembly of Inorganic Nano-objects with Spatiotemporal Control”为题，在国际知名学术期刊《Advanced Materials》上在线发表。该论文的创新性和研究成果备受审稿人和编辑的肯定和推崇，不仅入选2018年4月第16期内封面文章，还被《Advanced Materials》编辑推荐在官方网站的视频摘要(video abstract)中进行重点介绍。

生物动态自组装在自然界中普遍存在，并构成了生物纳米机器以及很多自然材料系统的结构和功能基础。如骨和贝壳等自然材料系统就是在细胞的参与下，对有机和无机组分进行时空可控的动态自组装而形成。这些自然材料体系具备无与伦比的结构多级性，很多材料性能（比如机械性能）也远优于人工合成的材料。此外，这些动态自组装体系还具有过程自适应、环境响应和自我修复等特质。因此，将自然动态自组装体系整合嵌入合成自组装体系代表着一种新的自组装方法，该方法在创造新的材料和纳米结构方面蕴含着极大潜力，而这方面的交叉研究基本属于空白。

在这项工作中，为了挖掘自然动态自组装体系蕴含的潜力，实现其和合成的无机纳米材料的完美整合，钟超课题组利用合成生物学技术，对大肠杆菌的生物被膜淀粉样蛋白基因进行了改造。大肠杆菌生物被膜的主要成分是卷曲纤毛纤维，其主要成分是通过大肠杆菌分泌的CsgA蛋白亚基自组装而成。首先，课题组通过对大肠杆菌生物被膜CsgA蛋白分泌基因的改造，开发出光控（蓝光）调控CsgA蛋白表达和分泌的基因环路； 其二，通过对CsgA蛋白进行功能修饰，能让分泌的CsgA蛋白自动识别经有机小分子配体修饰的无机纳米材料。在光的诱导下，工程菌能吐出大量的CsgA功能蛋白，并在细胞周围自组装形成纳米纤维材料网络，由于生成的纳米纤维在很多界面都具有超强的粘附作用，因而细菌最终能对溶液中的无机纳米材料进行大规模、多尺度并按时空可控的方式在各种界面进行动态自组装。

该研究首先证明了单种和多种纳米颗粒在不同基底表面的动态、大规模、多尺度组装。蓝光光控基因线路的引入则可以控制纳米颗粒的空间布阵，布阵精度可达100μm。另外，通过控制纳米颗粒的添加顺序，还可以实现纳米物件的自动层层自组装。该团队提出的此项动态纳米物件自组装方法，在生物电子，光电器件，生物催化和可穿戴设备方面都具有潜在的应用价值。在示例应用当中，他们利用导电生物被膜制备了叉指电极阵列，并证明其可作为触碰开关装置。该纳米材料动态自组装方法还可用于创造活体功能材料，将无机体系的光电高效性和自然活体体系催化的高选择性结合起来，应用于人工光合作用体系。同时，本项研究也为合成生物学在材料和生物纳米技术上的应用提供了一个很好的范例。

该论文中，物质学院2015级博士生王新宇为第一作者，2017级博士生濮嘉华和安柏霖为共同第一作者，钟超为通讯作者，上科大为第一完成单位。物质学院宁志军教授课题组2016级博士生尚跃群参与了该项目，并在量子点的合成方面提供了指导和帮助。2014级本科生刘奕和2015级本科生巴方对该研究的样品拍摄提供了帮助。这项成果的取得体现了上科大强调交叉学科建设的重要性，也反映了上科大鼓励本科生勇于实践、积极参与科研活动的理念。

该研究得到了上海市科委基础研究重点项目（合成生物学专项）、上科大科研启动基金、中组部“青年##”、上海“曙光学者计划”以及国家自然科学基金面上和联合基金等项目和基金的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201705968

纳米物件的动态自组装（a），布阵（b）和层层自组装（c）

内封面：钟超及其合作者发表了基于工程细胞策略的论文，利用生物膜的动态自组装实现了无机纳米物件材料的模板化和时空间可控的自组装，其组装过程具备动态调控，环境自适应和多级复合的特性。通过感光基因元件和程序化的光照调节，细胞以空间可控的方式在基底的特定位置实现curli纤维的组装过程，由此实现量子点的布阵自组装，最小精度可达100μm。