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数据库青衿奖专访 | 北京大学曹睿杰：坚持技术开源，相信暂时停滞是突破的“前奏”
当超分辨显微成像在活细胞观测中陷入“慢速度” 与 “强干扰” 的双重困境，中国激光杂志社第三届青衿奖得主、北京大学曹睿杰及其团队的研究给出了破局答案。作为光学与计算融合的典型践行者，曹睿杰坚持技术开源、助力国产化仪器自主创新。这位青年才俊以锲而不舍的科研追求，助力超分辨成像技术成为解锁生命奥秘、守护人类健康的强大工具。以下是采访问答：
睿杰你好！首先恭喜你获得第三届青衿奖。你的研究主要聚焦于先进显微成像技术，特别是在三维结构光照明显微成像方面取得了重要进展。能否先向大家介绍一下本次参评成果的核心内容及其创新点？
我的研究主要围绕三维结构光照明显微镜（3D-SIM）展开。传统3D-SIM技术在活细胞和深层组织成像中，面临重建速度慢和强离焦背景干扰两大瓶颈。我们提出的3D-SIM技术框架，旨在解决这些问题。其核心创新在于：
1. 成像速度的飞跃：我们搭建了基于数字微镜器件的三维超分辨成像光路，相对于传统空间光调制器的成像速度提4倍，同时通过空域/频域联合算法与GPU/CPU协同优化，将重建速度最高提升了800倍，同时计算内存需求降低了4倍。这使得毫米级高通量组织三维成像，从传统方法所需的近20小时缩短至约13分钟，为实现实时三维超分辨成像提供了可能。
2. 卓越的抗散射能力：我们提出了基于暗通道先验的通用荧光图像离焦背景去除技术，将显微图像的信背比和结构相似度提升十倍左右，极大地提升了分割精度并降低重建伪影。该技术除了应用于结构光显微成像以外，还广泛适用于宽场、共聚焦、光片、光场等成像技术，以及荧光涨落成像、解卷积/去噪、深度学习重建等计算方法。
这些工作已发表在Nature Methods和The Innovation等期刊上，相关硬件组件、控制程序、重建算法和成像数据均已开源，旨在推动超分辨成像领域的共同发展。
你的研究涉及光学设计、图像重建算法与多维数据处理，是典型的“光学与计算融合”方向。你认为这种交叉研究模式在推动成像性能提升方面发挥了哪些关键作用？
我认为“光学与计算融合”是突破传统成像技术瓶颈的必由之路。首先，单纯提升硬件性能往往面临物理极限和成本约束，而纯算法优化又可能受限于原始数据质量。将光学设计与计算处理深度融合，能够实现从光子采集到信息提取的全程协同优化，实现“1+1>2”的效果。此外，计算融合能够助力提取传统图像中难以直观观察的信息，例如通过偏振调制与图像计算，我们实现了荧光图像偏振偶极子取向解析，这为生物医学研究提供了更丰富的新维度信息。最后，通过计算方法的创新，可以降低对光学系统复杂度的要求，或提升现有设备的性能上限，让先进的成像技术更易于推广和应用。
你在席鹏老师的指导下完成了多项创新性研究。导师和课题组在科研思维、实验策略或学术视野方面给你带来了哪些影响？
我的导师席鹏教授在科研上给了我至关重要的指导。他常教导我们要有“顶天立地”的思维：“顶天”是指要瞄准国际前沿的科学问题，“立地”则是要脚踏实地，关注技术的实际应用价值，并致力于推动国产化科学仪器的自主创新。我们课题组开放、协作、共享的学术氛围也深深影响了我。例如，我们将开发的成像系统技术融合至国产偏振多模态超分辨成像系统和转盘共聚焦成像系统中，并坚持技术开源，就是这种理念的践行。
在博士阶段的科研经历中，你可能遇到过一些困难。能否分享一段印象深刻的挑战，以及你是如何调整方法或心态来解决问题的？
博士期间一个印象深刻的挑战是，在一次Java语言GUI界面的开发中，由于对Java语言的陌生以及现有资料的缺失，科研进度一度停滞。面对瓶颈，我做了几件事：
1.回归问题本质：暂时跳出复杂的代码和文献，从头开始梳理Java语言的内容和框架，学习基础知识。
2.寻求合作启发：主动与计算机学院专业软件开发的同学交流，他们的视角给了我意想不到的启发。
3.分解问题：将构建GUI框架的目标，拆解为更小的、可验证的模块进行逐个优化。
这个过程让我体会到，科研不仅是解决问题的过程，更是工程化的过程。有时，暂时的停滞恰恰是突破的前奏，也能为工作的进展奠定更好的基础。
对于想要参加青衿奖评选的学生，你有什么建议或经验分享？
基于我的体验，建议想要参评青衿奖的同学首先要清晰阐述你的工作解决了什么具体问题，与现有技术相比的独特优势何在；用直观的数据对比或应用案例来佐证。接着在准备报告时，注重逻辑性和叙事性。从背景、挑战、解决方案到应用前景，形成一个完整的故事链，让即使非本领域专家的评委也能听懂并产生兴趣。另外，要在答辩时保持自信、冷静；对于评委的提问，诚实回答，展现清晰的思维过程，若遇到不确定的问题，可以坦诚说明并给出自己的思考方向，这往往比勉强回答更好。
未来你最希望在科研方面取得哪些突破？个人的长期规划是什么？
我期望能在超分辨显微成像的应用方面取得突破，希望能够将技术应用于全脑图谱测绘、病理组织诊断等方面，为疾病机理研究和药物开发提供更强有力的工具。
长远来看，我将继续深耕先进显微成像技术领域，致力于推动成像技术的智能化、便携化和国产化，让这些强大的工具能更好地服务于生物学发现和临床诊断，为祖国的科技自立自强和人类健康事业贡献自己的一份力量。
采访、编辑 | 徐睿
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