5月中下旬，準備了3個多月的纪伟镜、關於高端科研儀器的追求之极香山科學會議圓滿召開，參與會議籌備的显微限新学网紀偉回到研究所，又鑽進了一棟位於角落的闻科平房。這裏以前是微個鍋爐房，由於防振條件較好，纪伟镜被改造成了精密光學儀器實驗室，追求之极也是显微限新学网他最常待的地方。

紀偉是闻科中國科學院生物物理研究所（以下簡稱生物物理所）研究員，曾是微正高級工程師。通常，纪伟镜這兩個職稱的追求之极頭銜不會一起出現一個人身上，但在紀偉身上，显微限新学网工程開發和基礎研究兼而有之，闻科二者和諧又統一。

近日，紀偉獲得了第五屆中國科學院“科苑名匠”稱號。

  ?

紀偉 受訪者供圖

從“慢半拍”到“快半拍”

2015年，當再一次與國際同行的競爭中錯失了發表頂刊論文的機會，紀偉陷入了沉思。

從2010年博士畢業後留所工作，這樣的場景已經多次出現，團隊的數據剛整理出來、或是文章還在審稿中，國際同行的研究成果已經發表出來。這讓他感到很憋屈。

紀偉自認為科研思路沒問題，團隊執行力也很強，多年來他們研製改造的科研儀器，不僅能夠支撐生物物理所的研究需要，還能填補國內相關領域的空白。然而，一旦拿到國際舞台上去較量，總是慢半拍。

“一個重要原因是，我們儀器的關鍵核心部件需要進口，從有好的科學思路，到訂購進口零件搭建儀器來實現，至少需要半年時間。而國外同行‘近水樓台’，省下了這個時間，總是領先我們半拍。”紀偉對《中國科學報》說。

因此，在工作初期的9年中，他隻發了幾篇 “小文章”，沒有成果在“重量級”雜誌發表。

“要想追上國際同行的速度，就要比他們多想一步、多做一步，爭取‘快半拍’。”按照這個標準要求自己，紀偉需要付出更多的努力。此外，他主動出擊，把國內生產的光電器件通過改進用於生物顯微成像領域，比如通過跟蘇州一家激光器廠家近10年的磨合，使其產品基本取代同類型進口激光器。通過這些努力，紀偉逐漸追回了那半拍。

17世紀時，荷蘭科學家安東尼?菲利普斯?範?列文虎克用自製的顯微鏡，第一次觀察到了單細胞生物，人類從此打開了微生物學的大門。但光學顯微鏡分辨率因受衍射限製，一直保持在幾百納米，沒有突破。

直到300多年後的本世紀初，超分辨熒光顯微鏡被發明出來，獲得了2014年的諾貝爾化學獎，使人們可以在幾十納米的尺度上觀察亞細胞結構。不久後，冷凍電鏡單顆粒技術又獲得了2017年的諾貝爾化學獎，這兩項技術讓人們對生命科學的認識有了翻天覆地的變化。然而，這仍不能滿足科學家日益增長的細胞原位生物分子觀測的研究需要。

“做超分辨顯微鏡這類的高端儀器，對分辨率極限的追求是無止境的。我們生物物理所有個生物大分子國家重點實驗室，這裏的科研人員從事核酸、蛋白質等生物大分子的研究，這些生命活動的基本單元有著複雜精密的組裝結構，對分子觀察得越清楚，對生命奧秘了解的就越深刻。”紀偉說。

多年來，紀偉全身心撲到了對顯微鏡“微”之極限的追求中。

進一步突破光學顯微鏡分辨率

與電鏡相比，光學顯微鏡的透視能力是其最大優勢，如果能盡可能精細地獲取細胞內的三維結構，便能進一步探究其生理病理機製。這不僅能夠滿足基礎科研需要，也有助於臨床醫學的進步。

為了實現光學顯微成像極限的突破和高端科研儀器的自主可控，十幾年來，紀偉一直致力於單分子定位成像儀器技術研究。

在早期複製出獲得諾獎的、分辨率為20納米的單分子定位顯微鏡，填補了國內空白後，紀偉發現這個分辨率仍不能滿足生命科學研究的需要。

“分辨率還能不能進一步提高？”紀偉常常這麽問自己。

在中國科學院院士、生物物理所研究員徐濤的指導下，紀偉帶領團隊向更高分辨率的顯微鏡技術發起挑戰。

在攻關的2年多時間裏，紀偉等人麵臨的最大難題是單個熒光分子發光時間短，無法滿足相機高速成像的要求。經過團隊的反複討論與實踐，他們借鑒了爆炸物理實驗中的高速攝影策略，創造性地設計了基於諧振振鏡的幹涉條紋快速切換成像光路。

“這相當於我們給顯微鏡裝上了北鬥導航精確定位係統，用幾個幹涉條紋像‘衛星’一樣交叉定位熒光分子，得到高精度的細胞地圖。”紀偉說。

2019年，這一幹涉單分子定位顯微鏡的研發成果登上《自然·方法》，將基於寬場顯微鏡的XY方向成像分辨率提升至5納米以內。後來，他們又將Z方向分辨率也提升至5納米以內。

“在提高分辨率方麵，我們可以說做到了極致追求、事無巨細。”紀偉說，團隊經過多年努力，終於做到了國際領先，並圍繞這些技術申請多項專利，取得了自主知識產權。

既是“工程師”，又是“研究員”

在追求光學顯微鏡極致分辨率的同時，紀偉帶領科研團隊雙線並行，在冷凍電鏡原位成像方麵也取得了突破。

利用冷凍電鏡在“原位”觀察分子是近幾年新興的發展領域。這就像人類想了解野生動物，在其自然生存地進行觀察，遠比在動物園中觀察到的更加真實、準確，但前者實現起來往往更加困難。

為了實現原位觀察，人們發展了冷凍電子斷層成像技術，但電子束隻能透過約200納米的生物樣品成像，因此需要對細胞進行減薄處理。這相當於給冷凍電鏡配一把鋒利的“刀”，用這把刀可以從細胞中切出一張薄片，進而實現研究和觀察。

可是，如何保證這把刀能精準切出含有目標分子的薄片呢？經過多年的實驗研發，紀偉等也為這把刀裝上了“導航係統”，即為冷凍熒光導航減薄技術。

“茫茫人海中，想找到一個特定的人很難，但如果這個人在夜晚舉著火把，我們一下子就能找到他。同樣，我們在細胞內部，想找到特定的分子、進行切片也很難，但如果讓它發出熒光，就能輕鬆定位，實現精準切片。”紀偉解釋說。

做出這項成果，紀偉又多了一項“代表作”。2010年博士畢業後至今，他見證著我國高端科研儀器研發從跟跑到並跑、再到部分領跑的過程，更是其中的重要參與者。

在此過程中的2020年，是紀偉“打破常規”的一年。

從這年起，這位正高級工程師的頭銜換成了研究員、課題組長，從工程師成長為課題組長。這就意味著，他不僅能夠作為研究所科研平台人員、為基礎科研提供支撐作用，同時也可以成立課題組，帶領團隊進行高端科研儀器的自主研發和自由探索。

如今，紀偉帶領團隊正在對已有的顯微鏡係統進行工程化設計，努力將其打造成穩定易用的產品。

前不久的香山科學會議開完，讓紀偉很是感慨，“與會專家都覺得高端科研儀器的研發到了一個關鍵節點上，今後需要我們一起努力，使產業生態和產業鏈越來越完善，真正實現我國科研儀器技術的自主可控。”