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　　【深瞳工作室出品】　采写：本报记者金凤　　策：赵英淑滕继濮林莉君　　年2月上旬，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显🎼镜，开展在轨验证实验任务-取得成功。这是目前已知的📐界首次在航天飞行过程中，📢用双光子显微镜获取航天员肤表皮及真皮浅层的三维图。　　“第三次双光子显微测试顺利结束！”　　“无完美！”　　“这一次的曲👬🏻如此丝滑！”　　……　　4月1日上午，中国科学院院士、北京大学未来技术学院教程和平的微信对话框，被同🥛们发来的这些评论不断刷新而在中国航天员科研训练中内，掌声此起彼伏。让大家🦷欣鼓舞的，是中国空间站再🏼传来的好消息。　　当日，😻舟十五号航天员乘组，使用🦹‍♂️间站双光子显微镜进行成像试。他们用探头轻轻掠过脸⏪和前臂，一旁的电子屏幕上🔟即显示出皮肤结构及细胞的维分布影像。　　这不是显镜第一次在轨成像测试。今2月上旬，神舟十五号航天员乘组使用空间站双光子显微🌪️，开展在轨验证实验任务并得成功。这是目前已知的世👐首次在航天飞行过程中，使🥦双光子显微镜获取航天员皮表皮及真皮浅层的三维图像　　“如果能从这些图像中现空间环境中人体变化规律就更好了！”程和平捧着手与记者分享这些科学图像时。　　只有了解程和平团队年来经历的艰难曲折，才能会这些图像的来之不易。2013年，程和平带领团队开启微型化双光子显微镜研究时“全世界都不看好”。　　经10年，该团队完成了从科研仪器技术创新，到技术产化，再到技术服务平台化的🔩迁。他们将中国带到全球大成像研究的前沿，让微型化光子显微镜在中国的高校院、企业得到推广应用，为脑学研究搭建起重要实验平台提供了海量数据支持。　　和平希望，用微型化双光子🦥微镜拓展人类对脑宇宙的认👩‍🚒疆域，为探索脑机接口原理🐏深化对大脑疾病机制的了解推进药物研发开辟一片新天。　　一束光的启迪　　意的生物学基础是什么，记忆如何存储和恢复的……在世⏩各国的脑科学计划中，这些🥯题吸引着全球科学家们不断-下求索。　　在2021年国际权威学术期刊《科学》发的125个最前沿的科学问题中，有22个问题与脑科学相关。　　双光子显微镜的出，仿佛是照在生命科学研究域的一束光。　　1992年，程和平用世界上第二台双♈子显微镜，首次实现了心肌👩‍🦯粒体成像。　　“双光子显镜，是用两个光子同时激发一个荧光分子的光学成像技。它具有天然的光学断层扫效果，能看到的组织深度更，成像的清晰度更高，像一高性能的X光机。”程和平说，与单光子显微镜相比，双子显微镜看得准、看得深、损伤小。但传统的台式双光🐖显微镜非常笨重，足有房间么大，所以只能观察头部固的动物或者动物的脑切片。　研究一款微型化双光子显镜，观察自由行走的小动物袋中的一颗颗神经元的动态化，成为程和平藏在心底的个梦想。　　一个梦想的点，有时只需一个使命的召唤　　2013年，国家自然科学基金委员会启动了国家重🍰科研仪器研制项目。程和平队申请了“超高时空分辨微化双光子在体显微成像系统项目。　　那一年，美国启“创新性神经技术推动的脑划”，欧盟启动了旨在建立型脑科学研究数据库和脑功🪒计算机模拟平台的“人脑计”。　　而此前，我国在《🎬家中长期科学和技术发展规📻纲要(2006—2020年)》中，已把“脑科学与认知”列入基础研究8个科学前沿问题之一。　　“中国科学只有用自己研发的观测仪器做出原创性的脑科学成果，🚥际科学界才会认可。我们希研制一款成像仪，率先让中🙅‍♂️科学家用起来。用国外的仪💏做研究，都是在别人建设的梁八柱上做文章。”程和平使命必达的决心来筹备项目启动。　　一场跨越山海的索　　想实现双光子显微镜自由活动的动物体上的高清像，必须为它“瘦身”。　然而，极大的技术难度，让队一度面临质疑。程和平向技日报记者坦言，7200万元的投入“相当于一吨百元钞”，究竟能不能收获一个🚣得见的未来，大家当时心里忐忑。“那时世界多国尝试型化双光子显微镜的研制，都没有实质性突破，尝试十次都无疾而终。”他说。　程和平所言非虚。2008年，瑞士有课题组公布了他们微型双光子系统，仅重0.9克，并实现了大鼠在体钙成📡信号。但其空间分辨率极低🚀也未实现真正的自由运动下成像。　　2009年，德国有课题组展示了它们的微型光子系统，其理论分辨率接大型的双光子显微镜。但其🌘头较重，扫描速度很慢。　程和平身后，有一支不同寻的团队，团队中有人研究超👨‍👧‍👧激光器，有人专攻高速电路🔍有人擅长图像处理，有人能大数据分析……然而，研究步阶段，团队中无人具备研🐣系统性科研设备的经验，技☝️路线也不确定。　　“怎么？只有一点点地认真做。”和平给团队立下军令状。　在项目开始的前两年，大家分夺秒地汲取多学科的营养📷在北京大学分子医学研究所300平方米的大仪器联合实验室里，来自机械、光学、生、电路等研究领域的师生汇在一起，交流切磋。每周六⏬午的集体学习，大家分享一行业动态，介绍各自研究进📚。同时，大量的国内外顶尖家被邀请来作报告。　　引🎰来的同时，团队也频频走出。仅2014年，他们就涉足美国、俄罗斯、澳大利亚、班牙。每去一个地方，大家👩🏾‍🤝‍👨🏿会在当天晚上写好总结，发团队共同学习。　　一场持十年的攻关　　2017年，团队终于迎来了振奋人心的🌥️展。　　在如今北京大学膜物学国家重点实验室设备研平台内，一个只有拇指大小⛸️重约2.2克的显微镜探头，被珍藏在实验室深处——这团队于2017年成功研制的第一台微型化双光子显微镜核心部件。　　这台显微镜以实现高时空分辨微型化成🥝，能实时记录数十个神经元-上千个神经突触动态信号。🦉些突破性的进展，使其入选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镜的2.0版本，其成像视野扩大到初代显🥏镜的7.8倍，同时具备三维成像能力，获取了小鼠在自运动行为中大脑三维区域内✨千个神经元清晰稳定的动态能图像。　　今年2月，团队又发布了他们研制的微型化光子显微镜。该显微镜能直🕰️透过大脑皮层和胼胝体，首👨‍👧‍👧实现对自由行为中小鼠的大全皮层和海马神经元功能成💄，神经元钙信号最大成像深👺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，微型化双光子显微镜完成了从高清🌯像，向更广、更深成像的科布局。然而，这在研制一款大国重器”的探索之旅中，-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“破土”时📲一个声音再次在程和平脑海回响，“如果投入‘一吨百大钞’，只是交付3台显微镜，性价比太低了。应该先让国科研院所、企业的实验室⏸️起来，做出领先国际的研究再向国际市场推广。”　　🧝‍♀️程和平下定决心办公司的，有3年来培养起来的一支团队。“国家投入这么大，让我长了一身本事，项目结题后🍓果团队散了就太可惜了。”📛和平说。　　办公司让研究👷果产品化，成为程和平团队共识。2016年，程和平团队创立了北京超维景生物科🧆有限公司(以下简称超维景)。　　一个新时代开启了。　一场自立自强的产业突围　当科学技术的光芒照进产，不仅砥砺技术创新的成色也可以点亮一片“暗夜”。💞将高端精密科研仪器产品化元器件的可靠性、稳定性必过硬。　　微型物镜，是微化双光子显微镜的关键核心🤧部件。团队核心成员、北京▫️学未来技术学院特聘副研究吴润龙记得，最初做原理样时，团队从国外一家公司进☁️微型物镜。　　但当团队进显微镜产品化阶段后，对方发展战略也发生变化。“对🍩要求我们购买他们合作伙伴单光子显微镜系统，物镜不单独售卖，而这个系统的价要100多万元。代价太大，我们不能被‘卡脖子’。”😔润龙说，自此，团队开始自设计高数值孔径的微型物镜并联合国内企业加工，在超景进行装配和测试。　　自者强。2018年，赵春竹到北京大学未来技术学院做博⚖️后研究，为助力物镜的自主发按下了快进键。　　“经三代技术攻关，我们已经掌了高端物镜的设计技术。但🏐自主设计、加工的基础上，要形成高精度自主装配的流和方法。微型物镜由多个镜叠加而成，每片直径约3毫米，最初我们将所有的镜片一装配完后，统一调试，但发精度相差太大。后来，我们化了装调工艺，每安装一片片，都用仪器检测光轴偏移、焦距等参数。由于物镜直太小，一开始，调整几微米误差，都要耗时一两天。”春竹回忆，最艰难的时候，家几乎绝望。但抱着不破楼终不还的信念，大家几微米微米地死磕，想办法迭代技，最终攻克了高端微型物镜配技术。　　光纤是显微镜型化的另一个瓶颈。团队成、北大电子学院副教授王爱设计了一款蜂窝状的空芯光带隙光纤，让激光通过光纤🥫输到微型化探头的过程中，冲不发生畸变、能量几乎不🎽耗，以有效激发小动物体内荧光分子。　　但让王爱民🟦手不及的是，设计方案有了国内却没有厂家能生产这种💁‍♀️纤。“我们最初找了一家外👩🏽‍🤝‍👨🏼公司订制。但一年后，这家司提出翻番的价格，每米光☯️的价格接近万元，仅光纤的🏌️‍♀️本就增加了几百万元。”他忆说，团队被“逼上梁山”转而联袂上海光机所的一位年学者一起摸索加工工艺，行国产化。　　在北京大学来技术学院教授陈良怡看来科研仪器国产化过程中的突🌦️，也将带动应用基础研究与业发展“双向奔赴”。　　🏋️‍♂️我们的论文发表后，很多技被公开了，但很多人做重复验时无法再现，是因为加工有很多细节问题难以解决，些细节在学术论文中也难以现。”陈良怡说，如果想将款显微镜尽快用起来，就要🗨️科研成果产品化，带动产业发展。而产品化的过程，也使他们思考，如何用成像技📒推动神经科学、脑科学乃至个生命科学基础研究的发展🛶　　目前，超维景研制的微化双光子显微镜已服务了150余家国内实验室，年平均销售额达5000万元。今年，公司还将拓展国际市场。　一项世界首创的应用　　10年前项目启动时，程和平抱📜“从幼儿园开始读一个博士位”的心态，研制微型化双💂‍♂️子显微镜。　　时光浩荡向，多年的厉兵秣马是否能支国家重大战略需求？团队将卷写进宇宙苍穹。　　2019年，在中国载人航天工程办公室大力支持下，程和平团、中国航天员科研训练中心👯‍♀️英贤团队、北京航空航天大🩰冯丽爽团队联合相关企业及’所，组建了空间站双光子显镜项目团队，由程和平担任😌负责人。　　“中国要发展🛰️人航天、要研究生命科学，空是一个难得的实验室。在⛔重环境下，人体细胞是如何成新陈代谢的，大脑的神经又将发生什么变化，都是很☪️的研究课题。双光子显微镜像深度深，可以帮助我们逐🏝️扫描、分析航天员的细胞结和代谢成分信息。”程和平’。　　2022年9月，空间站双光子显微镜研制成功。年11月12日，空间站双光子显微镜搭乘天舟五号货运🐾船成功运抵中国空间站，成世界首台进入太空的双光子微镜。　　今年2月上旬的一天，空间站双光子显微镜终开机。坐在中国航天员科研练中心看到航天员操作画面回，程和平松了一口气：“于成功了。”　　消息传来整个团队沸腾了。“这辈子🔘做这么一件事情，值了！”爱民至今回忆起来仍激动不。　　鲜为人知的是，为了🧖‍♀️到航天应用的标准，显微镜🏴󠁧󠁢󠁳󠁣󠁴󠁿历了一次次蜕变。　　精密显微镜，要能承受飞船发射的剧烈振动，这要求它足够振。“最初，激光器的核心件被振得粉碎。”北京大学😇来技术学院助理研究员王俊记得，为了让显微镜“强健骨”，他们将激光器的核心件设计为固态结构，以增强光器的机械强度，同时在激器外部增加了减震装置，相于给其上了一层保险。　　维景的团队也参与进来。超景超快激光事业部经理陈燕介绍，他们将激光器核心部置于-40℃至80℃的温度下循环试验，使部件在短期反复承受极端高低温变化应以及极端温度交替突变的影，以排查隐患。为了确保万👱‍♂️一失，团队还制作多组关键🧞‍♂️件样品，进行加量级、破坏的振动冲击试验，保证显微能满足航天发射环境各种极条件的挑战。　　最终，团实现了多项突破：首次在轨🍮证实验实现了世界上首次双子显微镜在轨正常运行，国🎹首次实现飞秒激光器在轨正🎳运行，国际上首次在轨、在☦️观测航天员细胞结构和代谢分信息。　　一个梦想的启　　从突破理论研究瓶颈，试水产业蓝海，再到支撑国重大战略需求，程和平团队科技创新的底色写在从技术新到产业应用的跃迁中。如🛴，一个更宏大的构想正在渐舒展。　　在南京江北新区成立近4年的北大分子医学南京转化研究院(以下简称转化院)，已搭建起高端脑成像的公共技术服务平台“南京脑🙋‍♂️象台”。后者可以提供微型🤞双光子显微镜、超灵敏结构超分辨显微镜及高速三维扫荧光成像系统等设备，帮助🥬研团队获得从大脑突触、神元集群、神经环路，再到全水平的全景式脑功能成像。　科研团队的身后，还有一⚰️人与他们并肩作战。　　几🚦每天，实验员陈雪莉都要为鼠注入观测所需的荧光蛋白🤼‍♀️对小鼠进行行为训练。　　😄她为小鼠戴上显微镜探头后一旁的屏幕上会立即呈现出鼠大脑的钙活动影像。　　脑观象台有一支技术团队。于遴选通过的研究项目，技团队会与科研团队一起制订验计划，为学者们制备、训♈小鼠，采集小鼠的脑活动成〰️数据，再将小鼠的行为学数和脑活动数据匹配，供科研♓员分析小鼠在表现出某种行⬇️时，大脑发生了什么变化。转化院副院长赵婷解释，脑象台希望将学者们从繁琐高的实验技术细节中解放出来加速从理论设想到实验发现🌸进程。　　凭借南京脑观象成像技术的支持，科学家们🤼‍♂️经开始收获惊喜、成果迭出🧜‍♂️小鼠有喜新厌旧的行为，而独症小鼠却存在这一行为缺；清醒状态下小鼠癫痫发作，神经元异常放电……　　婷介绍，如今，脑观象台已服务了100多家单位的180余个课题组，开机时间累计超过2万小时。脑观象台与江北新区联合发起的两期“探计划”，也已累计支持48项课题研究。　　十年春华秋。一颗在未名湖畔种下的种，如今正在千里之外的扬子畔落地生根、开枝散叶，荫全国的脑科学、神经科学等域的研究。　　40多年前，少年程和平曾在他的笔记本写下带有科幻色彩的理想—🍅“做一款思维记录器”。　跨越万水千山，如今，理想进现实，中国脑科学研究风正茂。【编辑:陈文韬】

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