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矢志科教报国 勇攀学术高峰 ——20届新型DNA计算范式探索领域博士陈鑫

作者:   时间:2025-04-24   点击数:

    一、个人简介

陈鑫,男,汉族,1998年4月生,湖南长沙人,中共党员,湖南科技学院理学院信息与计算科学专业2020届校友,西安交通大学在读博士。在校期间先后担任团支部书记、校学社联办公室主任、校播音与主持协会副会长、校学生会副主席兼学社联主席;曾获共青团永州市第五次团代会“优秀志愿者”、湖南科技学院“优秀共青团员”、“优秀社团干部”“三好学生”“优秀共青团干部”“舜德无私奉献学子”“优秀学生干部”、校级三等奖学金,首届中国青少年人工智能大赛“优秀青年志愿者”,湖南省“优秀共青团员”“优秀毕业生”,永州市“优秀共青团员”等荣誉。在广州大学求学期间,发表SCI收录论文4篇,以第一作者身份发表论文3篇,其中JCR Q1 2篇。多次获得广州大学学业奖学金,国家奖学金,2023年被评为广州大学优秀毕业生。

二、个人事迹

带着在理学院积累的深厚数学基础和扎实计算机理论知识,2020年陈鑫升学至广州大学计算科技研究院攻读生物计算方向硕士研究生,期望为祖国芯片事业贡献自己的力量。

初入新领域,从零学起,潜心积累,陈鑫快速掌握了该领域的基础知识和实验方法,迅速学会了原子力显微镜、透射电镜等大型仪器的使用。积极投身到科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金重大项目、面上项目的研究工作中。2023年9月,进入西安交通大学电子科学与工程学院攻读博士学位,继续DNA计算为代表的新型计算模型研究工作。

牢记使命,争当先锋

陈鑫向来注重自身的政治理论修养。坚持学习党的创新理论知识,认真学习习近平新时代中国特色社会主义思想。在学习、生活、工作中坚决拥护“两个确立”,不断增强“四个意识”、坚定“四个自信”、坚决做到“两个维护”;自觉开展“四史”学习,从党的百年光辉历史中汲取力量,坚定理想信念,铭记入党初心,牢记为人民服务宗旨;读原著、学原文、悟真理,用马克思主义武装头脑,用科学理论指导实践;听党话,跟党走,牢记中华民族伟大复兴的历史使命。

本科期间,在兼顾学业的同时担任校学生社团联合会主席兼学生会副主席,服务师生,助力学校社团文化繁荣。在职期间细化社团管理,规范社团健康发展,打造品牌文化活动,极大地提升了社团在省内的影响力。在他任职期间,湖南科技学院学生社团获得省级奖项30余次,2018年学校首次获得湖南省“百优十佳”社团最佳组织奖。他在工作中不断突破,追求创新,自身素质得到了很大的提高。2019年荣获“湖南省优秀共青团员”荣誉称号、2020年获得“湖南省2020届普通高等学校优秀毕业生”荣誉称号。

研究生期间,不断提升自身科研水平的同时,带动课题组同学共同进步。成立“经典论文研讨会”,帮助低年级同学了解研究领域,快速适应交叉学科知识范围广泛、结构复杂的特点。

筑基牢固,大胆创新

陈鑫通过一篇经典综述文献叩开了生物计算的大门,感受到了DNA纳米世界的神奇和生物计算闪耀的光芒。Adleman就生物计算从概念走向工程实践必须面对的三个问题成为他努力专研的方向。研一下学期,在《广州大学学报》上发表综述文章《DNA可编程纳米制造研究进展》。除理论学习之外,通过开展多个实验项目增加了他对生物计算领域的了解:高并行多米诺逻辑计算系统 DNA链置换技术具有可编程性、准确性、自发性、灵敏度高等特点,是实现生物计算的重要技术手段。但是对于“与”运算,多是采用多个逻辑门之间互相级联的方式实现的,多级级联和逻辑门之间的串扰造成的泄漏直接影响着实验结果的判断。为简化溶液反应体系,减少级联产生的泄漏问题,他和同学们创新地使用长链驱动级联,提出依照各域的解链温度设计序列设计了多米诺逻辑门。多米诺逻辑门成功地减少了泄漏产生,并且并行性良好,逻辑门与逻辑门之间独立性强。多米诺逻辑门良好特性使得人机互动的井字棋游戏得以实现。相关成果发表在《Acs Synthetic Biology》(JCR Q1)。

基于微流控系统的DNA计算平台构建构造DNA计算机一直是他所在课题组努力的目标。计算机芯片使计算微型化,而微流控制系统使生化实验室微型化。他们与中国航天科工二院合作,将DNA计算与微流控制系统结合,在微流控芯片上实现液滴驱动、荧光检测等功能。根据微流控系统的相关特点,正在进行DNA加法器和DNA三子棋机器人的相关研究。

他们使用加权基因共表达网络(WGCNA)对癌症基因组图谱(TCGA)数据分析得到两种临床特征的四种生物标志物。以这四种生物标志为输入,基于DNA链置换技术构建了用于癌症诊断的DNA计算系统。该研究为快速准备癌症诊断提供了新思路,相关成果正在小修投回。

他们设计了具备有特异性粘性末端六臂放射状星型tile结构和六螺旋束管状tile结构,通过原子力显微镜和透射电镜的表征分析,结构正确组装并且性能良好。与武汉大学医学院合作证明tile结构在细胞上能实现正确靶向细胞,药物治疗效果明显。相关成果发表于《Frontiers in Genetics》(JCR Q1)。

钻研探索,勇攀高峰

2023年9月,陈鑫顺利进入西安交通大学电子科学与工程学院攻读博士学位,继续DNA计算为代表的新型计算模型研究工作。

手捧一颗真挚的心,怀揣科技强国梦。博士期间,他一方面利用生物计算求解大规模图顶点着色问题。深入学习图论知识,研究子图分割算法。将大规模的图分割为规模较小的子图,子图间并行求解。这在一定程度上会简化解空间,序列设计和避免二级结构产生的难度都将减小;其次,研究有关PCR技术和基因工程技术,优化求解系统。生物技术是生物计算的基石,利用合理的生物技术和手段剔除解空间中的非解是大规模NP-完全性问题的重要一环。引入例如高保真PCR酶、Cas12a 酶切系统筹生物技术在解空间上直接排除非解链有望直接得到问题正解。

另一方面探索基于微流控平台的人机交互DNA计算平台的构建。致力于荧光检测模块集成方案的设计。荧光检测是DNA链置换技术直接而准确的表征方式。荧光检测模块的构建,有利用众多生物计算算法的实现。第二,结果反馈系统的设计,在荧光检测模块的构建基础上,系统要实现能够根据荧光数据给出指定反馈和动作,实现系统集成和自动化,第三,设计良好人机交互系统。以DNA三子棋算法为实例,设计能够与人正常交互的系统,根据人的指示驱动液滴并给出对应的反馈。探索多种结果判定方案,不断优化微流控系统反馈结果的时间。

感念师恩,立志传承

陈鑫说:“一路走来遇到的每一位老师都给我提供了极大帮助,为我传道授业解惑,今天的我由他们成就!”从第一次走进教室懵懂一年级新生到今天熟练穿梭于实验室的博士研究生,教师在他心中一直是一个神圣而光荣的职业。对于未来的职业规划,陈鑫认为高校教师是第一选择。一方面可以继续从事研究事业,面向世界科技前沿,面向国家重大需求,勇担使命、潜心研究。另一方面,可以将老师传递给他的温暖继续传承,帮助学生扣好人生的每一粒扣子。成为“大先生”是他一生追求的目标。

从湖南科技学院毕业时,辅导员的嘱托“练就真本领,以真理的力量支撑起实干的信仰”成为他科研路上化解困难的动力。摩尔定律即将走到尽头,芯片制作工艺达到物理极限,寻求新型计算模式和计算材料成为突破芯片卡脖子问题的有力途径。在陈鑫的心中也有一颗中国“芯”。

(一审 龙枚樱 二审 欧阳素勤 三审 刘华)



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