“二手生物學家”造出國產高端顯微鏡
李棟的手心有一塊多年的老繭，被他戲稱為光學工程師的“勛章”。
作為清華大學生命科學學院教授、北京納析光電科技有限公司（以下簡稱納析科技）創始人，李棟已在生物顯微成像領域深耕了近20年。
李棟開發的多模態結構光超分辨顯微鏡、高時空分辨光片顯微鏡，以及合理化深度學習超分辨成像算法等技術方法，讓生物學家們得以用納米級的分辨率長時程、高速地觀察活細胞。其成果在《自然-方法》刊發時，被同期發表的評論文章評價為“邁向分子水平活體成像的關鍵一步”。
為了讓更多生命科學現象被發現，改變過去高端光學顯微鏡嚴重依賴進口的局面，2021年李棟創立了納析科技。如今，納析科技研制的國產結構光超分辨顯微鏡（Multi-SIM）已成為國內用戶的首選。
李棟在實驗室調試Multi-SIM原型機。受訪者供圖
戴上高清“眼鏡”看細胞
顯微鏡學家對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，李棟考入浙江大學光學工程專業。開學第一課，在欣賞本系前輩們用自己研制的高速攝像機拍下我國第一顆原子彈爆炸的場面時，研究光學成像的種子就埋進他的心中。
本科畢業后，李棟前往香港科技大學攻讀博士學位。在那里，他接觸到“生物光子學”這個新興學科，隨后開啟了光學顯微成像與生物醫學的交叉研究。在他看來，生命科學是各個學科的交匯點，蘊含著無限可能。
2010年，在很多同學選擇熱門的微電子、無人機等領域時，李棟翻閱生物光子學領域所有頂尖學者的主頁，最終鎖定美國霍華德·休斯醫學研究所，并前往該所教授埃里克·貝齊格的實驗室做博士后工作。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獎桂冠。
李棟回憶，霍華德·休斯醫學研究所有著濃厚的學術交叉氛圍，同一樓層有生物學各個方向的研究學者，他們的研究對象涉及線蟲、果蠅、小鼠等。在這里，李棟深切感受到，對于生物醫學研究而言，除了分辨率，成像時長和成像速度同樣重要。“要在保持細胞活性的狀態下，突破空間分辨率極限，并連續捕捉亞細胞結構動態變化過程。”
由于電子顯微鏡無法觀測動態活體的細胞，李棟把目光轉向了擅長觀察活體細胞的光學顯微鏡。但受限于“阿貝衍射極限”，光學顯微成像技術發展一度舉步維艱。
什么是“阿貝衍射極限”？通俗來講，光學顯微鏡分辨率的極限，大約是可見光波長的一半。以可見光中波長最短的藍紫光計算，就是波長400納米的一半，即200納米。這個分辨率，遠不足以看清百納米級別的細胞器，甚至連幾納米、幾十納米的生物大分子也看不清。
很長一段時間，李棟陷入突破衍射極限分辨率與保持細胞活性無法兼得的困境中。一個高中時期的公式，給了他巨大的靈感：兩個正弦函數相乘，波函數的頻率會增加。給出兩個不同顏色的光源，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。
通過長達兩年的系統模擬和光路搭建，李棟終于開發出新的非線性結構光超分辨活細胞顯微鏡系統，僅需利用標準的光學元件，優化不同波長結構照明的周期，即可補償不同波長之間的色差，并開發出相應的高效校準流程，使“結構光激活、結構光激發”的思路得以在工程上實施。
2012年圣誕節前后，美國多地暴雪，窗外到處是積雪。實驗室里，李棟正安靜地測試這一新技術方案，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，細胞內微絲骨架的脈絡逐漸清晰，猶如高度近視的人戴上了高清“眼鏡”，眼前的細胞世界一下從模糊變得清晰且動態。
“成功了！”看著屏幕上的變化，李棟難以抑制心底的欣喜，索性把對比圖最大化，當作電腦的屏保。
李棟首創的高數值孔徑非線性結構光照明顯微鏡技術，一舉突破了當時結構光顯微技術分辨率僅能提升兩倍的局限，以對細胞傷害最小的方式，把活細胞高速成像的光學分辨率從200納米提高到60納米。
2015年《科學》以封面文章形式刊登了這一歷史性進展。埃里克·貝齊格也稱贊這項工作是“英雄般的實驗”。
在這之后，原本停滯不前的結構光學顯微鏡研究突然蓬勃發展起來。李棟的工作讓同行們看到了這條路上的“光”。
一件更加“冒險”的事情
“我是二手生物學家。”李棟常常這樣“自嘲”。但在很多合作者看來，李棟“完全進入了生物學領域”。
2015年，李棟回國組建了自己的團隊。他希望幫助科學家們在納米世界里看得更清、更全、更長遠、更立體。
不少人勸李棟創辦公司，把這項技術從實驗室搬上“貨架”。對技術有著極致追求的他，總覺得還不到時候。
2018年，李棟開發的掠入射結構光超分辨顯微鏡技術入選2018年度科技部中國科學十大進展。2019年，李棟獲得首屆“科學探索獎”。隨后，就有投資人找到李棟，對這項技術表現出濃厚興趣。
當時，由于原有超分辨技術的瓶頸及其產品在市場反饋不及預期，幾家國外知名顯微鏡企業已經停止相關顯微鏡的生產。2021年，李棟創立納析科技的初衷是，“提供高端顯微鏡的中國解決方案”。
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、北京協和醫院、清華大學、福建醫科大學等高校和科研院所相繼采購了Multi-SIM。
讓國內用戶選擇國產高端科研儀器并非易事。對于采購者而言，這是一件更加“冒險”的事情，“國內儀器必須比國外儀器先進半代到一代，用戶才有可能選擇。”李棟告訴《中國科學報》。
借助他開發的活細胞超高分辨率成像系統，一個個科學之謎被揭開：磷脂酶效應器在基于環狀寡核苷酸的抗噬菌體信號傳導系統中的分子機制被揭示，成果發表于《細胞》；新型溶酶體分裂因子被鑒定，成果發表于《自然》；內質網鈣信號是決定自噬體形成的關鍵因子被揭示，成果發表于《細胞》……
除了Multi-SIM，納析科技還發布了超分辨光片顯微鏡NanoSlice、轉盤共聚焦顯微SpinX以及圖像處理軟件DeepInsight等顯微成像解決方案。
“真正體現產品價值的，不僅僅是銷售額和市場份額，更重要的是助力科學家取得前沿研究成果。”李棟說。
從不刻意說服投資人
“求是、創新，簡單做事、簡單做人。”這是公司成立之初，李棟定下的企業文化，也是他的科研和為人準則。
與市場交手4年后，李棟依然堅持這一準則。在他看來，應對“復雜”的市場，“簡單”或許就是最好的方法。
李棟的妻子是一名資深的產品經理。她見過各類創業者，卻沒有見過像李棟這樣將對科學的純粹貫穿于企業經營的人。從研發、生產到售前和售后，李棟的標準都是幫助用戶解決科學問題。對于暫時經費不足或者有意向的科研用戶，只要設備充裕，李棟就會讓他們免費使用半年到一年。其售后服務期限，也比國外知名供應商多3到5年。
清華大學生命科學學院教授俞立曾這樣評價李棟——“謙謙君子”“完全不忽悠”。因為，李棟說到就一定能做到。
在市場環境并不樂觀的情況下，納析科技在創立第二年就獲得了天使輪融資，隨后獲得幾個大獎，也吸引了更多投資人的關注。納析科技在2024年獲HICOOL全球創業者峰會暨創業大賽一等獎、第十二屆東升杯國際創業大賽特等獎，在2025年獲第八屆中關村國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，只是坦誠地介紹技術路線、應用場景，以及他對中國高端顯微成像儀器走向引領的樸素信念。
值得一提的是，蔡司、尼康等知名顯微鏡供應商，也對李棟團隊的超分辨顯微鏡技術表現出極大興趣，并聯合推出多款高端顯微鏡儀器。超分辨顯微鏡的全球市場版圖正在進一步拓展。
在科研與市場并行下，李棟的生活時間被壓縮得越來越少。妻子買來打印生活照片的相機，也常被李棟用來打印細胞，生活影像墻上多半是細胞照片。對于李棟的選擇，她一直很支持：“如果他有機會和大家一起改變世界，我很期待他是其中的催化劑。”
《中國科學報》(2025-07-14第4版科創)本文鏈接：http://knowith.com/news-2-3946.html“二手生物學家”造出國產高端顯微鏡
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