经国家留学基金委资助,本人于2015年3月3日到2017年3月14日在美国普渡大学生物医学工程系程继新教授课题组访问交流。在这两年的学习和工作中,学到了很多东西,包括如何做好科研、如何发好文章,以及如何管理课题组和如何培养博士生,这都将会对我今后的发展有很大的影响。两年的访问交流已经结束,现将访学情况进行总结,并对返校后将要开展的教学、科研工作进行初步的规划。
本人出国前主要从事宏观光学分子影像技术及其应用研究,而程继新教授课题组主要从事基于免标记拉曼的微观光学显微成像技术及其应用研究,两者之间具有较大的差异。因此,将近花费半年的时间学习这些新东西,同时寻找适合自己的课题研究方向。最终确定了课题方向:利用贝塞尔光进行受激拉曼成像,并开展了如下两个课题。
第一个课题:结合光学投影断层成像技术,利用了贝塞尔光的长聚焦距离特点,提出了受激拉曼投影成像技术,解决了大尺度样本、整体积的受激拉曼三维成像问题。由于受激拉曼成像是非线性光学成像,需要两束激光同时到达样本的同一个位置,并且要保持聚焦状态,所以利用传统的高斯光束只能对样本很薄的一层进行成像,不能进行整个体积的三维成像。该课题从最初可行性测试、系统搭建、实验数据采集、科研论文撰写与修改,共花费了一年半的时间。该课题研究结果撰写的论文已被Nature Communications接收。
第二个课题:利用贝塞尔光在散射组织中的自我修护特性,开展深层散射组织中拥有光学分辨率的受激拉曼成像;这对将受激拉曼成像技术推向在体和临床具有巨大的推动。截至目前,我们已经初步验证了课题的可行性,并取得了一部分实验数据。由于时间问题,这个课题还未完成,待我回国后,将会由跟我一起做的一个博士生继续做,我将重点解决该课题的仿真验证方面 。
回国后,在教学方面将继续本科生《计算方法》课程教学,同时结合生物光子学内容开发新课程。在科研方面,将继续开展拉曼相关的课题,从资金支持、人员支持以及系统搭建复杂性角度,我想分两步走:
第一,先开展自发拉曼成像的研究工作,将自发拉曼与光学投影断层成像相结合,开展自发拉曼-光学投影断层成像的双模态成像。光学投影断层成像的问题是,如果要分析成像体内的成分,需要进行荧光标记,荧光标记对小分子成像会有一些问题;自发拉曼成像的问题是,只能看到成像体内的化学成分信息,但没有结构信息。所以将两者结合,可以用免标记方式对成像体的化学成分和组织结构进行同时成像。与现有的自发拉曼三维成像以受激拉曼投影成像相比,自发拉曼投影成像可以对更大的物体进行成像,成像体的尺寸可以在毫米尺寸,而空间分辨率可以在微米尺度。这个课题实现起来比较简单,只需要在实验室现有光学投影断层成像系统上稍作改进,即可搭建出系统。可以作为西电入门拉曼成像方法的第一个课题。
第二,尝试搭建一套受激拉曼显微成像系统(Stimulated Raman scattering microscopy),并研发手持式和内窥式的受激拉曼显微和断层成像系统,将受激拉曼成像技术推向活体或临床应用。搭建这样一套系统的难点是需要找到一笔比较大的项目支持,国内搭建这套系统大概需要300万左右。
总之,两年的访学经历学到了很多,也收获了很多;这些经历和经验可借鉴于今后的教学、科研工作开展,研究生管理与培养等方面。相信也能让自己的科研水平上升到一个新台阶。