【化工儀器網 人物訪談】
 

華南理工大學龔湘君教授
 

　　三維觀測，更全面認識微觀世界
 

　　與傳統的光學顯微鏡相比，三維光學顯微鏡利用計算機圖形學、圖像處理和虛擬現實等技術，將復雜的數據轉化為直觀的三維圖像，這些經過重建的圖像具有空間立體感，能夠從多角度，多方位地進行觀測。隨著科技的不斷發展，三維可視化技術表現出了巨大的應用潛力。
 

　　華南理工大學材料科學與工程學院龔湘君教授2005年本科畢業于中國科技大學物理系，2011年博士畢業于香港中文大學物理系，2014年到2017年任華南理工大學副教授，2017年至今任華南理工大學教授。先后主持有三項國家自然科學基金，并參與一項國家自然科學基金重點基金。發表SCI論文40余篇。龔湘君一直致力于研究基于光學、電磁學的顯微技術用于研究顆粒、微生物、生物分子在材料界面附近的動態行為和物理化學現象。
 

　　基于光的干涉原理，結合全新的軟硬件設計，龔湘君及其團隊在國際上率先成功研制了基于全息的非標記三維動態光學顯微鏡(Digital holographic microscopy，簡稱DHM)。DHM是數字全息技術在顯微領域的應用，也被稱為全息顯微術。與其他顯微技術相比，數字全息顯微鏡并不直接記錄被觀測物體的圖像，而是記錄含有被觀測物體波前信息的全息圖，再通過計算機對所記錄的全息圖進行數值重建來得到被測物體的相位和振幅(光強)信息，進而完成數字三維重構。
 

　　高精度高通量非標記，三維動態光學顯微鏡
 

　　DHM可對尺寸范圍在50 nm至500 μm諸如顆粒、微納氣泡、微生物及細胞的三維動態行為進行非標記的連續表征，具有對檢測對象無損、三維、高精度、大景深及動態觀測的特點，該技術已廣泛應用于海洋防污效果評價、生殖醫學中精子質量評估、抗菌機理研究、微納氣泡和藥物顆粒行為和性質、生物醫學中免疫細胞三維追蹤與相互作用、跨膜脂質體藥物顆粒、眼科材料設計與評估等領域，還可應用于輔助生殖、畜牧業育種、類器官與藥物研發、臨床醫學檢測、半導體表面和薄膜材料表征、水處理與檢測等領域。針對不同應用場景，龔湘君還研發了商用顯微鏡兼容型、離軸式透射、離軸式反射以及便攜式等多款DHM機型。
 

　　針對DHM的應用，龔湘君先后在《Optics Express》《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》《Langmuir》等期刊發表了Method for 3D tracking behaviors of interplaying bacteria individuals、Microscale topographic surfaces modulate three-dimensional migration of human spermatozoa、Three-Dimensional Bacterial Motions near a Surface Investigated by Digital Holographic Microscopy: Effect of Surface Stiffness、Alternating electric fields induce a period-dependent motion of Escherichia coli in three-dimension near a conductive surface等系列成果。
 

　　致力新算法新思路，為行業發展提供更寬廣未來
 

　　長期以來，我國高端科學儀器依賴進口，核心技術和設備受制于人，已嚴重制約我國科技的自主創新。為此，我國儀器儀表事業的創始人之一朱良漪先生很早就指出：在分析技術領域，有些邊緣技術可以實行“拿來主義”，但核心技術一定要自主創新。“朱良漪青年創新獎”的設立，便是為了激勵在分析儀器或相關關鍵零部件研究開發工作中取得重要創新成果的青年科技工作者。
 

　　作為ACAIC 2023“朱良漪青年創新獎”的獲得者之一，龔湘君在采訪中表達了對國產科學儀器未來的期待。龔湘君表示：“由于疫情的原因，已經有很長一段時間沒有參加這樣大規模的學術會議。這一次在ACAIC 2023與大家交流，我最大的感受就是驚喜，因為我看到我們分析儀器發展得越來越好，品類也越來越豐富。無論是像質譜色譜這樣的適用范圍非常廣泛的重磅型儀器，還是像體外診斷或者生物應用這種相對使用范圍比較小的儀器，我們都已經有了自主研發的國產儀器。這是非常棒的事情。”
 

　　在問到未來發展時，龔湘君說道：“我和我的團隊所做的項目，其實是多學科交叉應用的體現。在光學顯微鏡領域，數字全息顯微鏡不僅要解決分辨率的問題，而且還要實現高通量和快速成像問題。這不僅是我們團隊所面臨的困難，也是整個行業所必須面對的難題。如果能夠在維持高分辨率的前提下，做出更大的通量，這對整個生物醫學成像、體外診斷以及材料表界面表征等領域，都是具有重大意義的。所以我和我的團隊，未來會繼續在數字全息顯微鏡領域深耕，并尋求新的算法和思路，為相關行業更好的發展而努力。”
 

　　朱良漪分析儀器創新獎
 

　　“朱良漪分析儀器創新獎”是由中國儀器儀表學會設置、分析儀器分會承辦執行的獎項，共設有三個子獎項，包括“創新成果獎”“青年創新獎”和“應用創新獎”。龔湘君憑借申報的“基于數字全息的非標記三維動態光學顯微鏡”項目榮獲2023年“朱良漪分析儀器創新獎”之“青年創新獎”。該技術的創新點在于將微粒的動態表征轉化為識別其三維光場中的特征分布，并開發了分維度定位算法，從而實現了復雜場景中多類微粒的高精度、高通量、連續、非標記的三維動態表征。