如何透过超级显微镜揭开生命活动奥秘?专访中国工程院院士戴琼海
创始人
2025-02-20 15:00:31
0

封面新闻记者 赵雨笙

近日,由中国科学院、中国工程院主办的“两院院士评选2024年中国十大科技进展新闻”揭晓,中国工程院院士戴琼海领衔的“我国研制超级显微镜,首次全景‘看到’大规模细胞交互行为”成功入选。

通过这台超级显微镜可以看到什么?其应用前景又如何?封面新闻记者专访中国工程院院士、清华大学教授戴琼海。

专访嘉宾:

戴琼海,国务院参事,中国工程院院士、清华大学信息科学技术学院院长。

戴琼海教授(中)带领团队在实验室开展仪器测试。图据受访者

破解“管中窥豹”难题

2024年9月13日,清华大学戴琼海团队在国际学术期刊《细胞》发表最新科研成果,宣布新一代介观活体显微仪器RUSH3D问世。

RUSH3D具有跨空间、时间的多尺度成像能力,填补了当前国际范围内对哺乳动物介观尺度活体三维观测的空白,为揭示神经、肿瘤、免疫新现象和新机理提供了新的“撒手锏”。

戴琼海告诉记者,这是国际上首次在哺乳动物活体器官上实现的全景式、长时程的高速三维成像观测。

科研仪器是科学研究的“先行官”,显微仪器的发明拓展了人类对生命活动的认知边界。但兼具大视场、高分辨率、低损伤等需求一直是观测仪器研制的国际性难题。

“观测仪器的研制长期受困于视场与分辨率之间的固有矛盾。”戴琼海向封面新闻记者详细举例,观测仪器要么视野范围有限,如同“管中窥豹”;要么成像精度不够,难以达到单细胞尺度。

在2013年,戴琼海团队就开始了介观活体显微成像领域的研究。十多年来,研究团队持续攻关,提出了扫描光场成像原理、数字自适应光学架构、虚拟扫描算法等关键理论与技术,逐一解决了介观活体显微成像中的一系列壁垒。

为复杂生物过程研究提供新视角

十余载磨一剑,戴琼海团队在仪器研制方向上只为达成一个目标:在清晰度上尽量向微观靠近,分辨率越高越好;在视场上尽量向宏观靠近,观测范围越大越好。

2017年,第一代RUSH仪器诞生,分辨率0.8微米,成像帧率30帧/秒,每帧图像达到1.69亿像素。相当于RUSH拍一帧图像是24个4k显示器的数据总量。

2018年,经过优化的第二代RUSH仪器,分辨率提高到了0.396微米,数据通量也达到惊人的100.8亿像素/秒。

戴琼海团队告诉记者,其英文名称“RUSH”,源自三个描述其特性的英文词组首字母缩写:实时的(Real-time)、极大范围的(Ultra-large-Scale)和高分辨率的(High-resolution)。

戴琼海表示,相比当前市场上最先进的商业化荧光显微镜,RUSH3D在同样分辨率下的成像视场面积提升近百倍,三维成像速度提升数十倍,有效观测时长提升上百倍。

这一前所未有的跨空间和时间的多尺度成像能力,为复杂生物过程研究提供了全新视角。

新一代介观活体显微仪器系统设备。图据受访者

为发现科学奥秘提供“慧眼”

解决兼具大视场和高分辨难题,为新一代介观活体显微仪器RUSH3D的问世奠定了基础。

RUSH3D的问世,不仅在技术上实现了重大突破,更在实际应用中展现出了巨大的潜力。

人类的意识是如何形成的?大量神经元间的相互连接和作用又如何产生?一系列脑科学的秘密都藏在细胞的运动与交互之间。超级显微镜的问世让生命活动大数据得以进一步公开变为可能。

戴琼海以免疫学领域应用举例,RUSH3D首次观测到了急性脑损伤后多脑区的细胞级免疫反应,发现大量中性粒细胞从非血管区域往脑内的迁移与回流过程,为免疫学研究提供了新的视角。

戴琼海研究团队。图据受访者

研究团队还与中医院合作,在超级显微镜的观测下,观察针灸造成的神经机制的变化,研究免疫系统的反应,从而找到镇痛消炎的方法。

在戴琼海看来,超级显微镜可以为生物科学家、医学家提供工具,为人类发现脑科学奥秘借出一双“慧眼”。

相关内容

热门资讯

SUS431不锈钢化学成分与材... SUS431 不锈钢的用途及特性 1. 概述 SUS431 是一种马氏体不锈钢,具有高强度和良好的耐...
DeepSeek掀起中国AI革... 自今年1月以来,DeepSeek浪潮席卷全球,引发广泛关注与行业变革。国产AI芯片厂商迅速响应,积极...
武汉AI十条:最高2000万元... 来源:元力社 2月18日,武汉市人民政府发布《武汉市促进人工智能产业发展若干政策措施》。 这是继《...
政务系统拥抱DeepSeek ... 2月16日,深圳宣布,全市政务系统全面启用DeepSeek大模型。2月17日,宣布首批70名政务AI...
座谈会上最年轻的人,也被打压过 作者| 猫哥 来源| 大猫财经Pro 机器人概念彻底火了,最重要的一个推手无疑就是宇树科技。 去年...
学而思“上新”,学习机的“参数... 来源:雪豹财经社 在小红书上,“学习机哪个牌子好用推荐”的相关笔记超过130万篇。面对市面上大量同质...
研究:2000 人中仅两人能准... 随着深度伪造技术(deepfake)的不断发展,人们对虚假信息、诈骗和身份盗窃的担忧日益加剧。一项最...
苏州乐威精密钣金取得圆形钣金焊... 金融界2025年2月19日消息,国家知识产权局信息显示,苏州乐威精密钣金有限公司取得一项名为“一种圆...
2025年2月4000-500... 这里先叠一个甲,文章中的参考价格为国补之后的价格,仅供参考,下单前记得一定要看补贴是否生效。 1. ...
Meta Connect 20... 今日,Meta在其博客文章中对今年Meta Connect 2025活动进行了简单预告。 Meta ...