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”。