李浩宇：突破超分辨显微成像的探索边界 | 光学青年

在视频号搜索“李浩宇哈工大”，里面是记录李浩宇教授上课、实验、成果的视频，他自己称之为“大脸猫的科研窝”，我们也从这一爱好揭开李浩宇教授亲切可爱的一面。在采访中，李浩宇教授表示，做视频不仅让他在科研之余感到放松，也是他致力于显微成像科普的一种途径，还能够向自己的学生、合作者解释研究的具体方向和内容。他谦虚道：“我自认为授课经验还不足，希望通过这种方式检视自己，让学生们也自由发挥，这样或许就与较为枯燥的专业课程交融，达到更好的教学效果。因为每一节课上坐在教室里的不只是同学们，还有一个十五年前的自己，怀着对一个好老师的全部期待。”

 我的主要研究方向是面向生命活体、活细胞的超分辨光学显微快速成像技术。光学显微成像的研究具有悠久的历史，这项技术的应用领域也非常广泛，但在很长一段时间，由于衍射极限的限制，光学显微成像技术的分辨率瓶颈都未能实现突破。直至1994年，Stefan Hell首次提出了受激发射损耗超分辨成像的构想。在科学家们的努力下，多种超分辨显微成像技术才逐渐趋于成熟，超分辨率荧光显微技术更于2014年被授予诺贝尔化学奖。

来自科学界的认可，让我对光学超分辨显微成像技术的研究更加坚信，这项技术有着广阔的发展前景。再加上，我一直将“做有用的技术”视为自己的理想和前进的方向，于是在爱尔兰都柏林大学博士毕业后，我决定开展超分辨显微技术的研究攻关。

2015年，国外学者已经在超分辨成像这一领域取得了很出色的成果，而我国学者在高端显微镜、超分辨显微镜领域的研发工作才刚起步。直到2017年，我第一次接触到了完全由我们中国学者——北京大学陈良怡教授、程和平院士团队研发的关于双光子微型化显微镜这项技术的重大成果。出于钦佩之情，我在2018年回国后，马上去北京大学拜访了陈良怡教授，并与他探讨了从数学计算角度提高超分辨显微成像技术的新想法。陈良怡教授对这一领域的研究有着独到的见解，我们在研究思路、方法上产生了热烈的交流讨论和思维碰撞，我的科研热情也得到了陈良怡教授、程和平院士的认可。很快，我们对初步理论开展了细致的实验验证，确认可行性之后，我和陈良怡教授团队的合作研究拉开了帷幕。

科研的征途不会总是一帆风顺，虽然我和陈良怡教授团队的合作有了乐观的进展，但在投稿时却遇到了问题。2020年，我们的稀疏解卷积工作第一次进入审稿阶段时，审稿人虽然认可了细胞成像结果的正确性，但却认为我们的研究理论、方法是完全错误的，这是一个矛盾的评审意见。在长达两年的时间里，我们每次都会撰写近200页的意见回复，来回答近百个审稿意见，内容包括对质疑者提到的实验验证的详细回答以及对应的计算方法解释，但是他们仍旧难以理解该工作的研究理论和方法的有效性，坚持拒稿。

在学校层面和一起学科平台的支持下，皇天不负有心人，我们的可验证的仿真程序终于被接受。在2022年4月1日，该研究成果以Sparse deconvolution improves the resolution of live-cell super-resolution fluorescence microscopy为题，以长文形式在《Nature Biotechnology》上发表，也得到了国内外学者们的一致认可。那时，我终于理解陈良怡教授说的话：“其实，我们这项工作目前很难被大家所理解，因此更需要更大的平台搜集、验证和经历国际知名学者们的质疑，才能真正完善我们的工作。”

经此“疑议”，我们在基于计算成像算法来提高超分辨显微成像的工作和方法更加完善，并提升了该研究的真实性和准确性。现在，也有很多研究者根据这项工作的思路，逐渐开展进一步的探索研究。近期，为了实现高通量和四维活细胞超分辨成像，我们团队提出采用自相关两步解卷积超分辨成像技术(Super-resolution imaging based on Auto-Correlation with TWo-step Deconvolution，SACD)，突破传统荧光涨落物理特性的超分辨成像技术(Super-resolution optical fluctuation imaging, SOFI) 高通量成像瓶颈的研究，成果以Enhanced detection of fluorescence fluctuations for high-throughput super-resolution imaging为题，于2023年9月1日在《Nature Photonics》上，作为封面文章正式发表。

封面文章

SOFI技术的发明者，德国乔治-奥古斯都-哥廷根大学教授J. Enderlein是该工作的审稿人之一。J. Enderlein表示：“在涨落分析之前进行预解卷积的想法很新颖，非常合理，因为这应该是消除虚假涨落的好方法”、“使用这种技术呈现的图像质量非常好”、“我认为所提出的方法会是更优的”。此外，奥克兰大学的David Baddeley教授在Nature Photonics的News&views栏目上做特邀评述报道我们的此项工作，评价该高通量超分辨成像技术“极有价值”。

后来，我和陈良怡教授关于“计算超分辨图像重建通用算法，稳定提升荧光显微镜两倍分辨率”的工作荣获了“2022年度中国光学十大进展（应用研究类）”提名，能获得这项荣誉让我感到非常自豪。

2022年中国光学十大进展颁奖典礼（左一为李浩宇教授）

我国在超分辨显微成像领域取得如此大的研究水平突破，并非一朝一夕之功。这些年，国内的研究团队在超分辨显微成像领域崭露头角，科研进展不仅多，而且非常有意义。例如清华大学戴琼海院士团队在2010年甚至更早就开展了关于计算成像的研究工作，并于2019年到2022年间，在Nature系列期刊发表了二十多项研究工作，这意味着我国在该领域的技术水平已经发生了翻天覆地的变化，并且在很多研究者的共同努力下，我国才达到了目前的国际先进水平。曾经对该领域的发展有过失望或者质疑的言论不攻自破，这也点燃了我继续深耕超分辨显微成像领域的斗志和希望。

在生命科学领域，很多科学问题需要对大范围的生命组织开展研究，而不能局限在少部分细胞上，因此就需要突破超分辨显微技术的通量限制，我们团队近期提出了“基于计算光学成像的新一代高通量三维动态超分辨率成像方法”，尽管突破了传统涨落超分辨成像技术在高通量方面限制，但也仍需大量的病理性实验进行进一步探索和研究，才能真正意义上实现其在医学领域的应用。因此，我们也将继续针对高通量的超分辨显微成像等技术进行深入探索，使其能够真正在医学上实现更大的应用价值。

除了在医学领域，显微成像技术在天文、遥感、自动驾驶和目标识别等领域也在被探索应用，在学术界和产业界引起了轰动，并得到了社会的广泛认可。基于这些工作的启发，我们课题组未来也将进一步拓展超分辨显微技术在超声、光声等成像领域的应用，助力相关领域的进一步发展。

我非常荣幸，能够在刘正君老师的推荐下加入《激光与光电子学进展》青编委团队。这本期刊对整个光学的前沿领域具有很好的促进作用，是一个高水平学术平台，而且这本期刊汇聚了国内最活跃的高水平学者团队，在青编委团队中，我得到了更多与光源显微成像的研究学者开展合作研究的机会；同时，我开办视频号的原因之一便是想向大众传播小领域的研究知识，并向自己的学生、合作者解释研究的具体方向和内容，而恰好在《激光与光电子学进展》平台上我能通过审稿、发表综述等活动得到更多的交流、学习和科普的机会。

5. 李浩宇, 曲丽颖, 华子杰, 王新伟, 赵唯淞, 刘俭. 基于深度学习的荧光显微成像技术及应用[J]. 激光与光电子学进展, 58(18) 2021. (特邀综述)