在微观探索中，光学成像技术是洞察生命奥秘的关键。但数百年来，衍射极限像“紧箍咒”，将光学显微镜分辨率困在XY方向约——200nm，面对几纳米的精细亚细胞器和生物分子，难以看清。难道微观世界无法深入？

其实不然，近期各种“超分辨率”光学成像方法应运而生，试图突破衍射限制。其中，美国波士顿大学程继新教授团队基于人工智能与先进仪器技术，提出的超灵敏加权受激拉曼散射（URV - SRS）技术尤为瞩目。这一技术为光学成像领域带来了新的曙光，有望打破传统局限，开启生物医学研究的全新视野。

一、URV - SRS：创新技术实现无标记纳米成像

技术核心与突破

URV - SRS是一种基于受激拉曼散射（SRS）的无标记化学成像技术。SRS利用两束波长不同的光聚焦于生物样品，当两束光能量差与分子内化学键振动能量匹配时，产生强于常规拉曼的相干拉曼信号，实现高速活体无标记化学成像。然而，现有SRS技术使用近红外光，空间分辨率约300纳米，灵敏度为毫摩尔量级，难以解析100纳米以下细胞结构及探测低浓度分子。

程继新教授团队历经5年研究，通过“软硬结合”思路，实现了同时提升分辨率与灵敏度的突破。在硬件方面，开发脉冲光啁啾系统，将脉冲宽度从150飞秒延伸至4皮秒，降低峰值功率减少光损伤，同时保证两束光啁啾调制线性，增强拉曼信号与背景信号比值。

利用可见光共振增强拉曼信号，使信号强度提高20倍。在软件方面，针对SRS噪声特点，开发全新自学习深度降噪算法（NACE），通过添加额外实验噪声自学习噪声统计规律，降低实验噪声约2.5倍。最终，使用傅里叶重加权算法在不引入伪影的情况下，将分辨率提升至86纳米，探测灵敏度提高至焦点内约1600个分子，比近红外SRS提高50倍，首次实现活体细胞内纳米结构的无标记化学成像。

研究过程并非一帆风顺。起初，研究人员尝试用结构光照明提高分辨率，却面临工程难度高且SRS信号衰减的问题。意识到探测灵敏度不足是关键难点后，他们转变思路以提高灵敏度为首要目标。

但在探索中，又遭遇超快可见光对样品损伤的难题。通过不懈尝试，证明通过线性啁啾降低峰值功率可避免光损伤并保持SRS信号强度。在增强信号和降低噪声层面，克服了可见光带来的光损伤、背景信号增强以及现有降噪算法不适用于SRS噪声等诸多困难，最终成功实现URV - SRS技术的突破。

二、广泛应用：揭示生物奥秘，助力医学发展

URV - SRS技术在生物医学领域展现出广阔应用前景。在纳米尺度空间代谢组学方面，能以高清晰度观察细胞内代谢活动，提供蛋白质、脂质等主要代谢物纳米尺度图像。

在分子病毒学上，揭示了寨卡病毒在宿主细胞中构建复制中心网状结构及利用宿主代谢物合成的过程。在合成生物学中，展示了亚细胞尺度下大肠杆菌产物合成与排出过程。此外，由于其适用于自然条件下无标记样品，可对细胞内代谢纳米结构进行多重检测，在肿瘤代谢、神经科学等领域也具有潜在应用价值，为分子生物学和精准医疗进步提供新视角。

与传统成像技术相比，URV - SRS优势显著。荧光成像虽为研究活体细胞常用手段，但传统荧光染料标记会干扰代谢物分子结构与功能。质谱成像技术虽能表征代谢物成分，但空间分辨率仅几十微米，无法看清细胞内纳米尺度精细结构。而URV - SRS实现了无标记高分辨成像，克服了传统技术的不足，为生物医学研究提供了更强大的工具。

三、产学研融合：科技创新驱动产业发展

程继新教授团队不仅在科研上成果丰硕，在产学研转化方面也成绩斐然。其团队拥有30余项专利，发明了光热显微镜、蓝光杀菌、微波神经调控等代表性技术。

如2016年报道的红外光热显微镜实现超高分辨率和灵敏度的红外光谱成像，2019年的蓝光杀菌技术为抗药性金黄色淋球菌皮肤感染治疗提供新途径，2024年的微波神经调控技术为抗药性疼痛治疗提供新方法。

在产业化发展上，程继新作为联合创始人和科学顾问推动多项技术和产品落地。与奥地利维也纳大学合作的肠道微生物菌群多模态成像研究成果显著。他联合创立的威邦震电已推出多款高性能分子光谱成像系统，产品销往欧美亚多国，为国内外科研机构提供定制化服务。

此外，还担任美国Pulsethera公司联合创始人和法国巴黎Axorus公司科学顾问，推动相关技术在医学上的转化应用。目前，团队已申请URV - SRS的美国及国际专利，并计划进一步推进无标记受激拉曼成像分辨率，开发仪器与光谱解析算法，拓展全新研究方向。

总之，URV - SRS技术凭借其在光学成像领域的重大突破，不仅为生物医学研究带来了前所未有的机遇，其产学研融合的发展模式也为科技创新驱动产业发展提供了成功范例，有望在未来推动生物医学领域取得更多重大进展。