摘要：细胞，人体结构和生理功能的基本单位，却自成一个个蕴藏无限奥妙的微观世界。每一个细胞都犹如一个功能完备、秩序井然的城市，其间的各种细胞器相互作用，维系着人体的正常运转。

细胞，人体结构和生理功能的基本单位，却自成一个个蕴藏无限奥妙的微观世界。每一个细胞都犹如一个功能完备、秩序井然的城市，其间的各种细胞器相互作用，维系着人体的正常运转。

其中，线粒体作为细胞的“动力工厂”，其内膜结构的功能异常与衰老、神经退行性疾病等密切相关。然而，传统荧光探针受限于波长较短、穿透力不足，难以实现对线粒体内膜的精准标记。

近日，北京大学未来技术学院席鹏教授团队联合河北大学高保祥教授课题组，成功研发出一种新型红外荧光探针HBimmCue，实现了对线粒体内膜环境的高分辨率、高亮度动态观测。这一突破性成果为细胞能量代谢研究及衰老相关疾病的早期诊断提供了全新工具。

新型红外荧光探针HBimmCue是什么？它的研发过程是怎样的？目前得到了哪些应用？带着这些疑问，记者走进了北大未来技术学院席鹏团队的实验室，和它的创造者席鹏聊了聊。而这位如今蜚声国际的生物医学光学领域的知名学者，他一路追“光”的科研之路，又有怎样的奇妙故事？

席鹏

创新突破：在显微世界探寻生命密码

“线粒体内膜的磷脂成分随年龄增长显著增加，但其动态变化机制尚不明确，”席鹏介绍称，“我们希望通过近红外荧光技术，突破可见光波段的限制，直接观察线粒体内膜的生理状态。”

席鹏及其团队长期深耕超分辨显微成像领域，这项技术能突破光学衍射极限，将分辨率提升到纳米级别。此前，团队便成功搭建了多套超分辨系统，为细胞装上了超级“放大镜”，让“细胞城”的“街景地图”清晰具体地呈现在大众眼前。

研发团队依托北大未来技术学院的多学科平台，整合了超分辨显微成像、脉冲激光技术及生物材料学等多领域成果。随后，基于团队前期从共聚焦到超分辨的多种高端显微技术开发经验，结合合作者在高特异性荧光染料方面的开发经验，设计出具有高信噪比的探针分子，再通过调整染料分子的共轭结构和官能团，使其在近红外区域（650—850nm）捕获因结合铜离子而产生的强荧光信号，有效降低生物组织自发荧光的干扰。同时，探针采用亲脂性修饰策略，使探针精准锚定线粒体内膜，并能够灵敏地响应线粒体内膜微环境的变化，使得在高时空分辨率下原位检测线粒体内膜生理状态的变化成为可能。

探针研究的过程并非一帆风顺，团队一度面临细胞器标记通道有限的瓶颈：传统荧光染料通常只能同时标记3—4种细胞器，难以满足复杂亚细胞结构的观测需求。如何实现更多细胞器的同步可视化，便成了研究团队亟需攻坚的课题。

一次组会中，组内的博士生偶然发现，一种普通的有膜细胞器染料尼罗红（Nile Red）具有光致变色特性——光照条件下其发射波长可发生显著偏移。“这就像给细胞器穿上可切换颜色的‘动态彩衣’，于是，我们将超分辨、光谱与人工智能技术相结合，最终实现了15种细胞器的同步可视化。”席鹏回忆起这段机缘巧合，依旧感到振奋：“这是对基础物理原理的创造性应用。其实，当我们用工程思维重新解构生物学问题时，总能找到意想不到的解决方案。”

席鹏和学生们在实验室

值得一提的是，HBimmCue的命名颇具巧思，蕴含着多重涵义。“HB”取自合作单位河北大学和北京大学的地域首字母（Hebei+Beijing），这昭示着这一研究成果背后的地理联结；它同时代表着High-Brightness，高亮度是这一荧光探针的显著特色；“IMM”（inner membrane of mitochondria）指向线粒体内膜，体现探针的精准靶向性。“Cue”（Cu and environment sensitive）指探针既能结合铜离子发光，同时又能灵敏响应内膜环境变化。“我们希望通过这种命名方式，既彰显跨地域科研协作的精神，又能直观传递探针的核心功能。”席鹏补充解释道。

目前，HBimmCue探针已在小鼠卵母细胞和小鼠早期胚胎发育模型中验证其有效性。实验数据显示，相较于年轻的小鼠，来源于年老小鼠的卵母细胞的线粒体内膜的有序性和功能都受到损伤。该成果为生殖医学、神经退行性疾病研究提供了重要工具，并已申请国家发明专利。

展望未来，席鹏表示，努力打造细胞器动态观测的全景图谱是团队全体研究者共同的目标。“这套技术有望实现活体组织中线粒体功能的实时监测，为精准医疗开辟新路径。”席鹏说。

席鹏

跨界探索：从光的“魔方”到生命的“乐高模型”

席鹏的科研之路，始于他对“光”的追逐。

从本科到博士，席鹏一直致力于光学研究，打下了扎实的光学理论基础，也培养了他对技术的敏锐洞察力。在中科院上海光学精密机械研究所攻读博士学位期间，席鹏师从周常河，开始了对光学工程的探索。他的博士课题是当时前沿的达曼光栅技术。在他看来，光栅就像光的“魔方”，能将一束光分成无数个小点。

2003年，席鹏来到香港科技大学做博士后。在这里，他迎来了人生第一次重大转型——跨界进入生物医学领域。“这一转变的主要原因还是导师的建议吧，那时我觉得这是我之前从未涉足的领域，似乎很有意思，当然也充满挑战，就去试了试”，席鹏回忆称，在导师的指引下，他与香港的几家医院合作，参与了早期宫颈癌光谱探测等项目的研究。两年时间里，他克服了从细胞生物学到病理特征的巨大知识鸿沟，研发出共聚焦层析光谱系统。这一系统主要用于测量组织在不同厚度上的光谱差异，为癌症早期诊断提供了新工具。

离开香港后，席鹏先后前往美国普渡大学和密歇根州立大学深造。每到一个新地方，席鹏便如“升级打怪”般刷新一个新副本：在普渡大学，他接触到共聚焦成像技术；在密歇根州立大学，他掌握了飞秒脉冲技术。在不同的领域“左冲右突”，不断被他解锁出新领域的“地图碎片”，一点点拼凑成他对生物医学光学的独特理解。用工程思维解决生物和医学难题，席鹏觉得，这一过程就像用乐高积木搭建生命模型。

席鹏在实验室指导学生们

得益于这些积累，席鹏敏锐地捕捉到超分辨显微成像的发展机遇，并率先将其引进到国内。2009年，席鹏来到北大生物医学工程系，生物医学工程是现在未来技术学院的四大支柱方向之一，这个交叉学科平台汇聚了光学、物理、生物、医学等多领域人才，席鹏在这里找到了属于自己的一片乐土。经过16年的深入探索，席鹏及其团队用自己的奇思妙想，带领中国超分辨显微成像技术走向国际前沿：他们开发了首个中国的STED系统，并利用稀土纳米粒子的上转换能级特性实现了超低功率STED超分辨；开发了偏振结构光超分辨技术，并成功实现了产业转化；开发了基于多点共聚焦扫描的三维结构光超分辨技术，首次看到了植物细胞的动态线粒体嵴结构；突破细胞内仅能实现4种细胞器同时观测的瓶颈，实现了15种细胞器的同时超分辨观测。

时至今日，席鹏依旧很庆幸自己从本科时代便开启了对光学的探索， “我常常用《圣经》里的句子跟学生打趣，‘上帝说，要有光，于是就有了光’。造完光紧接着又造了生物，所以生物医学和光学是有天然紧密连接的。你看，没有太阳光照，就不会有世界万物欣欣向荣的景象，我们看到自然界的万千气象，在大脑中形成图景，其中有80%以上是由眼睛成像所带来的。”在席鹏看来，光学就像是一些特别容易令人上瘾的游戏，初学者想上手不难，甚至通过几何光学、身边的光学应用能解决80%的问题，获取不小的成就感。但光学又足够丰富足够有深度，越深入钻研，越能如同发现新大陆一般，收获“柳暗花明又一村”的新感觉。

多年来，席鹏始终保持着每周研读新论文的习惯，看到其中精彩的内容，会一起跟学生们讨论如何将其中的想法消化吸收。席鹏说：“和我们的技术产生共鸣，形成解决某个问题的奇思妙想，这些是我从中源源不断地寻找到乐趣的原因。”

席鹏在实验室

“轻快生活”：持续的热情远胜短暂的冲刺

在学生眼中，席鹏既是严师又是益友。对学生的科研，他始终秉持高标准、严要求，但他从不会为实验室工作制定严格的作息制度，也不会要求学生必须如何，而是更注重培养学生的自主性。席鹏认为，科研不是机械劳动，需要灵感的创造。他鼓励学生大胆尝试，不要害怕犯错。这种开放包容的环境孕育出丰硕成果，团队年均发表高水平论文10余篇。他常说：“真正的创造力来自内心的热爱，而不是外界的压力。”

在席鹏眼中，他更愿将现在的自己看作一个指挥者，“大概就像交响乐团的总指挥，把握整体方向，但又要放手让学生施展才华”。每周一次的组会是师生交流沟通的重要平台，学生们会汇报进展、分享文献，甚至展开激烈的头脑风暴。席鹏很享受这一过程，他非常认可费曼对教育的观点：“想要真正弄懂一个问题，最简单的方式就是把它教给别人。”他将深奥的道理以浅显的形式讲出来，从而启发学生触类旁通；而通过与学生交流互动，他也能进一步收获到更多新的思想。

席鹏和学生在内蒙古团建（图片由受访者提供）

科研之余，席鹏的生活简单而纯粹，最大的乐趣便是看电影。绝大多数电影都将故事浓缩在短短两小时内，短时间、高浓度沉浸式的体验，让席鹏感到放松且愉快。也许是职业兴趣所致，他更倾向于科幻电影，《黑客帝国》是他的心头好，《三体》这类由现实维度延展开来、杂糅着多种元素的宏大叙事，也令他印象深刻。不过，电影归电影 ，生活是生活。作为科研工作者，席鹏冷静地表示：“科幻、科学、科普是3个不同的视角。科幻是科学想象力的延伸，或者说是基于科学的幻想，强调天马行空、宏大叙事；具体的科学研究则需要有针对性地展开，要问题具体、稳扎稳打；科普是在科学研究的基础上，将其概念通俗化，让读者能够绕过专有名词和学科壁垒，欣赏到某一科学研究的价值和内在美。”

“其实，成像技术的发展不外乎4个词：清（晰）、快（速）、深（层）、活（体）。它们的关系有两方面，一个是空间上的从小到大（清晰—深层），一个是时间上的从小到大（快速—活体）。这样，就在时空上找到了自己的研究坐标。”与成像技术“缠斗”10余年，席鹏用“清快深活”来表达自己对待科研和生活的态度：“做研究，做到‘清快深活’；生活中，做到‘轻快生活’。科研是场马拉松，持续的热情比短期冲刺更重要。”

回望20多年科研历程，席鹏勇往直前、多方探索，从光栅到细胞器的显微成像，看似跨度很大，实则都是沿着“用技术探索生命奥秘”这条主线不断前行。如今，他带领团队继续在超分辨显微成像领域深耕，同时积极探索成果的转化路径。谈及未来，这位“追光者”仍昂首阔步向光而行。“希望我们的研究能让更多人受益，让科技之光温暖生命。”

席鹏，北京大学未来技术学院博雅特聘教授，国际先进材料学会会士（FIAAM），国家杰出青年科学基金获得者，科技部重点研发计划首席科学家。主要从事超分辨显微成像技术的研究。现担任Light、Advanced Photonics等5份SCI收录国际学术期刊的编委。在Nature、Nature Methods等国际一流期刊发表SCI收录期刊论文100余篇，总影响因子大于850，被引超过6000次。2016年获得中国光学重要成果奖。2022年获得广东省自然科学二等奖（排名第二）。已授权美国专利4项，中国专利19项，编辑专著2部。多次被OSA和SPIE组织的国际会议邀请作大会邀请报告。

来源：全国党媒信息公共平台一点号