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人物 | 侯尚国:突破极限 “看”清微观世界的奥秘

2021.11.03

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显微镜的发明,帮助人类突破了肉眼极限,观察到姿态万千的微观世界,然而科学的旅程没有终点,历经一个多世纪的不懈努力,科学家们前赴后继,以新的技术手段拓展认知边界,使我们对生命的形态和活动有了更加深刻的理解。侯尚国和他的团队将继续在这条无止境的道路探索前行,为分子尺度上的方寸天地留下清晰的生命影像。他相信,唯有保持科研的初心,沉下心来,才能闯过一个又一个难关,不断迎接未知的挑战。

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侯尚国

深圳湾实验室系统与物理生物学研究所 

特聘研究员


侯尚国课题组主要从事高时空分辨三维光学显微成像方向研究。研究方向包括:

1.开发高时空分辨三维光学成像技术;

2.开发多尺度三维成像技术;

3.高时空分辨三维成像技术的生物学应用。


01 照亮“分子演员”的活动

借助光学显微镜,科学家们得以突破人类肉眼的极限,探究微观世界的奥秘。而传统的光学显微镜,仍然存在一个光学衍射极限。2014年诺贝尔化学奖颁发给了超分辨率荧光显微镜技术,三位获奖的科学家使用荧光分子,巧妙地绕开了传统光学极限问题,突破性地将生命科学的研究视野带入了纳米维度。

科学探索的脚步永不停歇,如果说超分辨成像技术是在给单个生物分子拍摄高清照片的话,我们现在的研究目标就是要给它们录制高清视频。从静态的观察,到动态的实时追踪,这是一个不小的挑战。如何实现呢?我们使用了激光来锁定目标分子,让激光去追随生物分子的运动,就好像是舞台剧中的追光灯跟着演员走一样。但一场戏剧表演中登场的演员众多,观众的视角也很难注意到每个人的表现,在显微成像中也同样如此。时间分辨率、空间分辨率和视野大小是互相制约的。要想得到更高的时间分辨率和空间分辨率,只能牺牲观察视野的大小。所以我们采取的策略就是用追光灯只照亮“明星演员”,并且随之移动变化,这样我们不仅可以看清楚这位“演员”的妆容,还可以记录“演员”的每个细微动作。

这就是我们研究的实时三维单分子示踪成像技术,我们不仅做到了极大拓展单分子成像的范围,示踪时长也较之前报道的技术提升了100倍。目前世界上从事这个研究方向的课题组并不多,但是可以说应用前景非常广阔。通过我们的显微镜可以把细胞里动态的相互作用事件看得更清楚。比如说,一个病毒在感染细胞的时候,是怎么从溶液中转移到细胞膜上的,到了细胞膜上之后它又是如何寻找靶点进行侵入的。通过我们的显微成像技术就可以把这些动态过程给拍摄下来,并且是在三维上有着纳米级的空间分辨率和毫秒甚至微秒级的时间分辨率,从而帮助研究人员对细胞内部结构和生理过程有更深入的认识。


02 眺望科学前路永葆初心

我认为做科研最重要的品质是两个心,一个是保持初心,一个是静得下心。虽然从小就有一个做科学家的梦想,但直到博士阶段我才意识到自己真的可以选择科研这条道路,这得益于我的导师樊春海院士。对于不同专业背景的学生,他主张因材施教,鼓励大家自由成长,充分挖掘科研的兴趣。对学生的每一次尝试和决定,他总是予以全力支持。在他的影响下,我渐渐明确并坚定了自己的科学理想和研究目标,在博士毕业后,选择了继续出国深造。

当然,科学的道路向来都是崎岖的。2015年我加入杜克大学,与导师Kevin Welsher教授一起开发全新的光学显微成像技术。这个项目在当时仍是无人区,我们对最终能否成功没有十足的把握,每天都在着手解决问题,而新的问题又会不断出现,感觉就像是在玩无穷无尽的闯关游戏,看不到尽头。但是我坚信,每个问题背后都有相应的解决办法,重要的是面对困难要沉下心来,专注于当下,一关一关地闯,像那部电影《当幸福来敲门》中主人公一样,无论现状多么困难,都不要轻易放弃自己的追求。终于,历经一年多的攻关,我们的项目取得了阶段性成果,看到了曙光。


03 为国内高端科研仪器研发贡献力量

如果用三个词来评价深圳湾实验室的科研氛围,我觉得是开放、自由与合作。在深圳这个充满活力的城市有这样一个年轻的、蓬勃发展的实验室,我认为是青年科学家开启独立科研事业的一个好的选择。实验室PI的研究背景各不相同,为开展交叉学科研究提供了便利条件。实验室也给予了科研人员较大的支持力度,这里拥有一流的仪器设施和科研服务平台,给大家提供充分的物质基础保障。科研人员也获得了充分的自由度,有足够的发挥空间去做自己想做的科研。这里的行政支持也非常高效,让科研人员可以把更多的精力放在本职工作上。

我希望可以尽快建立起一个完善的研究团队,把自己现在的一些科研想法付诸实践。未来,在保持课题组特色研究方向的前提下,我想要做出更多原创性的工作,把研究团队打造成世界一流,也期待我们的显微成像方法能够为更多实验室所用,为我国的高端科研仪器事业贡献一份力量。


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课题组长简介

侯尚国博士,现为深圳湾实验室系统与物理生物学研究所特聘研究员。他于2010年在苏州大学获学士学位,2015年博士毕业于中国科学院上海应用物理研究所,2015-2021年在美国杜克大学任博士后、助理研究员。侯尚国博士的研究领域是高时空分辨三维成像,针对不同尺度的分子和细胞体系,发展了一系列的三维成像方法,用来研究各种不同体系和条件下的生物分子与细胞之间的相互作用,包括:1) 建立了一种高速实时三维单颗粒示踪显微成像方法;2) 发明了一种用于非均一速率生物动态过程的自适应精度三维示踪成像技术;3) 发明了一种实时三维单分子示踪显微成像技术,示踪时长相比与之前报道的技术提升了100倍。其研究成果发表在Nature Communications, Small, Optics Letters, Optics Express等国际一流期刊。他的研究工作被Nature Photonics、Nano Today、ACS Nano等权威杂志正面引用,并多次被Phy.org、Duke Research 等学术网站报道。


荣誉奖励

2020 杜克大学Fitzpatrick光子学研究所杰出博后讲座奖

2019 杜克大学杰出博后提名奖

2015 上海市优秀毕业生


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文字统筹 | 姬 二 鍮 鍮

绘画 | 白 白

视频 | 姬 二 鍮 鍮

编辑 | 鲍 啦