科研需求一鍵響應，公共平臺高效構建（下）
————專訪浙江大學醫學院公共技術平臺執行副主任方三華
【化工儀器網 人物訪談】2024年7月9日-11日，第十四屆中國生命科學公共平臺管理與技術發展研討會以“加強生命科學儀器自主創新，推進高水平實驗技術隊伍建設，提升公共平臺智能化管理水平，賦能新質生產力發展”為主題，邀請了高校、科研院所的設備處領導、公共技術服務平臺負責人、技術骨干、專家學者以及國產儀器代表和儀器行業專家等七百余人參加了本次盛會。
在此次第十四屆中國生命科學公共平臺管理與技術發展研討會現場，化工儀器網有幸在現場采訪到了浙江大學醫學院公共技術平臺執行副主任方三華老師。接下來，讓我們一起走進方老師的精彩分享。
化工儀器網：那回到我們最開始一個問題，在本次生命科學研討會現場，您也做了一個關于光學顯微鏡發展以及成像平臺的管理與實踐課題，在您看來，我們顯微鏡這塊目前還有著怎樣的突破及技術成果轉換呢？
方三華老師：我其實也是顯微成像平臺的負責人，這幾年主要負責了光學顯微成像平臺的建設，其中包括我們儀器的采購和人員配置。
光學顯微成像是生命科學領域中非常重要的工具之一，光學顯微成像和電子顯微成像各有千秋。光學顯微成像對生命樣本，特別是活細胞的干擾最小，這使得它非常適合用于觀察活細胞中的動態過程。此外，隨著技術的發展，如轉基因技術和熒光蛋白、小分子染料的出現，光學顯微成像還具備了特異性標記蛋白質或核酸的能力，這為我們的研究提供了更多的可能性。
相比之下，電子顯微鏡的最大優勢在于其極高的分辨率，能夠揭示樣本的超微結構，甚至達到納米級。然而，電子顯微鏡對樣本的要求非常嚴格，通常需要固定的樣本，因此無法用于觀察活細胞中超微結構的動態變化。
那么前面講了光學顯微鏡的很多優勢，但它其實也有幾方面的缺點。第一個方面，由于光的衍射極限的問題，一般的光學顯微鏡，包括激光共聚焦顯微鏡，他們的分辨率都是有限的，也就是說，它在xy軸上的分辨率最大就是2-250納米，在z軸上的分辨率最大也只有500-700納米，但我們的生物細胞中很多結構小于200納米。
例如一些細胞器的細胞線粒體的內膜、外膜等內質網超微結構，都是小于200納米的，按照以往來說，我們只能根據電子顯微鏡來獲得細胞器的超微結構，但電子顯微鏡無法實現活細胞中超微結構的動態變化。
為了突破這一限制，科學家們發明了超高分辨顯微鏡技術，并在2014年獲得了諾貝爾化學獎。目前，超高分辨顯微鏡主要有三種類型：受激發射損耗超高分辨顯微鏡(STED)、隨機光選照射超高分辨顯微鏡(STORM)和結構光照明超高分辨顯微鏡(SIM)。
這三種顯微鏡各有優勢，比如STORM的分辨率極高，但時間分辨率較低，不適合用于活細胞成像；SIM則能兼容多種熒光蛋白和有機染料，光毒性較小，適合活細胞成像，但其分辨率略低于顏色極限的一半。而STED則介于兩者之間，分辨率較高且可用于活細胞成像，但光毒性較大。
雖然目前已經存在這三種超高分辨顯微鏡，但仍然不夠解決一些目前存在的科學問題。我認為光學顯微成像技術需要在以下幾個方面實現突破：第一，分辨率要進一步提升，最好能達到30納米以下，這樣才能更清晰地觀察細胞的超微結構。第二，這項技術必須能夠應用于活細胞，以捕捉生命過程的動態變化。同時，成像速度也要大幅提升，因為生命現象往往是快速且復雜的。
第三，我們還要考慮如何將這項技術擴展到組織、器官乃至整體生物體的成像上，以滿足更廣泛的科研需求。為了滿足不同尺度的成像需求，我們平臺還購置了雙光子顯微鏡和大體光片顯微鏡，用于組織和器官的成像。
第四，在高通量成像方面，我們配備了高內涵成像系統和虛擬切片掃描系統，以滿足藥物篩選等大規模實驗的需求。第五個方面，腦科學是當前科學研究的熱點之一，它要求我們在活動狀態下觀察大腦內部的變化，為此，我們平臺購置了自由活動狀態下的腦成像系統，以及北大程和平院士團隊研發的可穿戴式雙光子顯微鏡。這些技術使我們能夠在小鼠等動物模型上，實時觀察大腦神經元的活動情況，為揭示大腦工作機制提供有力支持。
化工儀器網：對于本次研討會以及未來的論壇，您有哪些期待和建議呢？
方三華老師：我們生命科學公共平臺管理與技術發展研討會從無到有，從弱到強，每一步都走得非常不容易。特別是去年在北京舉辦后，研討會的規模迅速擴大，今年在杭州更是吸引了近600位老師參與，這充分說明了大家對公共平臺共享管理模式的認可和支持。這既是我們平臺多年努力的成果，也是大家共同努力的結果。
對于明年的論壇，我有幾個方面的期待和建議。目前我們的分論壇設置主要是按照技術類別來劃分的，比如說光學顯微成像技術、冷凍電鏡技術、核磁技術等。我希望我們能夠設立一個交叉技術的分論壇，專門分享各種技術之間的交叉應用和創新。這不僅可以促進生命科學內部的技術融合，還可以引入工科、光電等其他領域的技術，共同解決尖端科學問題。
其次，我希望我們能夠吸引更多的科研人員參與進來。目前我們的會議主要參與者是平臺老師和實驗中心老師，但實際上，很多科研人員在設計和開展課題時也非常需要技術支持。因此，我建議我們可以采取一些措施，比如設置專門的交流環節或工作坊，讓科研人員和技術人員有更多面對面交流的機會，這樣既能提升科研效率，也能促進技術的落地應用，從而達到互融互通，合作共贏。
化工儀器網：非常感謝方老師的精彩分享和寶貴建議。
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