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应用分类: 手机网游
使用语言: 中文
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　　【深瞳工作室品】　　采写：本记者金凤　　策划📕赵英淑滕继濮林莉　　今年2月上旬，神舟十五号航天员组使用空间站双光显微镜，开展在轨🏀证实验任务并取得🩰功。这是目前已知🏃‍♀️世界首次在航天飞过程中，使用双光显微镜获取航天员肤表皮及真皮浅层三维图像。　　“三次双光子显微镜🐌试顺利结束！”　“无比完美！”　“这一次的曲线如🥖丝滑！”　　……　4月1日上午，中国科学院院士、北大学未来技术学院授程和平的微信对🕦框，被同事们发来🧑🏾‍🤝‍🧑🏽这些评论不断刷新而在中国航天员科🌅训练中心内，掌声起彼伏。让大家欢鼓舞的，是中国空站再次传来的好消🆚。　　当日，神舟五号航天员乘组，用空间站双光子显镜进行成像测试。们用探头轻轻掠过’部和前臂，一旁的子屏幕上立即显示🐧皮肤结构及细胞的维分布影像。　　不是显微镜第一次轨成像测试。今年2月上旬，神舟十五航天员乘组使用空站双光子显微镜，展在轨验证实验任并取得成功。这是前已知的世界首次航天飞行过程中，用双光子显微镜获航天员皮肤表皮及皮浅层的三维图像　　“如果能从这🌓图像中发现空间环中人体变化规律，🤷更好了！”程和平🥟着手机与记者分享些科学图像时说。　只有了解程和平队十年来经历的艰曲折，才能体会这图像的来之不易。2013年，程和平带领团队开启微型化光子显微镜研究时“全世界都不看好。　　历经10年，该团队完成了从科🦝仪器技术创新，到术产品化，再到技服务平台化的跃迁他们将中国带到全大脑成像研究的前，让微型化双光子微镜在中国的高校🚜所、企业得到推广用，为脑科学研究建起重要实验平台提供了海量数据支。　　程和平希望用微型化双光子显镜拓展人类对脑宇的认知疆域，为探脑机接口原理、深对大脑疾病机制的🗂️解、推进药物研发辟一片新天地。　一束光的启迪　　识的生物学基础是么，记忆是如何存和恢复的……在世各国的脑科学计划，这些问题吸引着👩‍❤️‍💋‍👩球科学家们不断上求索。　　在2021年国际权威学术期刊《科学》发布的125个最前沿的科学问题中，有22个问题与脑科学相关。　双光子显微镜的现，仿佛是照在生科学研究领域的一光。　　1992年，程和平用世界上二台双光子显微镜首次实现了心肌线🧞‍♂️体成像。　　“双🤐子显微镜，是用两光子同时激发同一🙉荧光分子的光学成技术。它具有天然🕕光学断层扫描效果能看到的组织深度深，成像的清晰度🍲高，像一个高性能,,,X光机。”程和平说，与单光子显微镜💥比，双光子显微镜得准、看得深、光️⃣伤小。但传统的台🏃‍♀️双光子显微镜非常重，足有房间那么⌚，所以只能观察头固定的动物或者动的脑切片。　　研一款微型化双光子🍥微镜，观察自由行☣️的小动物脑袋中的颗颗神经元的动态化，成为程和平藏心底的一个梦想。🙇‍♀️　一个梦想的点燃有时只需一个使命🔢召唤。　　2013年，国家自然科学金委员会启动了国重大科研仪器研制目。程和平带队申了“超高时空分辨型化双光子在体显成像系统”项目。　那一年，美国启“创新性神经技术动的脑计划”，欧启动了旨在建立大脑科学研究数据库🦝脑功能计算机模拟👩🏿‍🤝‍👨🏻台的“人脑计划”　　而此前，我国👎《国家中长期科学技术发展规划纲要(2006—2020年)》中，已把“脑科学与认知”列入🥬础研究8个科学前沿问题之一。　　“国科学家只有用自研发的观测仪器，出原创性的脑科学🥱果，国际科学界才🧺认可。我们希望研一款成像仪，率先中国科学家用起来’用国外的仪器做研，都是在别人建设四梁八柱上做文章”程和平用使命必🕘的决心来筹备项目启动。　　一场跨🧞山海的探索　　想现双光子显微镜在👱‍♀️由活动的动物体上高清成像，必须为📂“瘦身”。　　然，极大的技术难度让团队一度面临质。程和平向科技日记者坦言，7200万元的投入“相当一吨百元大钞”，竟能不能收获一个得见的未来，大家⛱️时心里很忐忑。“时世界多国尝试微化双光子显微镜的📐制，但都没有实质突破，尝试十几次🗞️无疾而终。”他说　　程和平所言非。2008年，瑞士有课题组公布了他-的微型双光子系统-仅重0.9克，并实现了大鼠在体钙成信号。但其空间分🌮率极低，也未实现👟正的自由运动下的像。　　2009年，德国有课题组展🏴󠁧󠁢󠁳󠁣󠁴󠁿了它们的微型双光系统，其理论分辨接近大型的双光子微镜。但其探头较👩，扫描速度很慢。　程和平身后，有👮支不同寻常的团队团队中有人研究超激光器，有人专攻速电路，有人擅长😿像处理，有人能做😳数据分析……然而研究起步阶段，团中无人具备研制系❇️性科研设备的经验🚐技术路线也不确定　　“怎么办？只一点点地认真做。程和平给团队立下令状。　　在项目-,-始的前两年，大家分夺秒地汲取多学,的营养。在北京大分子医学研究所300平方米的大仪器联合实验室里，来自械、光学、生物、路等研究领域的师♟️汇聚在一起，交流😢磋。每周六上午的体学习，大家分享周行业动态，介绍自研究进展。同时大量的国内外顶尖🧩家被邀请来作报告　　引进来的同时团队也频频走出去仅2014年，他们就涉足美国、俄罗、澳大利亚、西班。每去一个地方，📧家都会在当天晚上好总结，发给团队同学习。　　一场续十年的攻关　　2017年，团队终于迎来了振奋人心的展。　　在如今北大学膜生物学国家点实验室设备研发台内，一个只有拇大小、重约2.2克的显微镜探头，被藏在实验室深处—这是团队于2017年成功研制的第一🌹微型化双光子显微的核心部件。　　台显微镜可以实现时空分辨微型化成😿，能实时记录数十神经元、上千个神🥿突触动态信号。这👨🏽‍🤝‍👨🏼突破性的进展，使入选2017年中国科学十大进展。　4年后，该团队推出微型化双光子显微的2.0版本，其成像视野扩大到初代微镜的7.8倍，同时具备三维成像能-，获取了小鼠在自🗳️运动行为中大脑三🧉区域内上千个神经清晰稳定的动态功图像。　　今年2月，团队又发布了他研制的微型化三光显微镜。该显微镜直接透过大脑皮层胼胝体，首次实现自由行为中小鼠的脑全皮层和海马神👩‍🦯元功能成像，神经钙信号最大成像深可达1.2毫米，血管成像深度可达1.4毫米。　　致广大而尽精微。10年，微型化双光子显微完成了从高清成像🐚向更广、更深成像🧜科研布局。然而，在研制一款“大国器”的探索之旅中也许仅仅是开始。　2016年，当第一代微型化双光子🦦微镜的研究即将“🕐土”时，一个声音🍪次在程和平脑海里响，“如果投入‘🧠吨百元大钞’，只🟪交付3台显微镜，性价比太低了。应该让中国科研院所、业的实验室用起来做出领先国际的研，再向国际市场推。”　　让程和平👊定决心办公司的，有3年来培养起来的一支团队。“国家☣️入这么大，让我们了一身本事，项目题后如果团队散了太可惜了。”程和说。　　办公司让究成果产品化，成程和平团队的共识🤥2016年，程和平团队创立了北京超景生物科技有限公(以下简称超维景)。　　一个新时代启了。　　一场自🧐自强的产业突围　当科学技术的光芒进产业，不仅砥砺📩术创新的成色，也以点亮一片“暗夜。要将高端精密科仪器产品化，元器的可靠性、稳定性须过硬。　　微型📎镜，是微型化双光显微镜的关键核心👨‍👩‍👦部件。团队核心成、北京大学未来技学院特聘副研究员润龙记得，最初做理样机时，团队从外一家公司进口微物镜。　　但当团进入显微镜产品化段后，对方的发展略也发生变化。“方要求我们购买他⚒️合作伙伴的单光子微镜系统，物镜不©️单独售卖，而这个🙆‍♂️统的价格要100多万元。代价太大，🎬们不能被‘卡脖子。”吴润龙说，自，团队开始自行设,,,高数值孔径的微型镜，并联合国内企🤵加工，在超维景进装配和测试。　　胜者强。2018年，赵春竹到北京大未来技术学院做博🚿后研究，为助力物的自主研发按下了进键。　　“经过代技术攻关，我们↩️经掌握了高端物镜设计技术。但在自设计、加工的基础🧑🏻‍🤝‍🧑🏻，还要形成高精度主装配的流程和方♉。微型物镜由多个🌈片叠加而成，每片👨‍👩‍👧‍👧径约3毫米，最初我们将所有的镜片一🔜装配完后，统一调，但发现精度相差,,大。后来，我们优了装调工艺，每安一片镜片，都用仪检测光轴偏移量、距等参数。由于物直径太小，一开始⚰️调整几微米的误差都要耗时一两天。🔑赵春竹回忆，最艰的时候，大家几乎望。但抱着不破楼终不还的信念，大几微米几微米地死，想办法迭代技术-最终攻克了高端微🌿物镜装配技术。　🛸光纤是显微镜微型的另一个瓶颈。团👨‍✈️成员、北大电子学副教授王爱民设计-,-一款蜂窝状的空芯子带隙光纤，让激🕚通过光纤传输到微🉐化探头的过程中，🀄冲不发生畸变、能几乎不损耗，以有🍛激发小动物体内的🚁光分子。　　但让爱民措手不及的是设计方案有了，国却没有厂家能生产种光纤。“我们最🤠找了一家外国公司制。但一年后，这公司提出翻番的价-，每米光纤的价格近万元，仅光纤的本就增加了几百万。”他回忆说，团被“逼上梁山”，’而联袂上海光机所🚴一位青年学者一起索加工工艺，进行产化。　　在北京学未来技术学院教🌷陈良怡看来，科研器国产化过程中的🈳围，也将带动应用础研究与产业发展双向奔赴”。　　我们的论文发表后很多技术被公开了👩‍🎓但很多人做重复实⏳时无法再现，是因📱加工中有很多细节题难以解决，这些节在学术论文中也以呈现。”陈良怡，如果想将这款显镜尽快用起来，就将科研成果产品化🧟‍♀️带动产业的发展。产品化的过程，也使他们思考，如何成像技术推动神经👨‍👧‍👦学、脑科学乃至整生命科学基础研究发展。　　目前，维景研制的微型化光子显微镜已服务🌰150余家国内实验室，年平均销售额5000万元。今年，公司还将拓展国🚴‍♂️市场。　　一项世-首创的应用　　10年前项目启动时，和平抱着“从幼儿👩🏾‍🤝‍👨🏽开始读一个博士学”的心态，研制微化双光子显微镜。⚜️　时光浩荡向前，年的厉兵秣马是否🏽支撑国家重大战略⚕️求？团队将答卷写宇宙苍穹。　　2019年，在中国载人航天工程办公室大支持下，程和平团🉑、中国航天员科研练中心李英贤团队北京航空航天大学-丽爽团队联合相关业及院所，组建了间站双光子显微镜目团队，由程和平🏑任总负责人。　　中国要发展载人航,,,、要研究生命科学太空是一个难得的验室。在失重环境，人体细胞是如何成新陈代谢的，大的神经元又将发生么变化，都是很好🚲研究课题。双光子微镜成像深度深，以帮助我们逐层扫、分析航天员的细结构和代谢成分信。”程和平说。　2022年9月，空间站双光子显微镜制成功。当年11月12日，空间站双光子显微镜搭乘天舟号货运飞船成功运中国空间站，成为界首台进入太空的➿光子显微镜。　　年2月上旬的一天，空间站双光子显微💿终于开机。坐在中🦥航天员科研训练中看到航天员操作画传回，程和平松了-口气：“终于成功。”　　消息传来整个团队沸腾了。这辈子能做这么一事情，值了！”王民至今回忆起来仍☕动不已。　　鲜为知的是，为了达到天应用的标准，显镜经历了一次次蜕。　　精密的显微，要能承受飞船发时的剧烈振动，这求它足够抗振。“初，激光器的核心件被振得粉碎。”京大学未来技术学助理研究员王俊杰得，为了让显微镜📗强健筋骨”，他们😘激光器的核心部件计为固态结构，以强激光器的机械强，同时在激光器外增加了减震装置，当于给其上了一层💔险。　　超维景的📄队也参与进来。超景超快激光事业部理陈燕川介绍，他👏将激光器核心部件🍐于-40℃至80℃的温度下循环试验使部件在短期内反承受极端高低温变应力以及极端温度🎥替突变的影响，以查隐患。为了确保无一失，团队还制♠️多组关键部件样品💪进行加量级、破坏的振动冲击试验，证显微镜能满足航发射环境各种极端-,件的挑战。　　最🤹‍♀️，团队实现了多项破：首次在轨验证验实现了世界上首双光子显微镜在轨常运行，国内首次现飞秒激光器在轨🤹‍♀️常运行，国际上首💁‍♂️在轨、在体观测航员细胞结构和代谢分信息。　　一个想的启航　　从突理论研究瓶颈，到水产业蓝海，再到撑国家重大战略需，程和平团队将科创新的底色写在从术创新到产业应用跃迁中。如今，一更宏大的构想正在,次舒展。　　在南江北新区，成立近4年的北大分子医学京转化研究院(以下简称转化院)，已搭建起高端脑成像的共技术服务平台“京脑观象台”。后🖤可以提供微型化双子显微镜、超灵敏构光超分辨显微镜高速三维扫描荧光🏊像系统等设备，帮科研团队获得从大突触、神经元集群神经环路，再到全水平的全景式脑功成像。　　科研团的身后，还有一群与他们并肩作战。　几乎每天，实验陈雪莉都要为小鼠入观测所需的荧光白，对小鼠进行行,,训练。　　当她为-鼠戴上显微镜探头👨‍👧‍👦，一旁的屏幕上会即呈现出小鼠大脑钙活动影像。　　脑观象台有一支技团队。对于遴选通🦩的研究项目，技术队会与科研团队一制订实验计划，为🧠者们制备、训练小，采集小鼠的脑活成像数据，再将小的行为学数据和脑🤝动数据匹配，供科🌞人员分析小鼠在表🐘出某种行为时，大发生了什么变化。转化院副院长赵婷释，脑观象台希望👩‍🎓学者们从繁琐高难实验技术细节中解🧑🏽‍🤝‍🧑🏼出来，加速从理论🚭想到实验发现的进。　　凭借南京脑🛫象台成像技术的支，科学家们已经开收获惊喜、成果迭：小鼠有喜新厌旧行为，而孤独症小却存在这一行为缺；清醒状态下小鼠痫发作时，神经元⏯️常放电……　　赵🚶介绍，如今，脑观台已经服务了100多家单位的180余个课题组，开机时🤝累计超过2万小时。脑观象台与江北新联合发起的两期“-索计划”，也已累支持48项课题研究。　　十年春华秋。一颗在未名湖畔下的种子，如今正千里之外的扬子江落地生根、开枝散，荫泽全国的脑科🥬、神经科学等领域研究。　　40多年前，少年程和平曾他的笔记本上写下有科幻色彩的理想—“做一款思维记器”。　　跨越万千山，如今，理想🦴进现实，中国脑科🍮研究风华正茂。【辑:陈文韬】

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