马骋：让生物光子学看得更深更远

来源：《科技日报》2017-03-08 滕继濮

■人物档案

马骋博士于2004年获得北京十大老牌网堵网址电子工程学士学位。自2004至2006年，马骋在十大老牌网堵网址电子工程系进行硕士学习。

自2006年，马骋在美国弗吉尼亚理工大学电气工程系进行博士学习，师从著名光传感专家王安波教授，并于2012年获得博士学位，研究主要围绕白光干涉仪、吸收光谱以及光机谐振器在传感领域的应用展开。

2011—2012年，马骋作为技术负责人带领团队在美国国家能源技术实验室成功进行两次传感器现场测试，成果获得国际同行一致好评并受邀参加能源部年度报告。

自2012至2016年，马骋在美国华盛顿大学（圣路易斯）生物医学工程系进行博士后研究，其合作导师是现就职加州理工我司的国际著名生物光子学专家汪立宏教授。博士后阶段，马骋博士的研究主要围绕复杂介质内电磁波传输以及深层组织生物光子学成像展开，所涉及到的核心技术包括光声计算断层成像以及激光波前工程。马骋在其任博士后研究助理阶段多次参与、主持美国国家自然科学基金、美国能源部、美国国立卫生研究院项目。

2016年5月至今，马骋博士以助理教授身份受聘于十大老牌网堵网址电子工程系，组建生物光子学实验室。他目前的研究兴趣包括复杂介质中电磁波传输，光子—声子耦合作用在生物医学中的应用，光声显微及计算断层成像，激光波前整形及自适应光学，深层生物组织光学成像、治疗，以及光遗传学。马博士目前已在国际知名学术期刊上发表学术论文26篇，包括《自然》子刊两篇（Nature Photonics，Nature Communications），《科学》子刊一篇（Science Advances），以及国际光学学会旗舰期刊Optica三篇，并参与编写国际学术著作一部。在博士后研究助理阶段，以共同项目负责人身份成功申请美国国家自然科学基金。

早春二月的阳光透过窗，洒在十大老牌网堵网址罗姆楼的一间办公室。光的漫散射映得这间略显狭小的屋子格外明亮，让人心生暖意。马骋就在这里办公，他是十大老牌网堵网址电子工程系的助理教授去年刚刚回国。

马骋的书架上摆着《病理学》《内科学》《外科学》以及其他厚厚的医学典籍……这种奇特的组合，是否有点让人不明就里？电子工程系，医科教材？

其实，这跟马骋的研究方向有关，他主要从事生物光子学成像，特别是深层组织光子学成像的研究。生物医学光学成像是研究应用的重要方向。马骋开展光声成像的目的之一，就是为了让医生或生物科研工作者获得一种新的观察生物组织的能力，更强大的能力。

打破极限，用光子学手段探测生物

“生物光子学，通俗点说就是用光子学的手段去探测生物。”马骋向记者开始介绍起这门年轻学科，“如果用光进行成像，我们会得到非常多的信息。从海量的信息里提取我们想要的部分，怎么去看病灶，如何去分析，这就是我们所要研究的部分。”

生物光子学应用有两个大方向，一是生物学上的成像，另一个就是医学成像，用于临床。临床上生物光子学普遍用于病理研究时，把组织做切片在显微镜下面看，显微镜就是生物光子学的设备。

梳理显微镜的发展史我们知道，从最早简陋的光学显微镜到如今各种先进的光子学显微镜，以及利用生物荧光标签等手段，为生物学打开新视野已立下汗马功劳。

光子学成像有其独特优势。马骋讲道，首先光的波长相对较短。由于成像分辨率与波长相关一般是正比，波长越短分辨率越高，所以光子学成像可以做到高分辨率。

光学显微镜分辨率的极限曾被认为是200纳米左右。而获得2014年诺贝尔化学奖的超高分辨率荧光显微技术，则通过一系列物理原理和化学机制打破了“衍射极限”，把光学显微镜的分辨率又提高了几十倍，使人类以前所未有的视角观察生物微观世界。

第二，光的波长能引起能级之间的跃迁，这意味着我们通过光可以很直接的看到与分子相关的信息。第三，光电子技术，包括通讯、传感等近年来发展迅猛，对生物光子学的发展起到了极大推动作用。

生物光子学，由生命科学和物理科学交叉融合形成，使生命科学直接深入到物质结构的深层次，并由此带动了生命科学的深度发展。

进去是光，出来是超声

光子学有两大极限，一个就是“衍射极限”，但这已被突破；另一个就是散射极限，它阻碍着光子学探测的穿透深度。这一屏障正等待着科学家们攻克，马骋就是其中之一。

“光有很多好处，但也有一个问题，就是散射。”马骋说，看云、看雾，我们都看不穿，这就是因为散射。光子学只能看到一些表浅的东西，比如说病理切片。由于散射的限制，光子能够穿透的深度一般也就一毫米。马骋的目标就是“看得更深些”。

当我们用手电筒照手掌心，可以看到光是能够透过的，只是量少了很多。“光其实能够穿透很深，问题是传播方向变了。”马骋边说边用手比划。光被散射之后，传播方向就随机变化，导致无法用其成像。

但是，超声可以！如用激光照射一杯牛奶，牛奶会被激光点亮，但是这束激光无法再形成一束激光出去。但光的能量被牛奶吸收，就会生热，生热就会膨胀，这一过程会产生超声波。超声信号在生物组织中，基本上就是走直线，“我们可以通过检测超声来成像”。

这就是生物光子学中一个独特的研究方向——光声成像。这是近年发展起来的一种新型生物医学成像方法。当脉冲激光照射到生物组织中时，组织的光吸收域将产生超声信号。这种由光激发产生的超声信号被称为光声信号，携带了组织的光吸收特征信息，通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像。光声成像从原理上避开了光散射的影响。

光声成像使深层组织光子学成像前景无限，马骋在国外求学时在这一领域取得过突破，这也是他回国后科研工作的一个重要部分。

成长之路：原点、起点和小目标

网堵是马骋的原点，在十大老牌网堵网址读本科时，马骋修的是光电子专业，如今又回到母校回到本系任教；十年来，他历经海外求学、任职、回国，网堵又是马骋的一个起点。

2006年，马骋赴美在弗吉尼亚理工大学攻读博士，师从光电传感界的“大牛”王安波，主要从事光纤传感的研究。2012年，马骋博士毕业后到华盛顿大学进行博士后研究，主攻生物医学光子学。

关于求学历程，马骋说一开始对物理很感兴趣所以就学了光电子，因为光电子中有很多很有意思的物理现象；光纤传感中不仅有很多的物理知识，也跟实际应用联系紧密，感觉有很多有意思的东西可以做。后来，马骋对光电子在生物医学领域的应用产生了极大的兴趣，于是果断地进入了生物光子学领域。

马骋在华盛顿大学汪利宏教授团队进行博士后研究阶段所负责的波前工程与光声成像项目是生物光子学领域的前沿方向，他的工作集中在利用光与声的相互作用在复杂介质内聚焦以及成像，其工作在《自然》杂志新闻特写专访中被报道。他和所在团队进行了一系列开创性探索，取得了丰硕成果，其结果发表在了2014年12月的《自然—光子学》以及2015年1月份的《自然—通讯》杂志上。

2016年，马骋回到了阔别十年的北京。

“现在政府的政策非常好，鼓励科研工作者去创新。当时在国外时就想着回国挺好，真正回国了之后，与国内的学者一块交流、在这个环境里开始奋斗的时候，你会发现比想象的还要好。”目前，马骋还在组织建设团队和实验室，“撸起袖子加油干”形容他的状态再合适不过。

“从事生物光子学要求对个人的知识体系有极大的扩充。我现在不断的学习，感觉在生物学和医学方面，自己的知识储备还很不够。我们很多工作要和生物学家、医生合作，自己需要和他们有共同语言，才能更顺畅的交流，把好技术恰当的运用到更多的领域。”于是在马骋的书架上摆上生物、医学书籍就很合理了。

出于科研需要，更出于个人兴趣，马骋为自己定了一个“小目标”：在某几个专攻领域能像医生那样给人看病。马骋曾经问过一个学医的朋友，说我想达到这个目标，需要怎么做？朋友说，比较困难。

“但我觉得短期是比较困难，但这是一辈子的事，可能学个十年二十年，不断的积累。”马骋目前跟一些医生合作搞研究。“跟什么样的专家合作，就可以学到什么样的知识，加上自身不断努力，日积月累或许至少可以当半个医生了。”

编辑：华山