【分析测试技术论坛第30期】2020年中国西部共聚焦技术高端论坛

2020年中国西部共聚焦技术高端论坛

会议时间：2020年11月27日-28日

会议地点：中国西部科技创新港18号楼辅楼5002 

会议日程：

报名方式：请扫描二维码进行报名

主办方：陕西省检验检测产业技术创新战略联盟

承办方：西安交通大学分析测试中心，西安交通大学生物医学实验中心

协办方：徕卡显微系统(上海)贸易有限公司

报告内容简介： 

报告题目1：高维偏振结构光超分辨技术

超分辨显微成像极大地推动了生命科学的研究，因此被授予2014年诺贝尔化学奖。超分辨的物理核心是通过高维空间绕过光学衍射的限制，从而实现分辨率的突破。本报告将介绍我们最近两方面的工作：一）将结构光显微成像与荧光分子偶极子方位角探测相结合，我们实现了偏振结构光超分辨显微pSIM。我们展示了一系列生物学实验来证明其广泛的适用性，如λ-DNA、BAPE细胞和小鼠肾组织中的肌动蛋白丝、肌动蛋白和肌球蛋白之间的相互作用，以及GFP染色的U2OS活细胞微管等(Light 2016, Nature Comms 2019)。二）亚细胞器相互作用的研究是人类认识细胞功能的重要途径；然而过去受限于染色种类，对于亚细胞器的研究目前仍然局限在6种以下。其中虽然脂膜在亚细胞器生化功能和互作中扮演着重要角色，但由于其化学成分类似，不同类型的脂膜的分类、相互作用研究和长时间动态观察均十分困难。我们发展了光谱偏振光学断层成像技术（SPOT），结合亲脂探针，从光强、光谱和偏振三个光学维度分别解析脂膜的形态、极性和相位，实现了细胞内10种亚细胞器磷脂膜的同时成像，并对其脂质动力学进行了分析(Nature Comms 2020)。

报告人简介：

席鹏，北京大学工学院研究员、南方科技大学兼职教授。主要从事超分辨显微成像技术的研究。现担任五份SCI收录国际学术期刊的编委：Light: Science and Applications, Microscopy Research and Techniques, Micron,和Advanced Photonics。同时担任多个国际著名学术期刊如Nature Photonics, Nature Communications, Light等期刊审稿人。在Nature, Nature Methods等国际一流期刊发表SCI收录期刊论文70余篇，总影响因子大于440，被引超过3000次。2016年获得中国光学重要成果奖。已授权美国专利4项，中国专利15项，编辑专著2部。多次被OSA和SPIE组织的国际会议邀请作大会邀请报告。

报告题目2：高速彩色三维结构照明显微在微小动物形态学研究的应用

目前已有的三维光学成像技术（如条纹投影、白光干涉测量、激光扫描成像技术等）无法同时解决复杂突变的样本形态信息丢失、成像速度慢、真实色彩纹理无法保存等问题。基于DMD器件调制的结构照明显微技术，简称D-SIM，它利用高速数字微镜器件（DMD）和高亮度LED光源来产生结构光场，既可以实现超分辨成像也可以用于三维层析成像。本文提出了一个专门针对微小动物快速彩色三维成像的D-SIM方案。以六种不同门类为代表的无脊椎动物为样本，通过与CLSM、Micro-CT、FIB-SEM、MRI等当今流行的三维成像技术进行对比，发现D-SIM在微小动物精微三维结构成像质量、成像速度、样本制备方法上要优于这些现有技术，有望成为普通实验室的常用成像设备。

报告人简介

雷铭，西安交通大学物理学院教授、博士生导师，2016年国家基金委优秀青年科学基金获得者；2017年中国科学院青年促进会优秀会员；中国激光杂志社青年编辑委员会常务委员，中国光学学会生物医学光子学专业委员会青年工作组副组长，中国光学学会高速摄影和光子学专业委员会委员,中国仪器仪表学会显微仪器分会理事。2000年毕业于西安电子科技大学技术物理学院，获得学士学位；2007年毕业于中国科学院研究生院，获博士学位；2008-2010年在德国康斯坦茨大学做博士后研究工作。主要从事先进光学成像以及多功能光学微操纵技术的研究。对突破光学衍射极限的细胞成像，特殊光束光学微操纵，非线性光学显微等问题进行了系统地研究。在《Reports on Progress in Physics》等国际刊物上发表论文100余篇，第一发明人授权中国发明专利10项，授权美国发明专利1项。曾获2004年度中科院刘永龄奖学金特别奖；2005年度中科院院长奖；2006年度“陕西省科学技术奖一等奖”；2010年度“陕西省科学技术奖一等奖”；2013年度“陕西省科学技术奖二等奖”；2016年度“中国光学工程学会科技创新二等奖”。

报告题目3：光学成像的新维度--快速荧光寿命成像及宽场高分辨率成像的应用进展

荧光寿命是荧光分子停留在激发态的时间。荧光寿命成像具有不同于荧光强度成像的众多优点，例如不受染料浓度、光漂白以及样本厚度和光源噪声的影响。荧光寿命检测经典方法为点对点的时间相关单光子计数（TCSPC），但由于过去检测硬件的局限和复杂的使用而没有被广泛地应用于科学研究。STELLARIS8 FALCON（FAst Lifetime CONtrast）是用于荧光寿命成像（FLIM）和分析的快速且完全一体化平台。凭借低于亚秒级时间尺度的灵敏度对所标记荧光分子的寿命进行成像，它能够近乎实时观察并记录快速变化的细胞动态过程，还可以与DIVE多光子成像、STED纳米分辨率成像技术结合，充分拓展了寿光命成像的使用范围，实现可相互验证的多维度样品成像。对活体样品的超快速荧光寿命成像和寿命对比，实现真正的生物动力学分析和功能成像！

宽场荧光显微镜由于其简便的操作及超快的成像速度而被广泛地使用，但是由于其“面成像”的成像方式造成其不能有效避免背景信号及多焦面间的信号互扰，因此主要被用于单层细胞或厚度不超过50μm的组织切片。徕卡显微系统隆重推出创新性产品——THUNDER宽场高清成像系统可以在高速成像的基础上有效地去除非焦平面信号，能够广泛应用于细胞团、组织切片以及模式生物等各类样品，非常显著地提升宽场成像的分辨率。

报告人简介

王怡净，四川大学博士，徕卡生命科学北区应用主管，在激光共聚焦成像、超高分辨率成像、荧光寿命成像等方面有丰富的应用经验。

报告题目4：基于近红外二区的大深度、高分辨活体显微成像

与可见光和近红外一区（760-900nm）的光相比，近红外二区（900-1700nm）波段在生物组织中的散射更小，被认为是一个非常理想的生物组织光学窗口。基于近红外二区窗口激发的高阶非线性光学显微术具有成像深度大、焦点外背景荧光/光漂白低、光学切片能力强等优势。另外，基于近红外二区窗口发射的活体荧光成像技术也具有成像深度大、对比度高、自发荧光低、生物损伤小等优点，是近年研究的热点。本课题组利用近红外二区的光学窗口，主要开展了高阶非线性光学活体显微成像和近红外二区荧光显微成像，实现了活体动物（鼠、猴等）的脑功能成像和器官显影等。

报告人简介

钱骏，浙江大学光电科学与工程学院教授、博士生导师，浙江大学医学院附属邵逸夫医院兼聘教授，入选浙江大学“高层次人才培育支持计划”和“基础研究长周期考核计划”。2009年9月在浙江大学光电系获博士学位，2006年-2007年在美国纽约州立大学布法罗分校“激光、光子学、生物光子学研究中心”P. N. Prasad教授课题组、2016年在香港科技大学唐本忠院士课题组学术访问。浙江省杰出青年科学基金获得者，浙江省“新世纪151人才工程”第二层次培养人员。现任浙江大学现代光学仪器国家重点实验室主任助理，浙江大学先进光子学国际研究中心副主任，中国生物医学工程学会生物医学光子学分会青年工作组副组长，中国生物材料学会影像材料与技术分会委员，中国医药生物技术协会造影技术分会委员，中国化学会分子聚集发光专业委员会委员，国家药监局生物医学光学重点实验室学术委员会委员。团队主要从事“大深度、高分辨的光学活体生物成像”研究，围绕“高阶非线性光学显微成像”和“近红外二区荧光成像”技术，在Nature Communications、Chem、Advanced Materials、ACS Nano、Angewandte Chemie、Advanced Functional Materials、Biomaterials等期刊发表SCI论文100多篇，H-index为37。获浙江省自然科学一等奖1项，入选“2012中国光学重要成果”。在国内外学术会议作大会报告2次、主题报告1次、邀请报告31次。主持多项国家自然科学、973和863子课题。

报告题目5：共聚焦显微镜高级应用-FRAP、FRET、FLIM原理及应用

激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）已成为生命医学研究不可或缺的研究工具,不仅可观察经固定的各种细胞和组织结构,还可对活细胞的形态、结构、离子的实时动态等进行观察和定量分析。基于荧光（Fluorescence）特性的高级应用技术发展迅速，并广泛的应用到生命科学领域。荧光漂白后恢复技术（fluorescence recovery after photobleaching，FRAP）是通过高强度激光漂白的方法来研究蛋白质或其它生物大分子的流动性，测量蛋白扩散的速率，还可以作为是否发生“相分离”的判断指标。荧光能量共振转移技术（Fluorescence resonance energy transfer，FRET），多用于检测活体中生物大分子的纳米间距和纳米间距的变化，在生物大分子相互作用分析、细胞生理研究、免疫分析等方面有着广泛的应用。荧光寿命显微成像技术（Fluorescence lifetimeImaging Microscopy，FLIM）主要利用荧光寿命的测量成像，可用于研究各种导致荧光寿命改变的细胞外和细胞内环境修饰，与FRET相结合更有利于研究分子间++的相互作用，提高灵敏度。

报告人简介

冯倩倩，清华大学生物医学测试中心共享仪器平台技术主管，2012年毕业于首都师范大学细胞生物学专业。主要从事光学影像技术和细胞功能研发，在共聚焦显微成像和高级应用、光片显微成像及大数据处理、超高分辨技术及样品制备和流式细胞分析实验设计、流式细胞分选质量控制等方面有着丰富的实战经验；近年来组织和参与多次大型仪器设备理论技术讲座和实用上机培训，在技术人才培养和公共平台建设方面卓有成效。

报告题目6：深度学习助力大视野长时程快速超分辨成像

荧光显微成像技术生命科学不可或缺的观测手段。可观测的生命现象受到荧光显微镜光学系统，荧光分子性质，样本可承受的照明强度的限制，需要在成像视野、空间分辨率、时间分辨率、光毒性等之间权衡。近年来，深度学习在成像领域取得了令人瞩目的进展。基于大量高质量的训练数据集和深度学习神经网络模型，深度学习可将低质量（低信噪比，低分辨率）的图像恢复为高质量（高信噪比，高分辨率）的图像，从而实现大视野、高空间分辨率、高时间分辨率、低光毒性成像。SoRa超分辨转盘共聚焦显微镜，能够实现快速扫描与大视野（2048*2048）的超分辨率（120 nm）成像，非常适合进行活细胞和活体成像。结合SoRa与深度学习，我们实现了密集曝光的微管-囊泡双色活细胞追踪，发现深度学习能显著提高微管与囊泡运动连续追踪的时间和空间位置精度，捕捉微管与囊泡运动的精细细节；此方法还适用于光毒性敏感的系统，如上皮细胞线粒体以及斑马鱼肌肉的线粒体。我们的工作同时实现了大视野、高速、超分辨成像。我们的模型具有一定的泛化能力，能够应用在更多的成像场景中。

报告人简介

蒿慧文，北京大学生物医学前沿创新中心（BIOPIC）博士后，助理研究员。2020年获北京大学博雅博士后称号。2019年博士毕业于北京大学生命科学学院生物物理系。2018年6月在法国巴黎Ecole Polytechnique“cellmigrationinhealthanddisease”暑期学校进修。2016-2017年作为骨干成员参与膜生物学国家重点实验室自主研究课题与科技部国家重点研发计划。担任2017年北京市第一届Advanced Fluorescence Microscopy Workshop培训讲师。曾获得2017年奥林巴斯杯全国显微成像大赛奖项以及2019年IMICRON杯全国显微摄影大赛一等奖和二等奖。目前以独立一作身份发表SCI文章2篇，合作文章4篇。博士后期间利用超分辨率荧光成像、超分辨光电联合成像等技术研究细胞内精细动态过程、以及癌症发生机制。

报告题目7：Inhibition of Polydimethylsiloxane Gas Permeability Enhances Cell Viability: the Smallest Live Cell Imaging Equipment

Theactive fluidic devices integrated with polydimethylsiloxane (PDMS) membrane valves have received great attention thanks to their compacities in automating the liquid manipulation process with nanoliter volume and milli-seconds time accuracy. The application of active fluidic chips has, however, been hindered due to the difficulties in maintaining healthy culture environments for various types of cells. In this study, we systematically investigated the factors, which may affect cell viability in PDMS-based fluidic chips, including temperature, gas composition, humidity and chip dimension. We identified that the evaporation-caused gradient of nutrients at the cell-PDMS interfaces plays crucial roles in inducing cell dysfunction and death. The negative effects caused by the porous nature of PDMS material can be inhibited when the whole chip is submerged under a water layer. Based on these results, we produced an active fluidic device, which is ~ 2000 times smaller than the conventional culture devises and provides self-sustained culture conditions. Using neural stem cells (NSCs) and other cell types as examples, we demonstrated that the fluidic-chip-based culture device is suitable for conducting various biological and biomedical studies. Furthermore, the small volume and cost-effectiveness of the presented active fluidic chip provide great opportunities for developing household and point-of-care devices to conduct complex experiments such as high throughput drug screening.

报告人简介

张策，西北大学光子学与光子技术研究所教授、博士生导师，多年从事微流、纳米流、活细胞显微成像、和单细胞/单分子自动追踪成像程序开发等方面的实验和理论研究。以第一作者/通讯作者在Science Advances, Biosensors and Bioelectronics, PNAS,等国际著名杂志上发表学术论文近40篇。主要研究成果包括：研发首个可以用于DNA单分子检测的微纳流芯片，从理论和实验上证实了应用微纳流芯片进行单细胞基因图谱和染色体结构研究的可能性；与芝加哥大学Savas Tay实验室合作，研发首个具备培养人体初代细胞/类器官能力，可自动完成复杂流体混合输送任务的高通量微流芯片，并申请美国专利。在西北大学期间，结合倒置荧光显微镜、活细胞显微培养系统和微流控芯片搭建具有自主知识产权的生物组织和细胞实时成像系统；构建集成了纳米、微米尺度功能结构和3D打印宏观尺度结构的多功能阀控芯片；并基于微流控芯片技术，构建了复杂的生物微环境条件（包括生物组织内的物理结构、动态物理和化学信号等）。

报告题目8：超快高分辨成像技术对血脑屏障胞转机制的研究

神经中枢系统由血脑屏障调控大分子的摄取及代谢，以维持其生理环境的稳定。血脑屏障主要由大脑毛细血管的内皮细胞构成，可以在短时间内进行大量的物质交换及运输，其精准靶向的策略、转运的分子机制、亚细胞层面上的动态信息具有较高的技术难度。本报告将介绍如何利用表面修饰的功能性纳米囊泡载体，特异精准的靶向血脑屏障并触发胞转作用。结合物理及细胞模型，利用超快高分辨成像技术（Resonant-STED）捕捉到胞转作用是在血脑屏障内皮细胞表面内陷行程管状膜结构的一个快速动态的过程。

报告人简介

田肖和，副教授。2008年毕业于安徽大学大学生命科学学院，获得学士学位；2010年毕业英国谢菲尔德大学材料工程学院，获得硕士学位；2013年毕业于英国谢菲尔德大学生物医学学院，获得博士学位。2013-2015年在在英国伦敦大学学院MRC医学分子病毒学研究中心做博士后研究工作。2015年6月入职安徽大学生命科学学院从事教学和研究工作。田肖和博士获中国发明专利十余项，发表SCI收录论文130余篇(h-index = 24)，包括Science Advances, Nature Communication, Advanced Materials、JACS、Angew. Chem等，是JACS、ACS Nano等多个杂志的审稿人。

报告题目9：活细胞双转盘共聚焦显微镜在细胞迁移中的应用研究

细胞迁移(cell migration)，也称为细胞运动，是细胞的基本功能之一，其在胚胎发育、血管生成、伤口愈合、免疫反应及肿瘤转移等过程中都起着关键作用。掌握细胞迁移机理，对阻止癌症转移、加速伤口愈合、异体植皮等医学应用有着极其深远的意义。我们基于微流控芯片技术、微纳加工方法，在体外重构细胞所处的物理、化学微环境，使用活细胞双转盘共聚焦显微镜研究细胞在此微环境中的极性和迁移行为，从而探索体内细胞迁移等动态行为的分子机制和物理原理，为疾病治疗提供指导方案。

报告人简介

刘妍君，复旦大学生物医学研究院和附属中山医院双聘教授，博导，2020年获得国际HFSP “人类前沿科学计划”青年科学家奖。2008年获武汉大学化学与分子科学学院博士学位。2008-2016年先后在法国巴黎高等师范学院（Ecole Normale Superieure，ENS）化学系微流控芯片实验室、法国居里研究所（Institut Curie）细胞极性与细胞分化系统生物学实验室开展多学科高度交叉科学前沿研究。多年来，一直致力于微流控芯片与生物医学交叉科学研究，主要应用微流控芯片模拟重构体内细胞微环境及精准调控细胞行为。迄今为止，在生物、物理、化学等3个不同一级学科顶级期刊Cell、Phys. Rev. Lett.、J. Am. Chem. Soc.等国际著名期刊上发表多篇SCI研究论文，并获得细胞生物学家、生物物理学及化学家的高度认可。研究发现了基于微流控芯片技术的细胞迁移新现象并阐明其机理，相关研究成果发表于Cell，并被该杂志Preview给予了高度评价。法国发行量最大的《Le Monde》（世界报）科学版专题报道、高度评价该研究成果，认为该研究开辟了基于微流控技术模拟构建体内细胞微环境、研究细胞迁移等生物学行为的先河。

报告题目10：高性能荧光探针的开发及其高分辨成像应用研究

荧光成像由于具有快速、灵敏及非侵入性等特点，近年来在材料及生命科学领域中扮演着越来越重要的角色。然而传统的荧光成像技术由于阿贝衍射极限的存在，无法实现在高分辨率下的快速及实时成像。随着STED、STORM及SIM等一系列高分辨成像技术的不断发展，高分辨荧光成像已经成为可能。然而，值得注意的是，相较于成像技术，高性能荧光探针的设计和开发也是高分辨荧光成像领域的关键和核心因素之一。基于此，近年来我们报道了系列在聚集状态下具有优异发光性能的有机荧光成像材料，并通过材料结构等的改变实现了其发光颜色和发光效率等性能的可控调节；此外，研究发现，构筑的系列有机荧光材料也具有优异的光学稳定性能及生物相容性能，因此在高分辨生物荧光成像领域中可以显示出较好的应用前景。

报告人简介

党东锋，西安交通大学化学学院副教授，博士生导师。目前主要从事有机光电功能材料的设计合成及其应用研究。近年来主持有国家自然科学基金面上项目、青年基金项目等国家及省部级项目10余项；以第一作者/通讯作者身份在Chemical Society Reviews、Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Chemistry of Materials及Chemical Science等国内外知名刊物上发表SCI收录论文31篇。2018年入选陕西省高校科协青年人才托举计划。

报告题目11：组织透明化与3D成像技术与应用

细胞是生命的基本单元。但是，不同的细胞如何有机的组合形成具有特定功能的器官却所知甚少，因此也一直是生命科学领域的重要研究课题。近年来，随着单细胞测序技术的飞速发展和广泛应用，不同器官中的细胞组成和功能逐步明确。然而，这些细胞之间的关系，特别是三维空间关系，仍然缺失，限制了我们完全理解正常器官功能与病变机制。组织透明化技术（Tissue Clearing）的最新进展，为我们破解这一难题提供了新的技术手段。组织透明化能将生物组织转变为在可见光波段完全透明的状态，使得直接用具有光切功能的显微镜（如共聚焦、双光子和光片显微镜等）精准测量厘米量级组织（器官）在三维空间的高分辨率（细胞、亚细胞尺度）结构成为可能。目前，组织透明化技术处于快速发展和不断完善的时期，新技术和新方法不断涌现。组织透明化技术与3D成像技术结合，在神经生物学、肿瘤生物学、胚胎学和临床病理诊断领域的应用都已经有报道，展现出重要的科学价值和临床应用潜力。本报告将重点讨论完整器官透明化与3D成像技术的最新进展及应用，特别是我们团队所提出的一些新思路和技术方法，重点介绍我们应用组织透明化与3D成像技术在血管网络成像、原位肠道菌群等领域的最新研究成果。最后，本报告将就下一代的组织透明化与3D成像技术提出我们的设想与思考。

报告人简介

李小卫，工学博士，上海交通大学生物医学工程学院副研究员，上海交通大学生物医学工程学院-尼康（仪器）超分辨成像联合实验室负责人，上海市闵行区“领军人才”。1999年毕业于武汉大学物理系，获学士学位；2002年毕业于中国科学院上海微系统与信息技术研究所，获硕士学位；2007年毕业于美国弗吉尼亚大学电子与计算机工程系，获博士学位。主要从事全组织3D高分辨率成像和超高分辨率成像技术开发与应用领域的研究，发表学术文章40余篇，申请专利30项（已授权13项）。

报告题目12：多光子活体显微成像制样及应用技术简介

多光子显微系统因其具备大深度、高分辨率、低光毒性、精准光学操作等独特优势，在显微活体成像中发挥着越来越重要的作用，近年来也被广泛应用于神经科学、免疫学、发育生物学、肿瘤学等各个科学研究领域。传统的多光子是滤片式的检测，对于应用研究存在一定的局限性，徕卡DIVE光谱式检测的多光子显微系统能够很好满足各种荧光成像，降低使用门槛。利用多光子显微系统进行活体成像，样品的制备是至关重要的第一步，我们总结了用于多光子显微活体成像各种类型的制样方式，通过这些制样模型，可以开展基于多光子的各种显微活体成像，极大的拓展多光子显微镜的应用，为活体显微成像提供更多可能性。

报告人简介

夏先园，徕卡显微镜应用专员，毕业于厦门大学生物化学与分子生物学专业，主要研究方向为肿瘤血管新生。毕业后于中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像中心从事多年显微成像相关工作，在双光子显微镜活体成像、组织光透明技术以及显微成像样品制备方面具有丰富经验。

报告题目12：超高分辨共聚焦显微系统在多学科领域的应用

西安交通大学分析测试中心于2018年初购置的超高分辨共聚焦显微系统，搭载了包括超高分辨显微STED系统、常规共聚焦成像系统、单光子检测系统、活细胞工作站等多个显微成像模块，在现有的软硬件基础上，我们积极开展多学科领域科研探索，对设备功能不断进行深度开发，实现了超高分辨共聚焦显微系统在生命科学、医学、材料学、化学及前沿交叉学科领域的应用，与校内外师生共同探索光学显微设备应用领域的宽度和深度，取得了一定的成效。

本报告将通过展示近两年来应用中心超高分辨共聚焦显微系统开展的多学科领域科研成果，分享我们在设备使用过程中获取的一些经验，为参会师生提供新的测试视角。

报告人简介

郝英，分析测试中心工程师，2017年毕业于空军军医大学（原第四军医大学），曾就职于中国人民解放军口腔医学研究所实验仪器中心，多年从事大型仪器设备管理工作，对光学显微系统、光谱类设备、基因测序仪等大型仪器设备的日常操作、维护和管理有非常丰富的实战经验，善于结合不同学科特点，深度开发设备功能，在大设备多学科交叉应用方面取得一定成果。目前主要负责西安交通大学分析测试中心超高分辨激光共聚焦显微系统及显微红外光谱仪的日常测试服务工作。