細(xì)胞是一切生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，一切生命現(xiàn)象的奧秘都要從細(xì)胞中尋求解答。近些年來(lái)，對(duì)活體狀態(tài)下的生命活動(dòng)進(jìn)行細(xì)胞、亞細(xì)胞水平的觀察與探測(cè)已經(jīng)成為生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究及藥物開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的重要研究手段之一。為了能夠更好地觀察到細(xì)胞中分子水平的生命現(xiàn)象，浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院研究員郭敏就投身到這一領(lǐng)域，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十多年的深耕探索。

俗話說(shuō)：“工欲善其事，必先利其器。”在郭敏看來(lái)，光學(xué)顯微成像技術(shù)便是人們探索生命奧秘的得力武器。經(jīng)年累月在科研領(lǐng)域不懈開(kāi)拓，他從顯微成像機(jī)理出發(fā)，提出新的理論和方法，通過(guò)新型硬件和算法設(shè)計(jì)，不斷打造更為先進(jìn)的“尖兵利器”，實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)觀察及生命機(jī)理闡釋，取得了一系列系統(tǒng)而連貫的創(chuàng)新成果，在國(guó)際生命科學(xué)領(lǐng)域留下了一名中國(guó)科研工作者的創(chuàng)新足跡。

科研筑夢(mèng)——緣分使然的光學(xué)之旅

“我個(gè)人覺(jué)得我跟光學(xué)這一領(lǐng)域還是比較有緣分的?！惫粽f(shuō)。自中學(xué)時(shí)代起，他就擁有一個(gè)“逐夢(mèng)光學(xué)”的理想。以夢(mèng)為馬，郭敏勤奮學(xué)習(xí)，最終于2007年以優(yōu)異的成績(jī)考入長(zhǎng)春理工大學(xué)光電工程學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)，在這里踏上了自己追光的旅程。

長(zhǎng)春理工大學(xué)原名長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械學(xué)院，1958年由中國(guó)科學(xué)院創(chuàng)辦，是新中國(guó)第一所培養(yǎng)光學(xué)?？迫瞬诺母叩仍盒！４髮W(xué)二年級(jí)時(shí)，學(xué)校為了集中優(yōu)勢(shì)培養(yǎng)相關(guān)光學(xué)人才，成立了“王大珩科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班”，郭敏有幸被選入其中。而正是在這段時(shí)間，郭敏打開(kāi)了光學(xué)應(yīng)用的大門。在導(dǎo)師的引領(lǐng)下，他開(kāi)始將光學(xué)知識(shí)與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相結(jié)合，并堅(jiān)定了在這一領(lǐng)域施展科研抱負(fù)的決心。

科研探索永無(wú)止境。為了學(xué)習(xí)更多相關(guān)領(lǐng)域的先進(jìn)科研知識(shí)，本科畢業(yè)后，郭敏順利進(jìn)入浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院，進(jìn)行測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)的碩博連讀。在這一階段，郭敏將研究與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域結(jié)合得更為緊密，在腫瘤的伽馬光子成像中進(jìn)行了一系列算法探索。這期間，他還得到前往美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)學(xué)影像與生物工程所進(jìn)行交流訪問(wèn)的機(jī)會(huì)。在那里，他接觸到了光片顯微成像及圖像分析技術(shù)，和研究團(tuán)隊(duì)成員共同搭建了首臺(tái)高數(shù)值孔徑的雙視角非對(duì)稱光片顯微系統(tǒng)，研制了熒光偏振成像的新型光片顯微系統(tǒng)，提出了線蟲(chóng)胚胎圖像的數(shù)字化拉直理論和算法，為今后進(jìn)行成像系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

學(xué)也無(wú)涯而知也無(wú)涯。博士期間，郭敏在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)學(xué)影像與生物工程所做的研究工作，受到了導(dǎo)師的極大青睞。為了讓自己的研究工作更有延續(xù)性，他決心再次前往那里從事博士后研究。在這一階段，他并沒(méi)有松懈對(duì)自己的要求，專心致力于高超分辨熒光顯微成像和顯微圖像快速處理技術(shù)的前沿探索，研制了首臺(tái)結(jié)構(gòu)光照明全內(nèi)反射瞬時(shí)超分辨顯微鏡，能夠?qū)铙w生物樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)超分辨、高對(duì)比度成像，在光學(xué)成像于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用中，取得了一系列成果。在多年的海內(nèi)外科研錘煉中，郭敏的科研水平有了大幅度提升。

科研開(kāi)拓——扎根活體生物樣品成像研究

人體是一個(gè)鮮活的生命體。與傳統(tǒng)的研究方法相比，活體成像可以非侵入式、直觀地觀測(cè)活體體內(nèi)腫瘤的生長(zhǎng)、轉(zhuǎn)移、疾病的發(fā)展過(guò)程、基因的表達(dá)變化等生物學(xué)過(guò)程，對(duì)于后續(xù)疾病的治療起著關(guān)鍵作用。在美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)學(xué)影像與生物工程所工作期間，郭敏就對(duì)這一領(lǐng)域的問(wèn)題極為關(guān)注。如何將光學(xué)成像與活體生物樣品成像相結(jié)合？對(duì)此他開(kāi)展了一系列探索。

郭敏注意到：近些年來(lái)，隨著物理學(xué)、材料化學(xué)、電子科學(xué)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的發(fā)展，熒光顯微技術(shù)也有了日新月異的發(fā)展，在活體細(xì)胞的胞膜代謝活動(dòng)研究中展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。然而，其成像的分辨率依然受到衍射極限的限制，難以解析更加精細(xì)的生物結(jié)構(gòu)；而且，成像的速度也難以追蹤到高度動(dòng)態(tài)的生命活動(dòng)信息。如果通過(guò)相關(guān)技術(shù)提升熒光顯微鏡的成像技術(shù)，是否就能夠?qū)⑵涓玫刈饔糜诨铙w生物樣品成像呢？

為了攻克這一問(wèn)題，郭敏作為主要完成人開(kāi)始了漫漫科研攻關(guān)之路。功夫不負(fù)有心人，他和研究團(tuán)隊(duì)最終成功研發(fā)了結(jié)構(gòu)光照明的全內(nèi)反射瞬時(shí)超分辨成像技術(shù)，能夠在不損傷活體樣品的情況下，以100Hz的超速度進(jìn)行實(shí)時(shí)超分辨、高對(duì)比度成像，是當(dāng)時(shí)同類顯微鏡速度的約50倍，大大提升了生物醫(yī)學(xué)成像效率，為進(jìn)一步進(jìn)行生命科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)一直在不斷發(fā)展中，而郭敏所做的研究工作始終緊跟研究領(lǐng)域前沿。

近些年來(lái)，偏振成像技術(shù)作為一種新型的光學(xué)成像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)抑制背景噪聲、提高探測(cè)距離、獲取目標(biāo)細(xì)節(jié)特征和識(shí)別偽裝目標(biāo)等功能。通過(guò)對(duì)熒光的偏振進(jìn)行檢測(cè)和成像，科學(xué)家可以獲取靶向蛋白的結(jié)構(gòu)取向和熒光能量共振轉(zhuǎn)移等生命活動(dòng)相關(guān)信息。然而當(dāng)前的偏振成像技術(shù)卻很少應(yīng)用在活體樣品的三維成像上。

為了拓寬偏振成像技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，郭敏和研究團(tuán)隊(duì)共同研發(fā)出了七維成像技術(shù)（三維空間+三維取向+時(shí)間），首次實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞和組織在高維復(fù)合空間的結(jié)構(gòu)和取向的重構(gòu)，并將其應(yīng)用于對(duì)動(dòng)、植物細(xì)胞和組織的高時(shí)空分辨率成像。隨著這一研究成果的問(wèn)世，未來(lái)科學(xué)家可以利用相關(guān)技術(shù)，觀測(cè)到更加深層次的生命信息，并將其造福于相關(guān)疾病的治療。

科學(xué)研究是一場(chǎng)耐力賽。每一項(xiàng)科研工作，都由無(wú)數(shù)的節(jié)點(diǎn)組成，只要其中的一個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有做好，很可能就會(huì)影響最終的結(jié)果。在郭敏的科研之路上，他也遇到過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)難以攻克的科研節(jié)點(diǎn)，但在這一過(guò)程中，他卻從未想過(guò)放棄。多年來(lái)，他正是靠著這種持之以恒、攻堅(jiān)克難的精神，在研究領(lǐng)域取得了一系列成績(jī)——所研發(fā)的新型顯微鏡和圖像處理技術(shù)在短時(shí)間內(nèi)就已被超過(guò)20家科研機(jī)構(gòu)/實(shí)驗(yàn)室采用，作為主要成像或圖像處理手段用于生物醫(yī)學(xué)研究，進(jìn)一步產(chǎn)生的相關(guān)成果發(fā)表在《自然》《科學(xué)》等期刊上，并獲得2020年度顯微技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)等榮譽(yù)。

不忘初心——將研究落地生根

在海外多年，郭敏在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域所做的研究工作受到了領(lǐng)域內(nèi)學(xué)者的極大認(rèn)可，這些成績(jī)也讓他在國(guó)內(nèi)外學(xué)界同仁中逐漸嶄露頭角。但走得再遠(yuǎn)，他也未曾忘記為什么出發(fā)。在郭敏的心底里，科研報(bào)國(guó)的信念始終如一。2022年9月，暌違祖國(guó)多年的他最終回到了故土，到浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院繼續(xù)自己的科研逐夢(mèng)旅程。在他看來(lái)，現(xiàn)如今我國(guó)生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的研究土壤愈加肥沃，在這里他可以繼續(xù)開(kāi)拓創(chuàng)新，用自己所學(xué)造福于祖國(guó)的生物醫(yī)學(xué)事業(yè)。

回國(guó)后，郭敏的科研工作一直在有序的開(kāi)展中。在積極組建科研團(tuán)隊(duì)的同時(shí)，他也基于自己之前在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，對(duì)研究方向進(jìn)行了相應(yīng)的拓展。這一次，他將研究的關(guān)注點(diǎn)放在了大腦的神經(jīng)科學(xué)與腦科學(xué)研究上。

郭敏介紹說(shuō)，在人類的大腦中，有約860億個(gè)神經(jīng)元，在大腦里面通過(guò)神經(jīng)突觸的連接形成神經(jīng)環(huán)路，執(zhí)行各種神經(jīng)功能。但是大腦到底是如何從最初的單個(gè)細(xì)胞分化并形成系統(tǒng)性的神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)的，仍然是科學(xué)界的未解之謎。而先進(jìn)的觀測(cè)工具，或者說(shuō)成像技術(shù)，也成為解開(kāi)這一謎團(tuán)的核心需求。

在這一背景下，針對(duì)光學(xué)成像領(lǐng)域在像差、速度、光損傷方面所面臨的挑戰(zhàn)和不足，郭敏將和團(tuán)隊(duì)成員共同開(kāi)發(fā)適于胚胎等活體大生物樣品的高分辨率顯微成像的方法和技術(shù)，為神經(jīng)結(jié)構(gòu)的建立和功能形成的研究，探索快速、大尺度、低損傷的成像解決方案，為觀察小動(dòng)物胚胎和神經(jīng)發(fā)育提供更加堅(jiān)實(shí)的科學(xué)支撐。

科研之路任重而道遠(yuǎn)，郭敏深知自己未來(lái)需要做的還有很多?！敖窈笪业难芯抗ぷ鲗⒁獜膬煞矫嬲归_(kāi)。在技術(shù)層面，我希望團(tuán)隊(duì)能夠通過(guò)研究提高醫(yī)學(xué)成像的觀測(cè)精度和維度；在應(yīng)用層面，我希望能夠結(jié)合浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院及生命科學(xué)院的需求，將我們開(kāi)發(fā)的生物醫(yī)學(xué)成像儀器進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使研究真正落地生根?！闭勂鹞磥?lái)的規(guī)劃，郭敏信心滿滿。科