科研需求一鍵響應(yīng)，公共平臺高效構(gòu)建（下）
————專訪浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共技術(shù)平臺執(zhí)行副主任方三華
【化工儀器網(wǎng) 人物訪談】2024年7月9日-11日，第十四屆中國生命科學(xué)公共平臺管理與技術(shù)發(fā)展研討會以“加強生命科學(xué)儀器自主創(chuàng)新，推進高水平實驗技術(shù)隊伍建設(shè)，提升公共平臺智能化管理水平，賦能新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展”為主題，邀請了高校、科研院所的設(shè)備處領(lǐng)導(dǎo)、公共技術(shù)服務(wù)平臺負(fù)責(zé)人、技術(shù)骨干、專家學(xué)者以及國產(chǎn)儀器代表和儀器行業(yè)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(xué)公共平臺管理與技術(shù)發(fā)展研討會現(xiàn)場，化工儀器網(wǎng)有幸在現(xiàn)場采訪到了浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院公共技術(shù)平臺執(zhí)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(wǎng)：那回到我們最開始一個問題，在本次生命科學(xué)研討會現(xiàn)場，您也做了一個關(guān)于光學(xué)顯微鏡發(fā)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(shù)成果轉(zhuǎn)換呢？
方三華老師：我其實也是顯微成像平臺的負(fù)責(zé)人，這幾年主要負(fù)責(zé)了光學(xué)顯微成像平臺的建設(shè)，其中包括我們儀器的采購和人員配置。
光學(xué)顯微成像是生命科學(xué)領(lǐng)域中非常重要的工具之一，光學(xué)顯微成像和電子顯微成像各有千秋。光學(xué)顯微成像對生命樣本，特別是活細(xì)胞的干擾最小，這使得它非常適合用于觀察活細(xì)胞中的動態(tài)過程。此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，如轉(zhuǎn)基因技術(shù)和熒光蛋白、小分子染料的出現(xiàn)，光學(xué)顯微成像還具備了特異性標(biāo)記蛋白質(zhì)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(yōu)勢在于其極高的分辨率，能夠揭示樣本的超微結(jié)構(gòu)，甚至達(dá)到納米級。然而，電子顯微鏡對樣本的要求非常嚴(yán)格，通常需要固定的樣本，因此無法用于觀察活細(xì)胞中超微結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。
那么前面講了光學(xué)顯微鏡的很多優(yōu)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(xué)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(xì)胞中很多結(jié)構(gòu)小于200納米。
例如一些細(xì)胞器的細(xì)胞線粒體的內(nèi)膜、外膜等內(nèi)質(zhì)網(wǎng)超微結(jié)構(gòu)，都是小于200納米的，按照以往來說，我們只能根據(jù)電子顯微鏡來獲得細(xì)胞器的超微結(jié)構(gòu)，但電子顯微鏡無法實現(xiàn)活細(xì)胞中超微結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化。
為了突破這一限制，科學(xué)家們發(fā)明了超高分辨顯微鏡技術(shù)，并在2014年獲得了諾貝爾化學(xué)獎。目前，超高分辨顯微鏡主要有三種類型：受激發(fā)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(jié)構(gòu)光照明超高分辨顯微鏡(SIM)。
這三種顯微鏡各有優(yōu)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(xì)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(xì)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(xì)胞成像，但光毒性較大。
雖然目前已經(jīng)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(xué)問題。我認(rèn)為光學(xué)顯微成像技術(shù)需要在以下幾個方面實現(xiàn)突破：第一，分辨率要進一步提升，最好能達(dá)到30納米以下，這樣才能更清晰地觀察細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)。第二，這項技術(shù)必須能夠應(yīng)用于活細(xì)胞，以捕捉生命過程的動態(tài)變化。同時，成像速度也要大幅提升，因為生命現(xiàn)象往往是快速且復(fù)雜的。
第三，我們還要考慮如何將這項技術(shù)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(nèi)涵成像系統(tǒng)和虛擬切片掃描系統(tǒng)，以滿足藥物篩選等大規(guī)模實驗的需求。第五個方面，腦科學(xué)是當(dāng)前科學(xué)研究的熱點之一，它要求我們在活動狀態(tài)下觀察大腦內(nèi)部的變化，為此，我們平臺購置了自由活動狀態(tài)下的腦成像系統(tǒng)，以及北大程和平院士團隊研發(fā)的可穿戴式雙光子顯微鏡。這些技術(shù)使我們能夠在小鼠等動物模型上，實時觀察大腦神經(jīng)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(wǎng)：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(xué)公共平臺管理與技術(shù)發(fā)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(guī)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(rèn)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(jié)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(shè)置主要是按照技術(shù)類別來劃分的，比如說光學(xué)顯微成像技術(shù)、冷凍電鏡技術(shù)、核磁技術(shù)等。我希望我們能夠設(shè)立一個交叉技術(shù)的分論壇，專門分享各種技術(shù)之間的交叉應(yīng)用和創(chuàng)新。這不僅可以促進生命科學(xué)內(nèi)部的技術(shù)融合，還可以引入工科、光電等其他領(lǐng)域的技術(shù)，共同解決尖端科學(xué)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(shè)計和開展課題時也非常需要技術(shù)支持。因此，我建議我們可以采取一些措施，比如設(shè)置專門的交流環(huán)節(jié)或工作坊，讓科研人員和技術(shù)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(shù)的落地應(yīng)用，從而達(dá)到互融互通，合作共贏。
化工儀器網(wǎng)：非常感謝方老師的精彩分享和寶貴建議。
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