诺奖之花结硕果 超分辨成像显神威

　　—— 记北京大学席鹏教授与艾锐科技的国产替代创新之路

　　2014 年，超分辨荧光显微技术摘得诺贝尔化学奖，三位科学家的开创性贡献，突破了光学显微镜的衍射极限，将观测精度推向纳米尺度，为人类窥探微观生命世界打开了全新窗口，成为生命科学、生物医药等领域研究的核心利器。时隔 10 年后，让人惊叹的是，真正让超分辨成像技术发扬光大的是中国人，中国在全球超分辨成像市场已占据极高份额。近日，分析测试百科网采访了师从诺奖得主 Stefan Hell 教授的席鹏教授，听他详解中国超分辨成像技术的自主创新与产业化突破：他带领北京艾锐精仪科技有限公司打造的世界独创 Polar-SIM 偏振结构光超分辨系统，以独特优势定义行业新标准；与此同时，国内首款转盘共聚焦系统Nova-SD的推出，打破了另一大核心技术的国外垄断，让国产高端显微镜实现从“跟跑”到“并跑”再到“领跑”的跨越式发展。

席鹏，北京大学未来技术学院生物医学工程系主任 艾锐科技首席科学家

　　师出名门，深耕超分辨，筑牢科研创新根基

　　席鹏教授的超分辨科研之路，始终与诺奖技术一脉相承。1998 年，他踏入中国科学院上海光学精密机械研究所攻读博士学位，自此扎根光学工程领域；毕业后，先后在香港科技大学、美国普渡大学、美国密歇根州立大学开展博士后研究，深耕共聚焦层析光谱、共聚焦显微成像、双光子成像设备研发，期间独创脉冲压缩技术，将双光子脉冲宽度压缩至 10 飞秒，远超当时业界 100-200 飞秒的普遍水平，极大提升双光子激发效率，为后续超分辨技术的研发积累了深厚的技术功底。

　　2008 年归国后，席鹏教授于 2009 年远赴德国马普研究所，师从 2014 年诺贝尔化学奖得主、超分辨成像技术奠基人 Stefan Hell 教授开展访问研究，深入钻研超分辨成像技术的核心精髓。这段师出名门的经历，让他得以站在世界超分辨技术的最前沿，洞悉技术发展的底层逻辑与未来趋势——超分辨技术的核心价值，在于突破物理极限，让人类能够直接观测单个分子的相互作用、追踪细胞内的动态过程，这不仅是显微镜技术的革命，更是生命科学研究的“放大镜”与“导航仪”。归国后，席鹏教授加入北京大学，搭建起国内首个STED 超分辨显微成像系统，成为国内首位将超分辨技术引入中国的学者，为我国超分辨成像领域的发展开辟了全新赛道，也让中国的超分辨研究从一开始便与世界前沿同频。

　　在数十年的科研深耕中，席鹏教授始终走在超分辨领域的前沿，发展了多种 STED/SIM/ISM 超分辨显微技术，开创偏振结构光超分辨成像体系、研发开源三维超分辨重构平台 Open-3DSIM、提出三角光束干涉显微技术 (3I-SIM)、构建多细胞器同时超分辨成像新范式等。一系列原创性成果接连发表于《Nature》《Nature Methods》《Nature Photonics》等国际顶级期刊，他也成为当之无愧的中国超分辨技术奠基人。作为北京大学未来技术学院博雅特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、科技部重点研发计划首席科学家，同时身兼美国光学学会会士、国际先进材料学会会士，席鹏教授始终坚信，顶尖的科研技术唯有落地产业化，才能真正发挥普惠价值，而这一理念，也成为他创立艾锐科技、推动超分辨技术国产化的核心初心。

艾锐发表的顶刊文章：引领超分辨技术发展

　　独创Polar-SIM 让超分辨成像更好用

　　2020 年末，北京艾锐精仪科技有限公司正式注册成立，席鹏教授带领团队开启了超分辨成像技术国产化、产业化的征程，将数十年的科研积累转化为实实在在的产品，让诺奖技术在中国绽放出独树一帜的创新之花：世界独创的 Polar-SIM 偏振结构光超分辨系统，成为艾锐科技的拳头产品，也让中国在超分辨成像技术领域拥有了属于自己的核心竞争力。

　　超分辨成像技术主要分为 STED、STORM、SIM、ISM 等多个分支，各有优劣，却也存在着难以规避的技术短板：

　　•  STED 技术依赖环形光擦除，虽能实现50nm的高分辨率，但光毒性极强，成像深度仅几微米，且成像速度慢（约 0.1Hz）、多色成像困难，无法适配活细胞观测；

　　•  STORM 技术基于单分子定位，分辨率约20nm，却需要密集染色与特殊可开关染料，成像速度极慢（约 0.001Hz），单帧成像需分钟级别，难以捕捉活细胞动态过程，且对样品制备要求苛刻；

　　•  ISM 技术虽活细胞友好、成像深度较深（可达几十微米），但分辨率仅约 140nm，成像速度相对有限（约 1Hz），难以满足高精度、快速成像的需求。

　　由此可见，传统的超分辨技术很难同时实现：高通量、高分辨率和活细胞友好性；显而易见，研究者们在获得超分辨的同时，希望速度更快、并能观测活细胞。

艾锐 Polar-SIM偏振结构光超分辨系统

　　艾锐推出的Polar-SIM偏振结构光超分辨系统，一举攻克了传统超分辨技术的诸多短板，更凭借世界独创的偏振模态，在几乎所有性能上超过传统的SIM，尤其在活细胞分析领域，堪称“黄金利器”。作为世界上唯一具备偏振模态的结构光超分辨设备，也是国产 SIM中可唯一集成偏振、共聚焦技术的标杆产品，Polar-SIM 实现了全方位的性能突破：

　　•  Polar-SIM在结构光照明显微术（SIM）基础上，创新性地引入偏振光学调制技术，成功突破传统SIM的分辨率极限，实现约 60 nm 的超高分辨率，可清晰捕捉生物大分子、细胞器的精细微观结构；

　　•  在成像速度上，最高可达 586 帧/秒，是传统SIM的数十倍，是STED 技术的数千倍、STORM 技术的数十万倍，能精准捕捉活细胞内的动态生命过程，如神经递质释放、蛋白质相互作用等；

　　•  在光毒性上，Polar-SIM 采用低强度激发与智能算法优化，实现了低光毒性、活细胞友好的特性，可支持长达数天的长时程动态观测，解决了 STED、STORM 等技术无法应用于活细胞研究的核心痛点；

　　•  在成像视野上，100 倍物镜下视野可达 130×104μm²，大视野下边缘光强一致性优异，大图拼接无拱形拼缝，满足大尺度样品的观测需求；

　　•  在模态与功能拓展上，26 种解析模态可灵活适配活细胞动态观测、分子互作分析等不同科研场景，再搭配独创的偏振技术，可实现分子排列、微环境粘性与大分子拥挤度的精准检测，为科研人员解锁了微观生命观测的更多维度。传统超分辨技术只能“看到”结构，而Polar-SIM还能“分析”结构背后的分子状态与微环境特性，让科研从“观测”走向“解读”。

偏振结构光超分辨成像Polar-SIM示意图

　　更值得一提的是，Polar-SIM 搭载了席鹏教授团队自主研发的 Airy-SIM 高保真算法、Dark 去背景处理算法、MRA 物理保真反卷积算法，可在 200 个光子的极弱光条件下实现无伪影重建，大幅提升图像信噪比与保真度。如今，Polar-SIM 已成为国内科研实验室的优选设备，助力众多科研人员在《Nature Methods》《Nature Communications》《PNAS》等国际顶刊发表研究成果，彰显了中国超分辨成像技术的硬实力。

　　Nova-SD打破国外垄断 让转盘共聚焦人人可用

　　如果说 Polar-SIM 让中国在超分辨成像领域站上了世界前沿，那么席鹏教授带领团队推出的国内首款 Nova-SD 转盘共聚焦系统，则实现了另一大核心显微成像技术的国产突破，打破了该领域长期被国外品牌垄断的市场格局。

　　相较于超分辨成像设备，转盘共聚焦设备因技术成熟、层切能力强、应用场景广泛，成为生命科学研究中的通用核心设备，市场需求量巨大。然而，长期以来，这一市场被国际巨头主导，核心技术被垄断，国内实验室只能高价采购，设备适配性、后期服务均受诸多限制，成为制约国内科研发展的又一痛点。

　　针对这一行业难题，席鹏教授带领艾锐科技团队，完成了中国原创、性能超越同类竞品的转盘共聚焦显微成像装置的全自主研发与产品化，2024年推出国内首款 Nova-SD 转盘共聚焦系统，一举打破国外垄断。这款产品突破了传统点扫描共聚焦的速度限制，成像速度可达2000帧/秒，远超行业10赫兹的平均水平，视野达25mm，照明匀度90%以上，信噪比更优，成像质量比肩国际顶级产品；独创二向色镜切换装置和新材料盘片，支持双区转盘切换，可灵活适配厚/薄样品观察，尤其适合神经钙成像、活细胞动态观测等高频应用场景。2025年推出二代产品 Nova-SD 200，进一步实现超低背景，支持双相机和更灵活的多色成像，性能再上新台阶，成为国产转盘共聚焦设备的标杆。

艾锐II代 共聚焦系统Nova-SD 200

　　为了让转盘共聚焦技术更快、更广地普及到国内各个科研实验室，艾锐科技打造了极具适配性与普惠性的产品模式：针对已有荧光显微镜的科研客户，可直接采购艾锐的转盘模块进行升级，无需更换整机，大幅降低科研成本，让更多实验室能够用上高端转盘共聚焦技术；同时，艾锐科技凭借核心技术优势，成为国际知名共聚焦企业的 OEM 模块供应商，为其提供高性能的转盘核心模块，通过技术赋能的方式，让国产转盘共聚焦技术融入全球供应链，实现更广泛的市场覆盖。这一创新模式，既发挥了艾锐科技的技术优势，又贴合了科研实验室的实际需求，让 Nova-SD 迅速成为国内科研市场的热门选择，推动转盘共聚焦技术的国产替代进入快车道，也让国产显微成像设备的赛道不断拓宽。如果说 Polar-SIM 让中国在超分辨成像领域站上了世界前沿，那么席鹏教授带领团队推出的国内首款 Nova-SD 转盘共聚焦系统，则实现了另一大核心显微成像技术的国产突破，打破了该领域长期被国外品牌垄断的市场格局。

　　80%国产化率 高性能赋能全行业

　　从世界独创的 Polar-SIM，到国内首款的 Nova-SD，席鹏教授与艾锐科技的创新之路，不仅实现了两大核心显微成像技术的国产突破，更构建了“整机+核心部件+定制化产品”的领先商业模式，秉持“化整为零，整机与核心功能部件齐头并进，灵活多模态产品组合” 的理念，成为行业内唯一能实现整机 & 核心部件定制化的企业，为科研与产业提供全方位、个性化的显微成像解决方案。

保持性能下，Polar-SIM支持国产激光器、显微镜、sCMOS相机，结合自研控制部件，整机国产化率超80%

　　艾锐科技的核心部件自研化率超 80%，整机国产化率超 70%，部分单模组国产化率达 100%，是国内唯一使用国产激光光源的 SIM 企业，既解决了核心部件“卡脖子”问题，又将设备成本控制在低于行业 30% 的水平，实现了“高性能+高性价比”的双重优势。同时，公司开发了 MagiCube 载物台式活细胞培养系统、QuadImage 成像分离器等配套核心部件，可与 Polar-SIM、Nova-SD 灵活组合，形成“偏振结构光超分辨+转盘共聚焦+活细胞培养+多色成像”的多模态解决方案，满足不同科研场景的多样化需求。如今，艾锐科技的产品已服务 436 + 课题组，Demo 机试用覆盖 14 个省份，成单转化率保持行业高水准，成为国内高端显微成像领域的中坚力量。

　　诺奖薪火相传，国产创新致远

　　从师从诺奖得主深耕超分辨技术，到带领团队实现技术自主创新与产业化；从打破超分辨成像的国际技术垄断，到突围转盘共聚焦的国外市场封锁，席鹏教授与艾锐科技的发展，是诺奖技术在中国落地生根、开花结果的生动写照，更是中国高端科研仪器发展的缩影。如今，中国在超分辨成像领域已占据了全球极高的市场份额，实现了从技术引进到自主创新、从产品跟随到技术领跑的跨越式发展，而艾锐科技的 Polar-SIM 与 Nova-SD，更是成为国产高端显微成像设备的标杆，让世界看到了中国高端科研仪器研发的实力。

　　谈及未来，席鹏教授有着清晰的规划：一是持续深耕核心技术，将荧光各向异性技术与超分辨、转盘共聚焦技术深度融合，解锁更多微观观测维度，让中国的超分辨技术始终走在世界前沿；二是布局高内涵成像与空间组学领域，推动超分辨技术与下一代高内涵成像结合，助力创新药研发，为药企更早发现药物的药理毒理作用提供核心工具；三是推动成像产品的自动化升级，未来三到五年实现全自动化操作，让科研人员实现 “放样即走”的黑灯实验室，大幅提升实验效率；四是拓展应用领域，将技术从核心的生命科学领域，延伸至医疗诊断（如三维病理诊断、皮肤内窥镜）和工业检测（如三维芯片缺陷检测）等领域，推动技术在医疗领域和工业领域的落地。

　　诺奖之花结硕果，中国创新谱新篇。席鹏教授与艾锐科技以技术创新为核，以国产替代为任，在超分辨成像与转盘共聚焦两大核心领域实现了双重突破，不仅让国产高端显微成像设备走进了万千科研实验室，更铸就了具有国际竞争力的中国精密仪器品牌。未来，随着更多核心技术的不断突破，更多国产产品的不断涌现，中国必将在全球高端显微成像领域书写更多精彩篇章，为生命科学研究、创新药研发、高端制造的发展注入源源不断的中国动力。

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