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为探索细胞世界研制“中国眼镜”,苏州医工所十年开拓中国显微光学之路

来源:文汇报 编辑:fairy 2018-12-28

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▲科研人员用自主研制的双光子-STED显微镜观察亚细胞结构。(苏州医工所供图)

▲数值孔径为1.45的平场复消色差显微物镜。

此番通过项目验收的四套超分辨率显微镜,最高分辨率达到了50纳米。它们背后是已经发展起来的显微光学设计、加工、制造、装配的完整技术和工程体系。两个胶囊咖啡大小的物镜要做出来,需要解决一系列难题,更需要精密的检测设备和严格的检测标准,中国正一点点填上这些领域的空白

显微镜是人类探索生命奥秘、医生寻求疾病根源的“眼镜”。

在中国的医院、实验室,“视力”最好的“眼镜”大部分依靠进口,中国在高端显微光学设备领域几乎一片空白。过去二三十年,高端光学显微镜订单不断从中国飞向蔡司、徕卡、奥林巴斯等国外公司。

大约十年前,一群曾经为仰望星空制造光学仪器的科学家从长春来到苏州,将自身深厚的光学知识与工程技术经验积累,与上海,乃至长三角雄厚的生物医学资源相融合,为科学家、医生实现一探生命究竟的梦想,研发最好的“眼镜”,为中国科研的自主自立增强底气。

如今,他们研制的产品已经出口到德国、日本、以色列,国内高端光学显微镜市场将出现越来越多的“中国研制”。

仰望星空难,俯察生命更难

镜片,通过对光束变换的操控,不断拓展人类视力的极限。

过去二三十年,遥感卫星、大型光学望远镜的研制成功,使中国观天察地的能力大幅提升??稍诙床煳⒐凼澜绲南晕⒐庋Я煊?,中国却鲜有建树。随着中国生物医学研究实力的提升,“我需要的显微镜,市面上买不到”成为越来越多科学家和医生的遗憾。

2008年,中国科学院、江苏省政府、苏州市政府决定三方共建一个新型研发机构——中国科学院苏州生物医学工程技术研究所。新所的主要筹建者唐玉国,将发展显微光学,定为医工所未来发展的一个重要方向。

唐玉国早年师从我国“光学之父”王大珩先生,他觉得,苏州没有太多的传统科研力量,却有相对发达的工业制造,又紧邻上海这个中国生命科学与医学研究高地——有了“需求牵引”,工程实现必会有落地发力之处。

2013年,医工所争取到了国家重大科研装备研制项目“超分辨显微光学核心部件及系统研制”,一场挑战国产高端光学显微镜的长跑开始了。

但困难也接踵而来:隔行如隔山,生命科学家很难让光学专家理解他们的真实需求;高端显微镜的设计、加工、装配等,也无现成标准、经验可循;关键光学器件的加工难度超乎想象,“就像让大象精准地踩死一只蚂蚁”……


有人干脆直接跟唐玉国说:“别干了!做不成的!”可五年之后的今天,医工所不仅向国内外科研机构卖出11台高端显微镜,还向企业提供核心光源器件,寻求合作者纷至沓来。

有求必应,为想象力定制“眼镜”

学科的交叉融合,总会产生意想不到的效果。

2014年,美德三位科学家因超分辨率荧光显微技术获得诺贝尔化学奖,当时有人评价“这是物理学家给生命科学家做了一个设备,得了化学奖”。

更清晰地看到活体细胞中的不同生命过程,是国内医生、生命科学家的最大需求。

医工所的第一个合作伙伴是中国科学院上海药物研究所甘勇研究员团队,医工所研制的激光扫描共聚焦显微镜在药物所进行了试用,能够观察纳米载体在细胞里运输药物分子。在项目评审会上,他表示:“用下来与奥林巴斯1000的设备差不多!”


更多用户表示,利用这些仪器所产生的科研成果已经登上《神经元》等国际顶级学术期刊,而这些仪器价格却比国外设备低至少1/3。

前不久,中国科学院上海营养与健康研究院潘巍峻研究员在《自然》杂志发表了造血干细胞归巢机理的重磅成果?!罢庀钛芯恳丫昧松虾W詈玫南晕⒕?,接下来我需要的设备市场上没有?!彼?,走到科学前沿,已经很难找到合适的通用设备,若要国外厂商定制,要么不愿做,要么开出天价,但医工所却能帮他实现梦想,“新的显微镜明年年初就能用上,我很期待!”

观察神经细胞能否“看透”更厚的组织?能否同时看清几个细胞的活动?医工所都针对这些需求研发出了专用的显微镜?!昂芏嘁缴丫岩焦に莆迪置蜗氲牡胤健??!碧朴窆晃薜靡獾厮?,看清皮肤的分层结构、弄清神经元细胞的活动状况……目前上海的中山医院、华山医院等,都已与医工所开展合作,“技术限制了想象力,我们希望通过自己的努力,释放出中国科学家更多的创新灵感?!?/p>

立足长三角,为中国创新增底气

这次通过项目验收的四套超分辨率显微镜,最高分辨率达到了50纳米,而且都各有特色?!八潜澈笫且丫⒄蛊鹄吹南晕⒐庋杓?、加工、制造、装配的完整技术和工程体系?!碧朴窆谙钅垦槭丈辖樯?,两个胶囊咖啡大小的物镜,要做出来,需要解决一系列难题,更需要精密的检测设备和严格的检测标准,“中国在这些领域的空白,我们都在一点点填补?!?/p>

技术和工艺体系支撑起的是稳定的产品质量。评审会上,苏州优纳科技有限公司相关负责人说,由于体积小、性能稳定、成本低,他们已经采购了医工所一百多套LED白光光源,用来替代原先韩国的进口器件,用于新一代投影、光医疗仪器,以及远程照明等产品,这些产品已销售全国,“我们已经打算与医工所开展更多合作,不断提升产品水准?!?/p>

“其实,只有亲自做了,才会发现我们还有多少短板需要补齐?!币焦に澄榧堑饲扛嫠呒钦?,玻璃材料、镀膜设备、检测仪器、精密加工……我国的工业基础尚难以为生产一台真正高端的显微镜,提供足够的配套?!叭欢?,我们每前进一步,都在为中国创新增添底气?!彼?,他们的显微镜问世后,国外一些厂商已经开始降价,“我们将积极推动这些技术向数字诊疗器械的产业化,尽早惠及国内百姓?!?/p>


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