□　徐芳芳

　　
　　
　　1670年代，荷兰代尔夫特市市政厅的一位看门人，向英国皇家学会邮寄了一封他自己的研究报告，报告中写到“大量难以相信的各种不同的极小的‘狄尔肯’它们活动相当优美，它们来回地转动，也向前和向一旁转动”，这份报告轰动了英国学术界。“狄尔肯”是拉丁文Dierken的译音，意即细小活泼的物体，就是我们今天所说的微生物，这是它第一次走入人类的视线。这一重大发现也使这位看门人成为英国皇家学会的会员，他就是荷兰显微镜学家、微生物学的开拓者安东尼·列文虎克。
　　显微镜无疑是人类各个时期最伟大的发明物之一，通过列文虎克的研究，它把一个全新的世界展现在人类的视野里，并在生命科学和医学研究中扮演了重要角色。然而，由光学的波动性带来的衍射极限导致显微镜分辨率无法提升的限制，也犹如悬在头顶的“达摩克利斯之剑”一般，限制了人类对于微观世界的进一步探索。数百年后，来自德国马克斯·普朗克生物物理化学研究所的斯蒂芬·赫尔研制出了超分辨荧光成像技术（以下简称“STED”），成功突破这一限制，为生命科学研究带来全新的观察尺度，他本人也因此荣获了2014年诺贝尔化学奖。
　　而斯蒂芬·赫尔的获奖也使得北京大学工学院的席鹏异常兴奋，因为他在2009年曾有幸追随斯蒂芬·赫尔学习STED技术，并于2010年在中国建立了首套STED超分辨系统。多年以来，席鹏一直孜孜不倦地从事着STED的研究及应用工作，积极思考这项新型超分辨技术在活细胞应用中所面临的问题。如今他在这一方面的研究也取得了不俗的成绩，成为国内公认的STED技术领航人。2018年12月，北京首届杰出青年科学基金项目名单公布，席鹏主持的“单细菌超分辨率成像与基因组测序”项目成功入选。谈及感受时，刚刚年满40的他轻描淡写地回答道：“一切都刚刚好。”该基金项目要求申请者具有一个国际化的科研团队，能够解决北京市的一个有挑战性的问题，且申请者年龄在40岁以下。而能够实现这个“刚刚好”，正是席鹏多年来不懈努力的结果。
　　
多年耕耘 不负青春
　　来自山西朔州的席鹏，本科时曾就读于山西大学电子信息工程系，正是在这里他初次接触到了光学，并被其独特的魅力所吸引。谈及光学的最初学习，他这样描述：“光学是看得见摸得着的东西，越研究你就会越喜欢。”确如他所说，光的很多现象都可以直观地从自然界真真切切地感受到，譬如光纤入户、大容量的光盘储存、激光笔等，光的应用在日常生活中越来越常见。
　　如果说兴趣是最好的老师，那么热爱就是强劲的动力之源。凭借对光学的无比热爱，四年中席鹏一直刻苦钻研并取得了优异的成绩，得到了老师们的一致认可，毕业时他顺利地被保送到中国科学院上海光学精密机械研究所，在信息光学实验室跟随周常河导师学习，取得了博士学位。期间，他和导师进行了一些光学方面纯理论性的研究，也利用大规模集成电路的制作工艺，制作了一些光的分束器件，如远场的达曼光栅等。特别是其制作的六角形分束的光栅，与传统正交二维光栅相比，效率要高出很多。这也为他进一步研究光学奠定了基础。
　　科研的道路永无止境。博士毕业后的席鹏在导师的推荐下来到香港科技大学电子工程系从事博士后研究工作。但这次的研究与以往不同，他开始将光学应用于生命科学研究，例如宫颈癌的良恶性分析。通过获取细胞组织的层析信号，利用自发荧光的光谱去分析癌症的良恶性。这种利用光学研究疾病的经历，让席鹏再次领略了光学应用的神奇之处。一年后，他又前往美国普渡大学、密歇根州立大学，继续从事相关的博士后研究工作。国外工作的经历开阔了他的眼界，也为他日后的研究带来了启发。从本科的入门学习到博士后的深入研究，10多年来，在光学及其应用方面持之以恒地钻研填充了席鹏风华正茂的青春。
　　
圆梦北大 科研再上高峰
　　机会总是垂青于有准备的人。2009年，北京大学工程院生物医学工程系正值发展壮大阶段，亟须高级专业人才。系主任任秋实教授曾与席鹏共事两年，深知他在光学及其应用方面的科研能力，于是向他发出了邀请。北京大学作为中国顶尖的高等学府之一，曾是无数学子心目中最向往的大学。少年时代的席鹏也不例外，北京大学曾是他高考的第一志愿，虽然当年与其失之交臂，但他心里一直有个北大梦。如今面对一个圆梦的机会，席鹏毫不犹豫地答应了，并以特聘研究员的身份来到了这一全新的平台，继续研究超分辨显微成像、生物医学光子学以及新型显微技术及其在生物医学中的应用。几年来，他和他的团队也取得了可喜的成绩。
　　譬如，低功率STED超分辨的实现，就是席鹏及其团队的重要成果之一。该成果曾被诺贝尔奖得主、斯坦福大学朱棣文教授等在2018年9月Nature Photonics上发表的研究论文中高度评价：“虽然单颗粒成像非常重要，研究单个UCNP的光学特性的工作目前仅有极少数。”STED（Stimulated emission depletion）技术，即受激辐射光损耗。传统的光学成像系统的分辨率受到系统点扩展函数大小的限制。STED通过在原荧光的激发焦点附近形成环状受激辐射，从而抑制荧光自发辐射，使得荧光点扩展函数周围被“擦除”而缩小，因此实现了超分辨。这一技术由于无需数学重构，不会造成图像重构假象而受到生物学家的广泛重视。然而，STED技术的主要应用也有局限，即它需要在亚细胞尺度的微区内形成受激辐射，因此所需的功率太高，无法实现长时间活细胞成像。
　　为了解决这一关键问题，席鹏首先将稀土纳米粒子上转换效应引入STED，实现了在30mW的低功率连续光照射下，28nm的超分辨显微。这一低功率超高分辨率技术将有助于揭示细胞在不同生命周期中的结构与功能变化、病毒入侵细胞的过程等。同时，由于上转换纳米粒子采用近红外光实现激发，使其可以在深层组织上实现三维超分辨。同时，为了实现不增加光强下的分辨率提升，席鹏及其团队将激光原理中的镜面反射驻波技术用于STED，实现了6倍的轴向分辨率和2倍水平分辨率的提升。利用这一技术，席鹏他们实现了对细胞核孔内层的挑战性突破，得到了19nm的分辨率，首次观察到了细胞核孔的内层精细结构和人类呼吸道合胞体病毒的核膜结构。这一技术创造了STED在生物样品中的分辨率新纪录。该工作已于2016年被Nature Photonics的主编Oliver Gradon以研究亮点形式进行报道，其中提到“本方法的一大优点是提升分辨率而不需增加光强，因为增加光强有可能对生物样本造成损伤”。
　　同样以研究亮点形式报道的还有席鹏及其团队提出的偶极子方位角超分辨，这一研究开辟了超分辨新维度。荧光超分辨成像的核心是，通过物理或者化学的方法将荧光分子区别开来，“绕开”衍射极限的限制。这就需要让荧光产生不同的辐射（如自发辐射和受激辐射），或者产生闪烁特性（时间分辨）。席鹏及其团队发现，由于荧光激发具有偶极子特性，因此确定偶极子方位角可以确定其所标记的生物蛋白的排布方向，从而可以得到另一维度的超分辨。通过对偶极子方位角进行旋转偏振激发与重建，席鹏提出并实现了荧光偶极子方位角超分辨SDOM。该方法能够区分两个相邻且同时发光的荧光分子的偶极子角度，从而开辟了超分辨的一个新维度。2016年Nature Methods以研究亮点形式对该项研究工作进行了报道，其中写道：“SDOM代表了一种非常令人振奋的方法，通过研究生物分子的角度来实现超分辨。”
　　
精诚合作 共同成长
　　近几年来，席鹏在超分辨显微成像领域开展了一系列原创性的工作，通过不同形式的光场调控，结合纳米荧光染料，发展了多种超分辨的新技术。其相关工作在Nature、Light: Sci. Appl.等期刊发表，并得到了包括Science、Nature Photonics、Nature Methods等期刊的引用和深入报道。同时，他的工作也得到多位诺贝尔奖得主如Eric Betzig、Stefan Hell、William Moerner、朱棣文、钱永健等人的引用与肯定。这些表明了席鹏的相关研究工作已经得到了国际与国内光学及显微成像领域专家的广泛认可。而这背后也离不开其科研团队及其合作者的有力支持。
　　谈及研究团队，席鹏用“小而精”来形容。2名博士后、6名博士生、2名硕士生共同组成了这支科研团队。人虽不多但经常能够做出一些比较有震撼性的成果，这离不开席鹏的正确引导也离不开高素质的团队成员。“北大有很好的学生，你只要稍微花点工夫在他们身上，他们就可以产生出非常棒的想法，彼此碰撞共鸣，产生更好的结果。”席鹏欣慰地说。作为高校教师，席鹏每周都会给本科生、研究生上课。他尤其注重培养学生们看问题的方法和扎实的基础学习，他认为：“有一个好的基础，以后你去研究什么问题都会豁然开朗。”遇到底子相对薄弱的学生，席鹏都会推荐一些专业书籍，使其将知识方面的缺口补上，为进一步地学习和研究做好充分的准备。
　　在科技高速发展的今天，与传统死记硬背的学习相比，席鹏在教学上更注重让学生们上手体会加深理解。譬如，在讲生物医学信号处理的卷积以及傅立叶变换时，他会让学生们在笔记本电脑上输入相关代码，这样可即时地通过电脑看到相应的图像以及响应的过程。利用计算机进行模拟并向学生们演示相关概念，不仅节约时间，也能加深理解，让学生们从中受到启发。
　　现代科研中，经常会需要多个研究学者的精诚合作来共同完成一个科研项目。尤其在北京大学这一优秀平台上，随着中国科研条件的不断增强，资源整合也变得越来越容易，很多时候都是一拍即合。曾荣获2015年澳大利亚国家级科研最高奖尤里卡奖的悉尼科技大学的金大勇教授，就是席鹏多年的合作伙伴之一。在席鹏课题组与金大勇课题组十几年的合作中，共同取得了一系列成果：实现了单个细菌灵敏度的超高灵敏检测，实现了寿命可调控的上转换纳米粒子，利用超分辨实现了28nm的分辨率等。在刚刚入选的北京杰出青年科学基金项目中，席鹏、金大勇将与北京大学生命学院白凡研究员一起，从具有高灵敏探测、超分辨显微、单细胞测序三个方向展开研究，一同挑战细菌抗生素耐药性的生成机制这一世界难题。特别是在北京这座超级城市，密集的人口更便于细菌的传播，抗生素虽然消灭了细菌的主力军，但也催生了超级细菌。席鹏及其合作者下一步的研究将为新世纪对抗细菌的战争提供新的研究技术与工具。
　　在科研转化方面，席鹏已与北京协同创新研究院合作，成功开发了国际先进的共聚焦三维皮肤成像系统和便携式皮肤交叉偏振成像系统。他们将最前沿的生物医学光子学成像技术引入在体成像中，实现无损影像诊断与精准诊疗，他们期望这些技术在不久的将来可以实现市场化，早日服务于医学界。
　　成功没有偶然，它是“天时、地利、人和”的精妙组合，更是多年付出的水到渠成。从事着自己热爱的职业，和志同道合的伙伴共同拼搏。对于未来，席鹏信心满满，他说：“我将在这一领域钻研下去，再接再厉，攀登下一座科研高峰。”