十月的燕园，北京大学工学院生物医学工程系的办公室里，席鹏教授的电脑屏幕上，正停着未关闭的超分辨成像演示幻灯片。

作为北京大学未来技术学院教授、博士生导师，同时也是艾锐科技的首席科学家，席鹏始终在「学术研究者」与「产品设计者」的双重身份间自如切换——一边是追求前沿突破的科研工作，一边需要对接科研一线的实用需求。对他而言，从实验室走向产业，并不是把一项技术复制出来那么简单。

深耕超分辨领域多年，他师从超分辨技术开创者、诺贝尔奖得主 Stefan Hell 筑牢技术根基，带领团队一次次刷新中国超分辨成像的精度边界，让这条追光之路，始终朝着 “让技术真正有用” 的方向扎实推进。

整场交谈下来我们发现，席鹏老师始终在思考的，远不止如何平衡双重身份，更是一个更本质的行业命题：一项前沿技术诞生之后，怎样才能不随论文的收尾、学生的毕业而「消失」？从超分辨成像的技术本源，到国产高端显微设备的产业突围，一套好用的光学系统背后，是整个国产光学产业链的协同生长。

 

 

科研中的“休止符”：一篇论文写完之后

在学术圈深耕多年，席鹏有一个格外强烈的感受：很多前沿技术，往往随着学生毕业就进入了 “休眠期”。

麓邦：您之前提到过一个观察——很多技术在论文发表之后，随着学生毕业就流失了。在您的经历里，这种流失具体是什么样的？

席鹏：确实是这样，学生毕业前要发表论文，论文的发表更像一个节点，画上了一个句号。学生走了，新的学生会做新的项目，之前这项技术很自然就画上了“休止符”。我们每次发文章，都是冲击世界最前沿的一两个技术指标，但学生一毕业，这个技术可能就消失了，我一直觉得这是非常遗憾的事。所以这也是 2020 年底我创办公司的初衷——希望通过产业的力量，把好的技术放大，让它能持续产生价值。

 

图1 席鹏教授接受麓邦采访现场

麓邦：2019 年您团队发表了 Polar-SIM 的技术论文，2020 年成立了公司，这一年里发生了什么，让您最终下定了创业的决心？

席鹏：其实不光是 Polar-SIM，之前很多发表的技术都有这个痛点。除非有合作方强烈要求，我们才会把系统重新捡起来继续做，但这个过程往往是重复“造轮子”—— 新学生要重新走一遍当年的弯路，很多隐性的经验没法完全传承。

另一个契机是 2020 年我获得了国家杰出青年科学基金。对我而言这不只是一个头衔，更是一份使命——有了更充裕的经费，我开始思考：是继续重复 “发论文、学生毕业” 的循环，还是找一个更好的 “放大器”，把技术长久地做下去？正好当时也找到了志同道合的合伙人，我们在海淀找了间很小的办公室，就开始了这段产业化的旅程。

 

图2 席鹏团队关于 Polar-SIM（偏振结构光超分辨显微成像） 的核心技术论文

 

小麓科普 | Polar-SIM 偏振结构光超分辨成像

传统结构光照明显微镜（SIM）通过条纹照明突破衍射极限，仅能提升空间分辨率。Polar-SIM 创新性地将偏振维度引入结构光成像，在实现超分辨的同时，还能提取分子的偶极取向信息 —— 相当于在 “看清分子在哪里” 之外，新增了 “读懂分子朝哪个方向” 的能力，将超分辨从单纯的空间成像推进到多维度信息感知层面。

 

麓邦：2020年当时国内高端显微设备的市场是什么样的？

席鹏：当时国内的龙头企业，产品大多集中在中低端的教学显微镜，很少涉足共聚焦、转盘、双光子、SIM 这些国际公认的高端显微领域。大家默认 “中国显微” 和 “高端仪器” 画不上等号。

我们做完 SIM 之后，又做了国内首个转盘共聚焦，国内的仪器厂商也很快跟进了高端方向。大家发现高端光学显微产品并不是遥不可及的。现在在结构光超分辨领域，国产仪器已经能做到 90% 以上的市场份额，这既是国内科学家对国产产品的信任，也是我们技术实力的证明。

麓邦：做学术发论文，和做具体的产品，对您来说最大的区别是什么？

席鹏：做学术像是“单点爆破”，把一两个指标做到全球「极致」，证明「突破」的意义就够了，后面的人可以顺着继续挖掘。但做产品不一样，就像一款手机不能只通话好，还要拍照好、系统流畅、生态丰富，它必须是个「多面手」，各个方面都要有均衡的表现，而不是只有一个长板的 “偏科生”。Polar-SIM 就是我们第一款从技术走向产品的代表。

麓邦：Polar-SIM 这项技术最初是怎么发现的？它最核心的价值是什么？

席鹏：其实是个意外的发现。做 SIM 的时候，我们需要把偏振方向和条纹照明方向调到一致，才能获得最大的条纹对比度。旋转条纹的过程中我们发现，对于偶极子分子，平行时最亮，垂直时完全不发光。我们就想：能不能把这个角度信息提取出来？

通过大量数学验证和生物样品验证，我们发现只需要 9 张 SIM 原始图像，就能完整提取出分子的角度信息和角度自由度。

最典型的应用就是神经膜周期性骨架（MPS）的结构解析。之前庄小威教授的经典工作认为，肌动蛋白（Actin）排列成环，血影蛋白（Spectrin）提供间距，是垂直的 “环 - 间距” 结构。但我们用 Polar-SIM 解析发现，二者其实是平行排列的结构。这项工作发表在《Nature Communications》上，《Nature Methods》还专门做了研究亮点报道。2023 年北大高宁教授用冷冻电镜也验证了这个平行组装的结论，证明了我们光学观测的正确性。

麓邦：从实验室原型到商用产品，过程中遇到过哪些意料之外的波折？

席鹏：太多了，最多的问题就是稳定性。 为了覆盖不同厚薄的样品，我们做了非常多的成像模态，还要支持至少 4 个波长的照明，功能越复杂，光学和机械上的问题就越多。比如实验室里调好的系统，到了用户那里，冬天没有空调，机架热胀冷缩，成像效果就打折扣。软件层面也是，每加一个功能，都可能和原有模块产生新的 bug。用户会拿国外成熟了十几年的产品来对比，说 “人家的怎么不死机”。我们的工程师只能日以继夜响应，快速定位问题、给出解决方案，也慢慢和用户建立了非常好的信任。

3I-SIM：给活细胞成像按下加速键

在 Polar-SIM 之后，席鹏团队又推出了 3I-SIM 技术，用三光束干涉的全新思路，再次刷新了结构光成像的速度极限。

小麓科普 | 3I-SIM 三光束干涉结构光照明显微镜

传统 2D-SIM 本质是一维条纹旋转三次采集，需要平移 + 旋转两个动作，限制了成像速度与稳定性。3I-SIM 采用三束激光干涉形成六角形二维结构光，无需旋转条纹，仅需 7 步相移即可完成一个周期扫描，成像速度提升 3 倍以上，配合 AI 重建算法可实现极低光剂量下的高质量成像，尤其适合活细胞长时程动态观测。

 

麓邦：最初是怎么想到用三光束方案的？中间有过哪些试错的过程？

席鹏：开始的思路其实很直接 —— 传统 SIM 靠一维条纹转三次，既要平移又要旋转，速度和稳定性都卡在这里。我们就想，能不能直接用二维条纹照明，一步到位覆盖两个维度？试过用 6 束光，实际验证下来发现，6 束光互相之间会产生额外的干涉，生成大量杂散光点，不仅不好求解，还会导致伪影过重、尾影明显，根本没法用于超分辨重建。 我们先在数学上验证了三束光的可行性，又做了仿真模拟光束的偏振角度配置 —— 两束光的偏振很简单，平行就行，但三束光的偏振匹配要复杂得多。最后验证下来，三束光反而是最优解：它们自身的干涉就能形成类似六束光效果的六角结构，天然是二维的，还避开了多光束干涉的杂散问题，用最简单的结构实现了最优的效果，最终能把成像速度推到 1697 赫兹。

 

图3 席鹏团队开发三角结构光照明显微镜成果 | 图源Nature Photonics

小麓科普 | 1697Hz 意味着什么
成像帧率的单位是赫兹（Hz），代表每秒输出的图像帧数。主流商用结构光超分辨的活细胞帧率通常在 50-200Hz，3I-SIM 最高 1697Hz 的超分辨帧率，相当于将时间分辨率提升了近一个数量级，足以捕捉囊泡运输、膜融合等毫秒级亚细胞动态；同时高帧率对应单帧曝光时间更短，可大幅降低光毒性，支持活细胞长时程连续观测。

 

麓邦：实现这项技术最大的难点在哪里？

席鹏：主要在周期调控上。二维阵列要保证整个视场光照均匀，不能有的地方照不到，也不能有的地方亮有的地方暗，整周期性是首要的。 正好我读博期间研究过六角光栅的泰伯效应，对六角结构的传播特性比较熟悉。和学生交流完很快就完成了仿真，发现用 7 步单向相移就能实现完整扫描。

小麓科普｜六角光栅的泰伯效应
泰伯效应（Talbot Effect）是一种光学自成像现象：当相干光照射周期性光栅时，会在光栅后方的特定距离处自动重现光栅的像。六角光栅的泰伯效应会形成二维周期性的光斑阵列，且可通过相位调控实现图案的平滑移动，是 3I-SIM 实现无旋转二维结构光扫描的核心物理基础。

 

麓邦：成像速度的提升，对于活细胞成像来说真正的意义是什么？

席鹏：速度提升带来的最核心价值，是更低的光毒性和更长的成像时长。我们搭配 3I-Net 深度学习重建网络，在极低光子剂量下也能高效重建，噪声还能进一步压制。曝光量少了、采集快了，就能拍更多帧数，观察细胞更长时间的动态过程。

麓邦：有没有具体的科研案例，能体现 3I-SIM 的独特价值？

席鹏：比如我们做的内质网（ER）和肌动蛋白（Actin）的互作研究。内质网像肥皂泡一样是软的，肌动蛋白是细胞骨架，像伞骨一样是硬的。用肌动蛋白结合蛋白把两者连起来，表达量稍高一点，软的内质网就会被硬的骨架拉成一模一样的形状，所以我们只能表达非常微弱的信号。 这种弱光、高速的动态观测，传统 SIM 很容易出严重伪影。但用 3I-SIM 配合 3I-Net 重建，全程看不到伪影，能清晰看到内质网高速管网形成过程中，肌动蛋白如何在上面产生、移动、形成稳定的互作网络。这些都是之前做不到的观测。

图4 席鹏教授展示内质网（ER）与肌动蛋白（Actin）的互作研究

开源与闭源之间：技术普惠的两条路径

麓邦：很多公司会把核心技术闭源保护，您的课题组却选择了开源硬件和算法。为什么会做这个选择？

席鹏：大多数科学家如果不避讳竞争，都会选择开源的路径。 我们课题组开源做得比较彻底：硬件上会给出完整的 BOM 清单，按配置就能搭出一模一样的系统；控制算法也全部开源，买台电脑就能连起来运行。有人写信问问题，我们也会详细解答、帮忙排查故障。我们走的是 “文章开源、技术开源、产品闭源” 的两步路线。 开源主要是面向科研同行，大家可以用我们的技术做研究、做验证。如果有竞争者想用到产品里，最多能从文章里得到一些灵感，不会直接套用我们的工程化技术。而且我们可以通过不同的开源协议来规范，商用需要付费授权，避免恶意整合。

麓邦：您说过，顶尖的科研技术唯有落地产业化，才能真正发挥它普惠的价值。怎么理解 “普惠” 这个词？

席鹏：普惠的核心，是让技术广泛地让大家都能用得上。实验室里的技术，要么特别昂贵，只有顶尖实验室靠人才和技术堆叠才能拥有；要么维护成本极高，得有博士生长期调试才能稳定出数据。这些隐形门槛，都限制了技术的普及。 做公司、做开源，都是在降低门槛。开源让科研同行能低成本验证技术，产品让不用懂光学的生物学家也能直接用好超分辨。高端仪器注定是小众的，但我们努力让市场往下沉一点，覆盖更多人。

麓邦：开源对于推动国产设备替代，有什么样的意义？

席鹏：意义非常大。首先，开源的技术更可靠、可重复，发表的期刊档次和传播影响力都会更高，相当于有学术公信力为技术背书。 其次，很多用户在买产品之前，已经通过开源技术了解了我们的实力，更愿意为拥有这项技术的产品买单。对于没有大量广告预算的创业公司来说，开源技术就是最好的触达用户的方式。

麓邦：您怎么看待麓邦这类国产光学元件企业，在国产替代浪潮里扮演的角色？

席鹏：麓邦起到了非常关键的助推器作用。 一个新想法诞生初期，大家都是半信半疑的。研究生做实验，经常会疑惑：到底是想法不对，还是系统搭得不稳定？这时候，一个稳定、可调的光机平台就至关重要。我们需要快速原型验证，快速把原型机搭出来，既要快，又要稳，才能尽快证明技术的可行性。 以麓邦为代表做出来的国产光机产品，能做到既可调又稳定，满足了很大部分的市场需求。现在很多光学领域的导师创业，搭建系统都是用标准化的可调部件组合，不用全部自己加工，效率高了太多。

麓邦：您有一个“轻快生活”（清快深活）的概念，可以分享一下吗？

席鹏：我们可以把成像的维度分成空间和时间，各自又有 “小” 和 “大”。空间上的 “小” 是分辨率高，要看得足够「清晰」；“大” 是视野大、成像「深」；时间上的 “小” 是成像速度「快」，“大” 是能长时程观测。 这些维度天然是一对对的矛盾，我们要做的就是平衡，把这个雷达图尽可能撑大。“轻快生活”，就是追求高分辨率、高速度、大视野、长时程的平衡，让活细胞成像既清晰又温和，既快速又持久。

 

图5 席鹏教授介绍成像技术“轻快生活”概念

麓邦：未来 3-5 年，您认为超分辨成像下一个值得突破的边界在哪里？

席鹏：我认为接下来很重要的方向是类器官成像。 现在美国 NIH 和 FDA 都在推动，减少或放弃传统的纯动物实验。过去新药研发从小鼠到猴子，最后用到人身上，可能有效也可能完全无效，副作用还不可控，失败案例非常多。如果用人源类器官 —— 用病人自己的细胞培养出和体内病灶一样的模型，就能在细胞层面快速验证药物的有效性和副作用，这会彻底颠覆传统的药物研发范式。 对应到显微成像上，我们需要实现大规模、高通量的类器官成像，这是一个全新的命题，我们团队也正在往这个方向推进。

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从论文里的技术突破，到科研一线的创新产品；从实验室里的单点探索，到全产业链的协同生长，席鹏的追光之路，正是中国高端显微成像行业发展的缩影。

“清、快、深、活” 是他为成像技术划定的坐标，而 “轻快生活” 则是藏在参数背后的科研哲学 —— 不困于单一的学术赛道，不囿于实验室的围墙边界，跨界探索、落地深耕。回到开篇那个始终萦绕的命题：一项前沿技术要怎样才不会随论文收尾、学生毕业而画上休止符？席鹏用自己的追光实践逐渐给出了答案：当技术不再只停留在实验室与期刊的页码里，真正走进更多真实科研现场，它就会持续生长，持续回应那些尚未被解答的科学命题。