李棟的手心有一塊多年的老繭，被他戲稱為光學(xué)工程師的“勛章”。
作為清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、北京納析光電科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱納析科技）創(chuàng)始人，李棟已在生物顯微成像領(lǐng)域深耕了近20年。
李棟開發(fā)的多模態(tài)結(jié)構(gòu)光超分辨顯微鏡、高時(shí)空分辨光片顯微鏡，以及合理化深度學(xué)習(xí)超分辨成像算法等技術(shù)方法，讓生物學(xué)家們得以用納米級(jí)的分辨率長(zhǎng)時(shí)程、高速地觀察活細(xì)胞。其成果在《自然-方法》刊發(fā)時(shí)，被同期發(fā)表的評(píng)論文章評(píng)價(jià)為“邁向分子水平活體成像的關(guān)鍵一步”。
為了讓更多生命科學(xué)現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，改變過去高端光學(xué)顯微鏡嚴(yán)重依賴進(jìn)口的局面，2021年李棟創(chuàng)立了納析科技。如今，納析科技研制的國(guó)產(chǎn)結(jié)構(gòu)光超分辨顯微鏡（Multi-SIM）已成為國(guó)內(nèi)用戶的首選。
李棟在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試Multi-SIM原型機(jī)。受訪者供圖
戴上高清“眼鏡”看細(xì)胞
顯微鏡學(xué)家對(duì)分辨率都有著極致追求。但李棟一直思考的是——要幫世界看見什么？
2002年，李棟考入浙江大學(xué)光學(xué)工程專業(yè)。開學(xué)第一課，在欣賞本系前輩們用自己研制的高速攝像機(jī)拍下我國(guó)第一顆原子彈爆炸的場(chǎng)面時(shí)，研究光學(xué)成像的種子就埋進(jìn)他的心中。
本科畢業(yè)后，李棟前往香港科技大學(xué)攻讀博士學(xué)位。在那里，他接觸到“生物光子學(xué)”這個(gè)新興學(xué)科，隨后開啟了光學(xué)顯微成像與生物醫(yī)學(xué)的交叉研究。在他看來，生命科學(xué)是各個(gè)學(xué)科的交匯點(diǎn)，蘊(yùn)含著無限可能。
2010年，在很多同學(xué)選擇熱門的微電子、無人機(jī)等領(lǐng)域時(shí)，李棟翻閱生物光子學(xué)領(lǐng)域所有頂尖學(xué)者的主頁，最終鎖定美國(guó)霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所，并前往該所教授埃里克·貝齊格的實(shí)驗(yàn)室做博士后工作。2014年，埃里克·貝齊格憑借超分辨率熒光顯微鏡摘得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)桂冠。
李棟回憶，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所有著濃厚的學(xué)術(shù)交叉氛圍，同一樓層有生物學(xué)各個(gè)方向的研究學(xué)者，他們的研究對(duì)象涉及線蟲、果蠅、小鼠等。在這里，李棟深切感受到，對(duì)于生物醫(yī)學(xué)研究而言，除了分辨率，成像時(shí)長(zhǎng)和成像速度同樣重要?！耙诒３旨?xì)胞活性的狀態(tài)下，突破空間分辨率極限，并連續(xù)捕捉亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)變化過程?！?span style="display:none">OaW即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
由于電子顯微鏡無法觀測(cè)動(dòng)態(tài)活體的細(xì)胞，李棟把目光轉(zhuǎn)向了擅長(zhǎng)觀察活體細(xì)胞的光學(xué)顯微鏡。但受限于“阿貝衍射極限”，光學(xué)顯微成像技術(shù)發(fā)展一度舉步維艱。
什么是“阿貝衍射極限”？通俗來講，光學(xué)顯微鏡分辨率的極限，大約是可見光波長(zhǎng)的一半。以可見光中波長(zhǎng)最短的藍(lán)紫光計(jì)算，就是波長(zhǎng)400納米的一半，即200納米。這個(gè)分辨率，遠(yuǎn)不足以看清百納米級(jí)別的細(xì)胞器，甚至連幾納米、幾十納米的生物大分子也看不清。
很長(zhǎng)一段時(shí)間，李棟陷入突破衍射極限分辨率與保持細(xì)胞活性無法兼得的困境中。一個(gè)高中時(shí)期的公式，給了他巨大的靈感：兩個(gè)正弦函數(shù)相乘，波函數(shù)的頻率會(huì)增加。給出兩個(gè)不同顏色的光源，讓它們的波峰互相疊加，從而突破原有的極限，就能大大提高分辨率。
通過長(zhǎng)達(dá)兩年的系統(tǒng)模擬和光路搭建，李棟終于開發(fā)出新的非線性結(jié)構(gòu)光超分辨活細(xì)胞顯微鏡系統(tǒng)，僅需利用標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)元件，優(yōu)化不同波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)照明的周期，即可補(bǔ)償不同波長(zhǎng)之間的色差，并開發(fā)出相應(yīng)的高效校準(zhǔn)流程，使“結(jié)構(gòu)光激活、結(jié)構(gòu)光激發(fā)”的思路得以在工程上實(shí)施。
2012年圣誕節(jié)前后，美國(guó)多地暴雪，窗外到處是積雪。實(shí)驗(yàn)室里，李棟正安靜地測(cè)試這一新技術(shù)方案，興奮中夾雜著一絲緊張。
顯微鏡下，從左到右，從衍射極限分辨率100納米再到60納米，細(xì)胞內(nèi)微絲骨架的脈絡(luò)逐漸清晰，猶如高度近視的人戴上了高清“眼鏡”，眼前的細(xì)胞世界一下從模糊變得清晰且動(dòng)態(tài)。
“成功了！”看著屏幕上的變化，李棟難以抑制心底的欣喜，索性把對(duì)比圖最大化，當(dāng)作電腦的屏保。
李棟首創(chuàng)的高數(shù)值孔徑非線性結(jié)構(gòu)光照明顯微鏡技術(shù)，一舉突破了當(dāng)時(shí)結(jié)構(gòu)光顯微技術(shù)分辨率僅能提升兩倍的局限，以對(duì)細(xì)胞傷害最小的方式，把活細(xì)胞高速成像的光學(xué)分辨率從200納米提高到60納米。
2015年《科學(xué)》以封面文章形式刊登了這一歷史性進(jìn)展。埃里克·貝齊格也稱贊這項(xiàng)工作是“英雄般的實(shí)驗(yàn)”。
在這之后，原本停滯不前的結(jié)構(gòu)光學(xué)顯微鏡研究突然蓬勃發(fā)展起來。李棟的工作讓同行們看到了這條路上的“光”。
一件更加“冒險(xiǎn)”的事情
“我是二手生物學(xué)家?！崩顥澇３＿@樣“自嘲”。但在很多合作者看來，李棟“完全進(jìn)入了生物學(xué)領(lǐng)域”。
2015年，李棟回國(guó)組建了自己的團(tuán)隊(duì)。他希望幫助科學(xué)家們?cè)诩{米世界里看得更清、更全、更長(zhǎng)遠(yuǎn)、更立體。
不少人勸李棟創(chuàng)辦公司，把這項(xiàng)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室搬上“貨架”。對(duì)技術(shù)有著極致追求的他，總覺得還不到時(shí)候。
2018年，李棟開發(fā)的掠入射結(jié)構(gòu)光超分辨顯微鏡技術(shù)入選2018年度科技部中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。2019年，李棟獲得首屆“科學(xué)探索獎(jiǎng)”。隨后，就有投資人找到李棟，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)表現(xiàn)出濃厚興趣。
當(dāng)時(shí)，由于原有超分辨技術(shù)的瓶頸及其產(chǎn)品在市場(chǎng)反饋不及預(yù)期，幾家國(guó)外知名顯微鏡企業(yè)已經(jīng)停止相關(guān)顯微鏡的生產(chǎn)。2021年，李棟創(chuàng)立納析科技的初衷是，“提供高端顯微鏡的中國(guó)解決方案”。
2022年5月7日，納析科技為首批用戶交付了Multi-SIM。很快，西湖大學(xué)、北京協(xié)和醫(yī)院、清華大學(xué)、福建醫(yī)科大學(xué)等高校和科研院所相繼采購(gòu)了Multi-SIM。
讓國(guó)內(nèi)用戶選擇國(guó)產(chǎn)高端科研儀器并非易事。對(duì)于采購(gòu)者而言，這是一件更加“冒險(xiǎn)”的事情，“國(guó)內(nèi)儀器必須比國(guó)外儀器先進(jìn)半代到一代，用戶才有可能選擇?！崩顥澑嬖V《中國(guó)科學(xué)報(bào)》。
借助他開發(fā)的活細(xì)胞超高分辨率成像系統(tǒng)，一個(gè)個(gè)科學(xué)之謎被揭開：磷脂酶效應(yīng)器在基于環(huán)狀寡核苷酸的抗噬菌體信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)中的分子機(jī)制被揭示，成果發(fā)表于《細(xì)胞》；新型溶酶體分裂因子被鑒定，成果發(fā)表于《自然》；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣信號(hào)是決定自噬體形成的關(guān)鍵因子被揭示，成果發(fā)表于《細(xì)胞》……
除了Multi-SIM，納析科技還發(fā)布了超分辨光片顯微鏡NanoSlice、轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微SpinX以及圖像處理軟件DeepInsight等顯微成像解決方案。
“真正體現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值的，不僅僅是銷售額和市場(chǎng)份額，更重要的是助力科學(xué)家取得前沿研究成果。”李棟說。
從不刻意說服投資人
“求是、創(chuàng)新，簡(jiǎn)單做事、簡(jiǎn)單做人。”這是公司成立之初，李棟定下的企業(yè)文化，也是他的科研和為人準(zhǔn)則。
與市場(chǎng)交手4年后，李棟依然堅(jiān)持這一準(zhǔn)則。在他看來，應(yīng)對(duì)“復(fù)雜”的市場(chǎng)，“簡(jiǎn)單”或許就是最好的方法。
李棟的妻子是一名資深的產(chǎn)品經(jīng)理。她見過各類創(chuàng)業(yè)者，卻沒有見過像李棟這樣將對(duì)科學(xué)的純粹貫穿于企業(yè)經(jīng)營(yíng)的人。從研發(fā)、生產(chǎn)到售前和售后，李棟的標(biāo)準(zhǔn)都是幫助用戶解決科學(xué)問題。對(duì)于暫時(shí)經(jīng)費(fèi)不足或者有意向的科研用戶，只要設(shè)備充裕，李棟就會(huì)讓他們免費(fèi)使用半年到一年。其售后服務(wù)期限，也比國(guó)外知名供應(yīng)商多3到5年。
清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授俞立曾這樣評(píng)價(jià)李棟——“謙謙君子”“完全不忽悠”。因?yàn)?，李棟說到就一定能做到。
在市場(chǎng)環(huán)境并不樂觀的情況下，納析科技在創(chuàng)立第二年就獲得了天使輪融資，隨后獲得幾個(gè)大獎(jiǎng)，也吸引了更多投資人的關(guān)注。納析科技在2024年獲HICOOL全球創(chuàng)業(yè)者峰會(huì)暨創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)、第十二屆東升杯國(guó)際創(chuàng)業(yè)大賽特等獎(jiǎng)，在2025年獲第八屆中關(guān)村國(guó)際前沿科技大賽亞軍。
短短4年，納析科技已獲得三輪融資，交付40余臺(tái)超分辨顯微鏡。在李棟看來，融資過程是水到渠成的事。他從不刻意說服投資人，只是坦誠(chéng)地介紹技術(shù)路線、應(yīng)用場(chǎng)景，以及他對(duì)中國(guó)高端顯微成像儀器走向引領(lǐng)的樸素信念。
值得一提的是，蔡司、尼康等知名顯微鏡供應(yīng)商，也對(duì)李棟團(tuán)隊(duì)的超分辨顯微鏡技術(shù)表現(xiàn)出極大興趣，并聯(lián)合推出多款高端顯微鏡儀器。超分辨顯微鏡的全球市場(chǎng)版圖正在進(jìn)一步拓展。
在科研與市場(chǎng)并行下，李棟的生活時(shí)間被壓縮得越來越少。妻子買來打印生活照片的相機(jī)，也常被李棟用來打印細(xì)胞，生活影像墻上多半是細(xì)胞照片。對(duì)于李棟的選擇，她一直很支持：“如果他有機(jī)會(huì)和大家一起改變世界，我很期待他是其中的催化劑?！?span style="display:none">OaW即熱新聞——關(guān)注每天科技社會(huì)生活新變化gihot.com
《中國(guó)科學(xué)報(bào)》(2025-07-14第4版科創(chuàng))本文鏈接：http://www.enbeike.cn/news-8-5956-0.html“二手生物學(xué)家”造出國(guó)產(chǎn)高端顯微鏡
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