汪立宏教授重大成果登Nature封面故事

　　

生物通报道  由华盛顿大学生物医学工程系汪立宏（Lihong Wang）教授领导的一个生物医学工程师小组，开发出了世界上最快的只接收（receive-only）2D照相机，其每秒能够捕捉高达1000亿帧的画面（延伸阅读：汪立宏教授Nature子刊：提高肿瘤组织成像的新技术 ）。

这一数量级远远快于当前所有的只接收超高速成像技术，受到芯片储存量和电子读取速度的限制后者只能以大约1000万帧/秒的速度运行。汪立宏和同事们将这一技术命名为压缩超高速摄影术（compressed ultrafast photography，CUP，生物通译）。

这项研究被选作为封面文章发表在12月4日的《自然》（Nature）杂志上。

汪立宏说：“由于这一技术将成像帧速率提高了几个数量级，我们现在进入了一个新领域来开拓新的视野。每一种新技术，尤其是量的飞跃，总是有大量的新发现紧随其后。我们希望CUP将推动科学新发现——甚至是我们所无法预料的发现。”

汪立宏教授的照相机不同于柯达（Kodak）或佳能（Cannon）的照相机，这一系列的设备能够连接高倍显微镜和望远镜来捕获动态的自然和物理现象。一旦获得原始数据，可在个人计算机上形成实际图像；这种技术被称作为计算成像。

NIH下属美国国家生物医学成像和生物工程系研究所光学成像项目主任Richard Conroy说：“这是一项令人兴奋的研究进展和创新性研究工作。这些超高速相机有潜力大大推动我们对于一些极快速生物互作和化学过程的认识，使得我们能够构建出更好的复杂、动态系统模型。”

这项技术的一个直接应用领域就是生物医学。他们拍摄的一个影像显示，一束绿色激发光向右侧的荧光分子发射脉冲，在那里绿光转变为了红光，这即是荧光。通过追踪它，研究人员能够对荧光寿命进行单次评估，由此检测疾病或是反映如pH或氧分压等细胞环境条件。此外，汪立宏设想的其他应用领域还包括有天文学和法医学。

汪立宏的CUP研究工作突破了基础物理学的空间限制，也突破了对生物学组织深度成像的限制。

汪立宏说：“荧光是生物技术的一个重要方面。我们可以利用CUP以光速来成像各种荧光团的寿命，包括一些荧光蛋白。在天文学世界里，CUP则可能改变游戏的规则。”

（生物通：何嫱）

作者简介：

汪立宏

1984年毕业于华中科技大学获光学学士学位，1987年获华中科技大学光学硕士学位，1992年获德克萨斯州休斯敦Rice大学博士学位，其导师为诺贝尔奖得主。现任美国圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系Gene K. Beare特聘教授。2006年被中国教育部聘为华中科技大学生物医学光子学学科“****”讲座教授。

汪立宏教授现任国际生物医学光学学会（IBOS）主席，是美国医学和生物工程学会（AIMBE）、IEEE、美国光学学会（OSA）和国际光学工程学会（SPIE）会士，是生物医学光学（Journal of Biomedical Optics）期刊主编，曾担任2010年Gordon Conference激光生物医学会议主席，2010年OSA生物医学光学专题会议主席。获得的奖励包括NIH’s FIRST、NSF’s CAREER、NIH Director’s Pioneer awards、OSA C.E.K. Mees Medal、IEEE Technical Achievement Award等。

汪立宏教授致力于生物医学光学成像研究，撰写的《Biomedical Optics: Principles and Imaging》是生物光子学领域最早的教科书，并获得Joseph W. Goodman著书奖。他发表了超过342篇期刊论文，引用超过两万六千多次，h因子81。他的主要成就是被公认为对光声层析成像技术和蒙特卡洛模拟光子在生物组织中传输研究作出了开创性贡献。

生物通推荐原文摘要：

Single-shot compressed ultrafast photography at one hundred billion frames per second

The capture of transient scenes at high imaging speed has been long sought by photographers1, 2, 3, 4, with early examples being the well known recording in 1878 of a horse in motion5 and the 1887 photograph of a supersonic bullet6. However, not until the late twentieth century were breakthroughs achieved in demonstrating ultrahigh-speed imaging (more than 105 frames per second)7. In particular, the introduction of electronic imaging sensors based on the charge-coupled device (CCD) or complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) technology revolutionized high-speed photography, enabling acquisition rates of up to 107 frames per second8. Despite these sensors’ widespread impact, further increasing frame rates using CCD or CMOS technology is fundamentally limited by their on-chip storage and electronic readout speed……