長期以來，如何在細胞層面“看得更清楚”一直是生物醫學領域研究者關注的重要議題。為了回答這個問題，經過近3年的建設施工，由北京大學牽頭的國家重大科技基礎設施建設項目、我國在生物醫學成像領域的首個國家重大科技基礎設施——多模態跨尺度生物醫學成像設施在2022年迎來全面竣工。這一包含了多模態醫學成像裝置、多模態活體細胞成像裝置、多模態高分辨分子成像裝置、全尺度圖像整合系統及模式動物等輔助平臺和配套設施的高端生物醫學影像儀器裝備，有效填補了我國在生命體結構與功能跨尺度可視化描繪及精確測量領域的空白，有望成為我國相關研究者和從業者破解生命與疾病奧秘的“神兵利器”。

▲陳良怡

從基礎建設啟動，到主體結構封頂，再到設施最終落成，見證了多模態跨尺度生物醫學成像設施各個重要的時間節點，北京大學未來技術學院分子醫學研究所教授陳良怡感慨萬千。

專注于高端超分辨率顯微鏡技術相關研究及應用多年，陳良怡以先行者的姿態，多次踏足“人跡罕至”的科研空白領域，研發出一系列具有突破意義的科研成果；而以赤誠之心投入相關成果的實踐和轉化的過程中，他又是領域內當之無愧的踐行者。“在活細胞層面看清楚疾病發生和變化的過程，了解疾病的發病機制，進而找到治療疾病的藥物和方法，這就是超分辨顯微鏡的意義，也是我不斷追尋的科研夢想。”陳良怡如是說道。

從“偶遇”到熱愛

“21世紀是生物學的世紀?！边@句話曾經鼓舞和吸引了眾多年輕人進入生物學相關專業，陳良怡便是其中之一。本科時，就讀于西安交通大學少年班的陳良怡便早早地產生了探索學科交叉領域的想法——在分班時，他選擇了生物學與工程學相結合的生物工程與醫學儀器專業，就此開始了為期4年的大學生涯。本科畢業后，陳良怡決心繼續向學，華中理工大學（現華中科技大學）生物電子學專業成了他前行的全新一站。

“我來到華中理工大學時，生物電子學專業已經形成了研究電生理、應用膜片鉗技術的傳統，我國第一臺膜片鉗放大器就誕生于此?！标惲尖榻B道。在導師康華光教授的帶領下，他開啟了自己與生物物理的“第一次親密接觸”。以此為起點，陳良怡博采眾長、不斷摸索，他的研究道路也在這樣的過程中逐漸清晰。以生物物理為原點、專注鈣信號研究的陳良怡在順利取得華中科技大學生物醫學工程專業的博士學位后，又加入著名生物物理學家、美國科學院院士、拉斯科醫學獎獲得者伯蒂爾·希勒（Bertil Hille）教授的團隊，在美國華盛頓大學生理與生物物理系展開博士后研究。

在漫長而又充實的求學路上，陳良怡一度感受到了“半路出家”帶來的困擾?！昂推渌┦亢罅奶鞎r，我覺得自己非?！疅o知’，他們很快就能引經據典，講出某個方向都有哪些實驗室的重要貢獻，是什么時候發生的。大家的交談就像是在對‘暗語’，只有我一個人聽不懂。”與此同時，他也在從研的過程中，看到了曾經的學習經歷帶給自己的優勢——“交叉學科的學習背景，讓我可以用更加多元的視角看待和思考科學問題，也似乎讓我比純粹生物背景或純粹工程背景的同學要‘多懂一些’。”想通了這一點，陳良怡沉下心來繼續暢游知識的海洋，一篇篇詳細閱讀過的文獻材料、一摞摞條分縷析的學習筆記，都是他勤學的明證。大量閱讀、摘錄要點、及時回顧、全面思考，陳良怡用這樣的方式逐步積累起自己對于學科全貌的認識和深刻見解，從而“真正理解并開始了生物物理研究”。

▲程和平院士（左四）與包括陳良怡（右一）在內的多模態跨尺度設施負責人合影

2004年6月，學成回國的陳良怡懷揣繼續做科研的熱情，就任中國科學院生物物理研究所副研究員，開始一步一個腳印地行走在生物物理及光學的基礎研究路上。此后6年，在忙于科研的同時，陳良怡也不斷思索著自己所做工作的價值所在。他期望能在深耕基礎研究的同時，讓這些研究成果更具實用性，使它們展示出“看得見的價值”。就此，陳良怡決心投身科研及轉化前沿，恰逢此時，北京大學分子醫學研究所向他伸出了橄欖枝。北京大學卓越的研究水平、良好的學科交叉基礎，以及與各大高校、研究院所和企業豐富的合作經驗，無疑為陳良怡實現“科研+實踐”夢想提供了沃土。2010年，陳良怡正式加盟北京大學分子醫學研究所，以教授及細胞分泌和代謝實驗室主任的身份，展開對活細胞或活體小鼠光學成像的技術開發、胰島素分泌調控機制等研究，以及利用自主研發不同尺度顯微鏡對各類疾病致病機制展開研究。從基礎科研中來，到實際應用中去，為探尋疾病致病機制提供高效工具，并進一步推動相關疾病的治療，成了陳良怡此后十余年為之付出心血和汗水的不悔方向。

“無知無畏”探前沿

來到北京大學以后，陳良怡頗是體會了一番“萬事開頭難”的滋味。項目少、經費少、人員少的境況沒有讓他退縮，但高端生物醫學影像儀器的缺位卻讓陳良怡甚至整個團隊的工作舉步維艱。正所謂工欲善其事，必先利其器。2013年，同為北京大學分子醫學研究所一員的程和平院士決心“主動出擊”，牽頭申請了國家重大科研儀器研制項目“超高時空分辨微型化雙光子在體成像系統”。

一心想要做好活體活細胞超分辨率成像的強烈愿望讓陳良怡主動請纓，加入程和平院士組織的攻關大團隊。然而當時他甚至沒有使用雙光子顯微鏡的經驗，更不用說搭建微型化雙光子顯微鏡。等到團隊順利拿下項目，在與程和平院士一道拜訪國外頂尖實驗室、向業內專家前輩請教學習時，陳良怡才真正意識到他們接下來要做的工作是怎樣的困難——“當時學界關于微型化雙光子顯微鏡的看法并不樂觀：一方面，當時微型化雙光子顯微鏡已有不少所謂的‘成品’，很多人認為其技術含量并不高；另一方面，以神經科學家為代表的‘客戶群體’和技術開發者覺得微型化雙光子是做不出來的，即使做出來，在實際的活體小鼠上由于運動偽影及其他原因也達不到高分辨率成像的效果?！泵鎸@樣的局面，陳良怡在與程和平院士討論時，不禁發出了“之前的我們真是無知啊”的感慨。

然而“軍令狀”已立下，絕沒有畏葸不前的道理。“既然接下國家這個活兒，我們還是要盡全力去做好；既然不懂，那我們更應該通過努力自學整個方向的理論體系和研究前沿，努力做到最好?！背淘菏康脑捁膭盍岁惲尖?，接下來的5年，他的每個周末幾乎都在研讀國際最新的研究論文、梳理總結、交流學習和團隊討論中度過。從亦步亦趨的跟隨，到找到技術的關鍵難點，再到逐一攻克包括新型空心飛秒光纖、MEMS掃描器件和微型化透鏡的設計，光路系統的整合和迭代優化思維，微型化探頭的固定，小鼠手術和訓練在內的多項技術難題，陳良怡和團隊共同走過了一條邊學邊做、隨思隨行的長路。最終，通過運用微機械、微光學、超快光纖激光和半導體光電子學等技術，陳良怡及其團隊在高時空分辨在體成像系統研制方面取得突破性技術革新，成功研制出2.2克微型化佩戴式雙光子熒光顯微鏡，在國際上首次記錄了懸尾、跳臺、社交等自然行為條件下，小鼠大腦神經元和神經突觸活動的高速高分辨圖像。相關成果發布于《自然·方法》（Nature Methods）后更是引起了整個在體高分辨率成像領域的關注，2014年諾貝爾生理學或醫學獎獲得者、神經科學家愛德華·莫澤（Edvard Moser）稱贊其為“革命性”工具。

在微型化雙光子顯微鏡搭建取得階段性成果后，陳良怡將目光再一次投向了一直以來鐘情的“如何能夠實現通用的活細胞上超分辨率成像”課題。通過對可能性方法的反復探究，陳良怡及其團隊在前人研究成果的基礎上，首次提出結構光成像重建存在內在偽影，闡明了結構光超分辨率成像會產生偽跡的各種原因，并就如何降低光毒性的同時壓制重建偽跡，實現通用超分辨成像等問題提出可行性方案。2018年，相關成果發表在《自然·生物技術》（Nature Biotechnology）上，并入選2018年度中國光學十大進展。

在文章發布后，陳良怡收到了業界越來越多關于“能否進一步提高活細胞超分辨率顯微鏡的空間分辨率”的提問。而在與哈爾濱工業大學的李浩宇博士進行合作的過程中，他給出了肯定的答案。就此，雙方團隊一起開始了進一步提升“2018方案”的嘗試和改進：基于“信號在時間空間上是連續的”這一普適先驗知識基礎，結合之前提出的信號空時連續性先驗知識，團隊增添了對于圖像相對稀疏的約束條件，并用Richardson-Lucy解卷積算法來處理熒光圖像，突破現有熒光顯微系統的光學硬件限制，首次實現通用計算熒光超分辨率成像，可實現目前活細胞光學成像中最高空間分辨率（60納米）下速度最快（564赫茲）、成像時間最長（1小時以上）的超分辨成像，進一步推動了分辨率的極限。通過實驗，陳良怡驚喜地發現，用這種算法進行解算后，整個細胞內的線粒體嵴結構和肌動蛋白網格出現了更好的對比圖像，甚至可以看到活細胞核膜上的環狀核孔結構，以數學方法提高分辨率的可能性被成功驗證。經過為期一年半的回應和答疑，稀疏解卷積（sparse deconvolution）首次證明了在實際樣本中數學超分辨是可能的，且在各種各樣的情況下均有效；2022年，這一被評為2021年度中國光學領域十大社會影響力事件、入選科技部主辦的“十三五”科技創新成就展及“首屆全國顛覆性技術創新大賽”總決賽優勝獎（最高獎）的成果再一次見諸《自然·生物技術》，實現了陳良怡“閃電兩次擊中同一個地方”的夢想。

與燕園相伴一紀有余，陳良怡仍覺探索未知是自己科研生命的一種常態，也是一種充滿挑戰的新奇和幸福。如今回首來時路，陳良怡如是總結：“無知是一種幸?！薄盁o知者無畏。正是因為‘無知’，我們可以不被之前認知所限制，從頭、無偏好地評價實現路徑的每一方面，同時將最新的數學方法、光學、電子、器件等各個方面的進展都整合進來，從而做成大家認為不可能的事情?！?/p>

頑強成就新天地

陳良怡喜歡將學生稱為“年輕的合作者”。在他看來，清晰的想法、自發的目標、不懈的努力，是年輕人走平走穩科研路的要訣。在給予充分尊重和悉心教導的同時，這位和煦的師者也反復地向學生強調著“要頑強不要頑固”的重要性。在交談中，陳良怡講述了首次在《自然·生物技術》上發表文章的曲折經歷。在降低光毒性的同時壓制重建偽跡、實現通用超分辨成像方面取得了開創性成果后，陳良怡信心滿滿地將相關成果投遞期刊，卻被言辭激烈的審稿意見打了個措手不及。除了被拒稿的結果和幾十頁近乎苛刻的意見外，一位審稿人甚至還對陳良怡團隊的工作成果做出了“不夠格”的評價。多年的辛苦成果被輕描淡寫地否定，團隊中的每個人都深感不平。不過等到情緒平復下來，陳良怡第二次、第三次、第四次閱讀審稿人的意見時，除了對自尊心被刺痛的感覺逐漸“脫敏”，他也逐步認識到審稿人看似尖銳意見背后的合理性。尤其是自己的團隊當時在領域內名不見經傳，更容易引起審稿人對于數據真實性和結果可靠性的懷疑。為此，陳良怡決心與團隊成員一道，努力去復現所有別的算法（因其尚未開源），努力做到最好來證明給審稿人看。“大家埋頭工作3個月，通過仿真、實驗及他人的算法重現回答審稿人的每一個問題?！比欢@一次，他們等到的仍是拒稿的壞消息。

▲陳良怡團隊合影?

連番的打擊沒有讓陳良怡和他年輕的團隊“知難而退”，反而激起了他們不斷奮進、以無可辯駁的研究成果為自己“正名”的決心。通過一次又一次的嘗試，團隊成員成功地用結構光超分辨率顯微鏡拍攝了活細胞中熒光標記的線粒體，成像相較于之前用其他超分辨率顯微鏡拍出圖像的清晰程度有明顯提升，甚至可以看到對于線粒體產生能量非常重要的內嵴結構。最終，他們終于拍出完美的活細胞中線粒體內嵴結構動態，這也是人類可以第一次清楚看到活細胞內線粒體內嵴的結構動態，這對于生物醫學研究者來說意義極為重大，而這一數據也為陳良怡團隊反復打磨的文章起到了一錘定音的效果。最終這篇“幾經波折”的文章得以成功發布，并收獲了《自然·方法》的高級編輯麗塔·斯特拉克（Rita Strack）“在低信號強度下表現遠優于目前的算法，并允許在傳統結構光超分辨率成像所需要的一小部分光子劑量下成像”的高度評價。

“相信自己的研究成果是對的，同時接受別人對此提出的意見，并用不同方法、不同角度來驗證成果，用嚴謹的實驗和精準的數據證明自己，是頑強；陷于憤怒的個人情緒、固守一套研究方法一成不變，是頑固。在面對質疑和打擊時，我們選擇思考這些意見的核心觀點是什么，然后設計實驗用事實去說服他們。這是頑強和頑固之間的差別，也是我們從無到有成功的經驗。”陳良怡解釋道，“具體到學生職業規劃道路的選擇，我也保持著同樣的看法。成功從來不是只有一條路徑。無論是選擇繼續做科研，或是選擇投身企業，在我看來每條路都是成功的。我的任務就是充分引導和培養學生獨立的學科思維，讓他能夠在自己喜歡、擅長的領域發光發熱?！?/p>

科研之外，頑強而不頑固的陳良怡，也將科研觸角延伸至科技成果轉化的第一線。作為廣州超視計生物科技有限公司（以下簡稱“廣州超視計”）的創始人，他帶領團隊將自主研發的HiS-SIM智能超靈敏活細胞超分辨顯微鏡（以下簡稱“HiS-SIM顯微鏡”）進行商品化。據陳良怡介紹，HiS-SIM顯微鏡是超靈敏的超分辨顯微鏡，具有光毒性小、速度快、無探針要求等顯著優點。通過與稀疏解卷積算法結合，它可以在不犧牲時間分辨率的情況下提高空間分辨率；同時作為一個通用的超分辨率顯微鏡，它在細胞生物學上、神經生物學等領域的應用同樣表現上佳。2020年，陳良怡團隊在《科學通報》（Science Bulletin）上發表文章，證明活細胞超分辨率成像可以用于罕見病佩梅病的臨床分型和藥物篩選；而經過硬件和軟件方面的多次優化、搭載自主研發的活細胞超分辨率成像技術，同時可以做到“即所見、即所得”的HiS-SIM顯微鏡，一經問世便收獲了廣泛好評。目前，中國科學院生物化學與細胞生物學研究所、武漢大學、華中科技大學、廈門大學、吉林大學等國內科研院所及高校先后成為廣州超視計的用戶，包括同仁醫院、阜外醫院在內的知名醫院與廣州超視計展開“超分辨病理”的相關合作，而穩定運行、技術領先的HiS-SIM顯微鏡也即將漂洋過海，出口到美國、澳大利亞及歐洲等國家和地區。“HiS-SIM顯微鏡是通用工具，可以研究多種疾病的發病機制，可以為醫生尋找靶向藥物、及時診斷治療提供依據，也解決了我國在這一領域的‘卡脖子’問題。在實現我自己從科研走向實踐夢想的同時，也為國家相關事業出一份力，我感到十分榮幸。”陳良怡笑著說道。

如今作為多模態跨尺度生物醫學成像設施工程建設的重要負責人之一，始終淡然平和的陳良怡依舊步履不停，“把超分辨技術做到極致”“超分辨成像技術智能化”將是他未來為之奮斗的方向?！拔覀兯龅墓ぷ魇堑湫偷膹幕A研究出發、從交叉學科出發，積極投身轉化實踐的過程?，F階段，很多科研工作都行進到了非常高的水平，想要‘百尺竿頭更進一步’也絕非易事。這就要求我們不能有絲毫懈怠，在理論創新、技術創新、產品創新等方面不斷尋找新的突破口。我相信，生命、細胞，還有太多未被探知的終極奧秘。做正確的事情，不斷創新，永葆熱愛。我們終將看到，我們必須看到?！?/p>