焦放

简介


2007-2011年  华东理工大学 本科



2011-2016年  华东师范大学(导师:何品刚 教授)与美国太平洋西北国家实验室(导师:James De Yoreo 教授)  联合培养博士



2017-2019年  美国康奈尔大学⋅威尔医学院(导师:Simon Scheuring 教授)博士后



2019-2021年  瑞士洛桑联邦理工学院(导师:Georg Fantner 教授)博士后



2021.5-         中国科学院物理研究所,特聘研究员,博士生导师。


主要研究方向


传统的生物学技术各有优劣,比如荧光显微镜,虽然可以在生理条件下直接快速成像,但其需要荧光分子标记且空间分辨率有限;电子显微镜的空间分辨率较高,特别是冷冻电镜技术,已经实现了对单个生物分子在生理环境中的冷冻结构解析,但其只能得到一些静态结构,不能追踪生物大分子的动态学特征,特别是结构转变动力学。因此,开发和应用能满足在生理条件下对生物大分子进行高时空成像的新技术很有必要。



本团队致力于开发和利用新型多功能高时空分辨和原位原子力显微镜技术,研究生物分子的行为动态、作用机理和动力学。成功搭建了多功能高速原子力显微镜生物平台(国内首台),该平台在原子力显微镜领域处于世界前沿水平,能在生理溶液中以直接高时空成像(水平分辨率~1 纳米,垂直分辨率~0.1 纳米,成像速度可达20 帧/秒)的方式,实现生物分子的结构和功能分析。


过去的主要工作及获得的成果


博士期间,探索包括类肽生物分子可控性自组装形成一维、二维及三维高级结构的机理及应用;单个生物分子之间的相互作用及键合能。博后期间,主要研究蛋白质分子在类生理条件下的自组装、分子动态、动力学和作用机理,同时亦摸索细胞中生物纳米机器(比如病原体释放的收缩注射器,真核细胞的内吞囊泡)的形成和作用机理。近年来,参与了美国能源部,美国国家卫生研究院和欧洲研究协会的多个科研项目。至今已在Nature, Nature Materials, Science Advances, Nature Communications, Angewandte Chemie, Advanced Functional Materials, Nano Letters等专业高水平杂志发表论文十余篇。


代表性论文及专利


1.     F. Jiao; F. Dehez; T. Ni; X. Yu; J. Dittman; R. Gilbert; C. Chipot; S. Scheuring. Perforin-2 clockwise hand-over-hand pre-pore to pore transition mechanism. Nature Communications. 2022. 13: 5039.



2.     H. Li; Y. Yu; M. Ruan; F. Jiao; H. Chen; J. Gao; Y. Weng; Y. Bao. The mechanism for thermal-enhanced chaperone-like activity of α-crystallin against UV irradiation-induced aggregation of γD-crystallin. Biophysical Journal. 2022. 121: 1-18.



3.     A. Fraser*; N. Prokhorov*; F. Jiao*; B. M. Pettitt; S. Scheuring; P. Leiman. Quantitative description of a contractile macromolecular machine. Science Advances. 2021. 7: eabf9601. (* Co-first author)



4.     F. Jiao; Y. Ruan; S. Scheuring. High-speed atomic force microscopy to study pore-forming proteins. Methods in Enzymology. 2021. 649: 189-217.



5.     A. Ben-Sasson; J. Watson, W. Sheffler; M. C. Johnson; A. Bittleston; L. Somasundaram; J. Decarreau; F. Jiao; …; J. J. De. Yoreo; D. Baker. Design of biologically active binary protein 2D material. Nature. 2021. 589: 468-473.



6.     F. Jiao; K. Cannon; Y. Lin; A. Gladfelter; S. Scheuring. The hierarchical assembly of septins revealed by high-speed AFM. Nature Communications. 2020. 11, 5062.



7.     T. Ni*; F. Jiao*; X.Yu*; S. Aden; L. Ginger; S. Williams; F. Bai; V. Prazak; D. Karia; P. Stansfeld; P. Zhang; G. Munson; G. Anderluh; S. Scheuring; R. Gilbert. Structure and mechanism of bactericidal mammalian perforin-2, an ancient agent of innate immunity. Science Advances. 2020. 6: eaax8286. (* Co-first author)



8.     Z. Yaari; J. Cheung; H. Baker; R. Frederiksen; R. Frederiksen; P. Jena; C. Horoszko; F. Jiao; S. Scheuring; M. Luo; D. Heller. Nanoreporter of an Enzymatic Suicide Inactivation Pathway. Nano Letters. 2020. 20: 7819-7827.



9.     F. Jiao; X. Wu; T. Jian; S. Zhang; H. Jin; P. He; C. Chen; J. J. De Yoreo. Hierarchical assembly of peptoid-based cylindrical micelles exhibiting efficient resonance energy transfer in aqueous solution. Angewandte Chemie International Edition. 2019. 58: 2-10.



10.  X. Ma; S. Zhang; F. Jiao; C. Newcomb; …; C. Chen; J. J. De Yoreo. Tuning nucleation pathways through sequence-engineering of biomimetic polymers. Nature Materials. 2017. 16: 767-774.



11.  H. Jin*; F. Jiao*; M. Daily*; Y. Chen; F. Yan; Y. Ding; X. Zhang; E. J. Robertson; M. D. Baer; C. Chen. Highly stable and self-repairing membrane-mimetic 2D nanomaterials assembled from lipid-like peptoids. Nature Communications. 2016. 7. 12252. (* Co-first author)



12.  F. Jiao; Y. Chen; H. Jin; P. He; C. Chen; J. J. De Yoreo. Self-repair and patterning of 2D membrane-like peptoid materials. Advanced Functional Materials. 2016. 26: 48 (Inside Front Cover).



13.  M. You; S. Yang; F. Jiao; L. Yang; F. Zhang; P. He. Label-free electrochemical multi-sites recognition of G-rich DNA using multi-walled carbon nanotubes–supported molecularly imprinted polymer with guanine sites of DNA. Electrochimica Acta. 2016. 199: 133-141.



14.  F. Jiao; H. Fan; G. Yang; F. Zhang; P. He. Directly investigating the interaction between aptamers and thrombin by AFM. Journal of Molecular Recognition. 2013. 26: 672-678.



15.  H. Fan; F. Jiao; H. Chen; F. Zhang; Q. Wang; P. He; Y. Fang. Qualitative and quantitative detection of DNA amplified with HRP-modified SiO2 nanoparticles using scanning electrochemical microscopy. Biosensors and Bioelectronics. 2013. 47: 373-378.



16.  H. Fan; X. Wang; F. Jiao; F. Zhang; Q. Wang; P. He; Y. Fang. Scanning electrochemical microscopy of DNA hybridization on DNA microarrays enhanced by HRP-modified SiO2 nanoparticles. Analytical Chemistry. 2013. 85(13): 6511-6517.


目前的研究课题及展望


1. 开发和构建新的多功能高速原子力显微镜系统,研究生物大分子(MACPF/CDC成孔蛋白、焦亡蛋白、骨架蛋白、DNA等)在准生物环境中的行为动态,自组装和作用机理。 构建多功能高速原子力显微镜生物平台,结合穿孔蛋白等生物大分子的分离提纯技术,细胞膜重组技术等,将分离提纯得到的蛋白质分子分散到含有磷脂双分子膜的基底(或其它基底)表面,并保持在生物缓冲溶液中,模拟其生物环境。之后,用高速原子力显微镜原位探究单个蛋白质分子(或其它生物分子)的自组装,结构变化,动力学以及分子之间相互作用的机理。对于与盐离子溶度、pH、光、温度等因素相关的生物分子,应用溶液自动交换系统,紫外脉冲照射系统和温控系统等来对应调整其所在的环境因素,从而探索生物大分子的结构变化,行为动态,动力学,及分子间相互作用等机理。



2. 无机材料或生物材料的组装,性能或相互作用机理的研究。主要利用多功能原子力显微镜技术,研究无机材料或生物材料的一维、二维及三维结构的组装,力学,磁学、电学性能或相互作用机理,并摸索其功能和应用。



3. 生物传感器和生物电池的开发和应用。探究和搭建新一代的生物传感器和生物电池。


培养研究生情况


1. 每年拟招硕博连读生(或博士生)1-3名。热忱欢迎对生物大分子的生物物理研究,以及探究和搭建新一代生物传感器或生物电池感兴趣的同学加入(具有生物、化学、工程或物理等背景均可)!优秀的学生可以帮助推荐到美国或欧洲的一流科研机构进行联合培养或交流。同时欢迎优秀本科生前来开展毕业设计研究,课题组提供科研补助。



此外,热烈欢迎科研助理和联合培养研究生加入(长期有效),课题组提供科研补助!!



博士招生和联培详情请参照:http://edu.iphy.ac.cn/



2. 拟高薪聘请博士后若干(长期有效),欢迎大家随时联系。



(i)  利用高速原子力显微镜(或其它技术)探究生物大分子(蛋白质、DNA、病毒、生物纳米机器等)的自组装,动力学和作用机理。



(ii)探究和搭建新一代生物传感器或生物电池。



此外,本研究组与诸多国际一流科研机构开展了广泛的合作研究,优秀者可推荐去美国或欧洲进行联合培养或交流。博士后待遇请参照(或面议):http://www.iop.cas.cn/zszp/zp/202104/t20210427_5999597.html


其他联系方式


电话(Tel):010-82649645



网址(Website):http://english.iop.cas.cn/pe/faculty/?id=4432(English)



邮寄地址:



北京市中关村南三街8号 中国科学院物理研究所 A楼334室,邮编:100190


Email

fang.jiao@iphy.ac.cn