光绘生命显微新图景：解锁活体成像技术密码

　　在武汉东湖之畔的华中科技大学，有一位科研工作者，带领团队以光为笔，在生物组织的“迷雾”中勾勒出清晰的生命图谱。作为该校光学与电子信息学院副教授、博士生导师，李东宇长期扎根活体光学成像技术前沿，在光场显微成像、活体组织光透明成像、非线性光学成像等领域深耕不辍，用一项项创新成果为细胞生物学、脑科学、肿瘤科学等学科打开了新的观测窗口。他的研究不仅推动了基础科学的进步，更瞄准临床应用，为疾病诊断与治疗提供了全新思路。

追光之路，从技术攻坚到学科交叉的探索

　　生物组织的高散射特性，如同笼罩在微观世界的“迷雾”，长期制约着光学成像技术在活体检测中的应用。传统成像方法在穿透深层组织时，往往因信号衰减和噪声干扰，难以获取清晰图像。早在博士后工作期间，李东宇便聚焦激光散斑成像技术在厚组织中的应用瓶颈。传统反射式激光散斑成像受限于组织表层的静态散射信号，在检测皮下或深层血流时分辨率低下，尤其在人体实验中因无法“开窗”而难以区分单根血管。

　　2021年，李东宇作为主要研究者参与的“透射式激光散斑成像技术”研究成果发表于《Light:Science&Applications》，通过颠覆传统探测方式，将信号采集从反射式转为透射式，使源于血管层的动态散斑信号显著增强，成功将血流成像的“信背比”提升数倍。实验显示，该技术无需外科手术，即可清晰呈现小鼠耳朵、背部、腿部等部位的皮下血管网络，甚至能分辨成年人手指、手掌中的单根血管，观察到深层血管对压力响应的独特动力学特征。更关键的是，其所需激光强度仅为临床理疗的千分之一，安全性极高。这一突破为糖尿病足溃疡、血栓形成等微循环相关疾病的无创诊断奠定了技术基础。

　　“光透明成像技术”是李东宇另一个深耕的前沿方向。针对颅骨散射对脑成像的限制，他在博士后合作导师、国际活体组织光透明技术权威学者朱䒟教授团队的支持下，主导开发出“长效光透明颅窗(TIS窗)”技术。通过胶原解离、去脂和折射率匹配试剂的协同作用，结合光固化工艺，使小鼠颅骨在2-3周内保持透明状态，无需开颅或磨薄颅骨即可实现大脑皮层的高分辨成像。2022年发表于《eLight》的研究显示，该技术不仅能清晰捕捉神经元树突棘的细微结构，实现900微米深度的组织观测，还可对创伤性脑损伤后的免疫细胞动态进行长时程追踪，为急性脑损伤的病理机制研究提供了革命性工具。相较于传统颅窗技术，TIS窗兼具无创性、大视场和长期稳定性，被评价为“拥有现有颅窗技术的全部优势，同时开辟了新的应用场景”。

以光为刃，打开生命科学的“黑箱”

　　在细胞生物学、脑科学与光学的交叉领域，李东宇团队的研究始终紧扣“动态观测”与“精准干预”两大核心需求。

　　在团队负责人，华中科技大学光学与电子信息学院副院长，费鹏教授的支持下，他们开发的光场显微成像技术，基于傅里叶光场显微系统(FLFM)与深度学习驱动的视图-通道-深度(VCD)重建策略，突破了传统成像的时空分辨率与光毒性限制。该技术通过衍射光学元件(DOE)编码光场信息，结合两阶段深度学习网络(F-VCD)，仅需单帧二维光场图像即可实现视频级三维成像(50体/秒)，分辨率达180×180×400 nm，信噪比低至-1.62 dB时仍能精准重建。其核心优势在于无需机械扫描，显著降低光损伤，支持活体细胞的长时程动态观测。例如，成功捕捉线粒体分裂、融合及动态管化(MDT)的毫秒级三维过程，并定量分析其速度变化规律;此外，应用于内质网三维成像时，穿透深度达7 μm，清晰解析密集标记的亚细胞结构。研究还验证了该技术对创伤性脑损伤后免疫细胞迁移的高分辨追踪能力，为细胞生物学提供了全新研究工具。相关成果发表于Nature子刊Communications Biology，技术转化潜力显著。

　　2023年，李东宇团队与俄罗斯学者合作，在《NatureCommunications》发表了关于脑膜淋巴系统清除功能的研究成果。他们发现，利用近红外二区激光(1267nm)对脑室出血模型动物进行光调作用，可显著激活硬脑膜淋巴管的引流功能，加速红细胞清除，降低颅内压并改善神经功能。这一技术对成年小鼠和新生大鼠均有效，尤其为早产儿脑室出血的治疗提供了新思路。值得关注的是，研究揭示了一氧化氮(NO)信号通路在光调作用中的关键作用，为精准调控脑膜淋巴系统功能奠定了理论基础。这种“光疗+生物学”的跨界融合，展现了光学技术在疾病治疗中的巨大潜力。

让实验室成果走向临床一线

　　作为国家自然科学基金国际合作项目、面上项目的主持人，李东宇始终牢记科研的终极目标是服务人类健康。他不仅在论文中“发成果”，更要在病人床头“见成效”。

　　在透射式激光散斑成像技术的研发过程中，团队耗时两年完成从蒙特卡洛模拟、假体实验到动物及人体试验的全链条验证，确保技术的安全性与可靠性。他们认为，通过优化激光波长(如采用1300nm以上波段)，有潜力进一步提升深层组织的穿透效果，为未来糖尿病足、类风湿关节炎等疾病的早期筛查提供了便携式设备研发的技术路线。

　　这些研究与我国“健康中国2030”规划中“精准医疗”“脑科学与类脑研究”等重大战略高度契合。近年来，国家对生物医学光子学领域的持续投入，以及华中科技大学武汉光电国家研究中心、湖北省高端生物医学成像重大基础设施等先进平台的支撑，为李东宇团队提供了广阔的创新舞台。 “十三五”以来，国家自然科学基金对青年科学家的支持力度显著增强，“楚天学者”等人才计划为科研中坚力量提供了稳定的攻关环境，这些都让团队能够沉下心来，在“从0到1”的原始创新中勇闯无人区。

在交叉学科的“无人区”播撒光的种子

　　如今，李东宇的实验室里，不同学科背景的研究者正在开展跨领域合作：光学工程师优化光路设计，生物学家解析细胞响应机制，计算机专家开发深度学习重建算法。这种“光-机-电-算-生”的深度交叉，正是破解活体成像难题的关键密码。

　　谈及未来，李东宇的科研蓝图清晰而深远：在技术层面，瞄准“更高分辨率、更深穿透深度、更低光损伤”的目标，开发多模态融合成像系统，将光场显微、双光子成像与光透明技术结合，实现从亚细胞结构到器官整体的全景式观测;在应用层面，推动透射式激光散斑成像技术向便携式设备转化，为基层医疗机构提供无创血流检测设备;在基础研究领域，围绕“光与生物组织相互作用”的核心命题，探索光调作用对神经血管耦合、免疫细胞迁移的调控机制，为脑疾病治疗开辟新路径。

　　光学成像技术就像生命科学的“望远镜”和“显微镜”，科研工作者的使命是让仪器看得更远、更清，让光的力量照亮更多未被认知的生命奥秘。在生物医学光子学的征途上，李东宇团队在“光与生命”的交叉领域开拓创新，用一项项研究成果，诠释着新时代科技工作者的责任与担当。

责任编辑：汪编辑