喜报|我实验室师生在第十八届中国研究生电子设计竞赛中斩获佳绩

8月10日至13日，第十八届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛在广东省东莞市进行。我实验室挂靠单位南京理工大学参赛团队获一等奖6项、二等奖5项、三等奖5项，最佳论文奖2项，优秀指导教师奖6项，学校连续第七次获优秀组织奖，技术赛一等奖获奖数量并列全国第一。其中，我实验室师生取得了1项国赛一等奖、2项国赛二等奖的优异成绩，刘永焘教授获得优秀指导教师奖。

图1 第十八届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛获奖名单

中国研究生电子设计竞赛（以下简称“研电赛”）作为一项面向全国在读研究生的团体性电子设计创新创意实践活动，于1996年由中国电子学会与清华大学共同发起主办，自2015年起由“两年一届”转变为“一年一届”，至今已举办了十七届。本届竞赛由教育部学位管理与研究生教育司指导，中国电子学会联合中国学位与研究生教育学会和中国科协青少年科技中心共同主办，东莞市人民政府承办，其中，南京理工大学为本届赛事华东赛区承单位。竞赛于今年3月正式开赛，共有6289支队伍成功报名参赛，在全国八大赛区的组织下，经过层层筛选，520支队伍成功入围全国总决赛，竞赛规模再创新高。

快来认识一下获奖团队吧！

技术类竞赛全国总决赛团队一等奖作品

作品名称：活细胞实时超分辨荧光显微成像系统

团队成员：黄雨霞、夏薇宜、徐凯龙

指导教师：刘永焘

负责单位：电光学院

图2 “活细胞实时超分辨荧光显微成像系统”团队成员合影

作品介绍：

研究亚细胞尺度的精细生物结构和功能的动态变化过程对了解细胞命运决定机制、揭示生命现象本质以及探索重大疾病机理等有着至关重要的意义。近年来，超分辨成像技术绕开了百余年来似乎一直被认为是无法突破的阿贝衍射极限，成为生命科学研究中不可或缺的重要工具。在众多超分辨成像技术中，SIM由于具有宽视场、快速成像、光漂白和光毒性弱以及对荧光染料的非特异性需求等独特优势，成为唯一能对活细胞进行长时观测的荧光超分辨技术。尽管如此，目前SIM领域仍然面临两个重大挑战。在硬件上，国内高端光学精密仪器长期受德日垄断。在技术上，快速长时程活细胞超分辨成像仍然是一个国际性难题。

针对以上两个行业痛点，本作品提出一种高效、鲁棒的基于主成分分析的结构光照明显微技术（PCA-SIM）。该技术突破了阿贝衍射极限，首次实现了在有外界干扰的复杂、低信噪比实验环境下对照明参数的快速自适应精准补偿和对活细胞精细结构的实时、高质量超分辨图像重建，并通过自主研发的软件系统以亚微秒级的速度将重建结果呈现给用户，为研究活细胞中纳米尺度结构演化、细胞器互作和生物分子动力学信息提供了快速实时、灵活便捷、低光损伤的成像新手段，在生命科学、基础医学等领域具有广阔的应用前景。

图3-4 PCA-SIM设备及实验结果

图5 技术类竞赛全国总决赛团队一等奖颁奖现场

技术类竞赛全国总决赛团队二等奖、最佳论文奖、商业计划书一等奖作品

项目名称：折射率&荧光双模态反卷积层析显微镜系统

团队成员：张润南、周宁、束业峰、汤涵词

指导教师：左超

负责单位：电光学院

图6 “折射率&荧光双模态反卷积层析显微镜系统”团队成员合影

项目介绍：目前传统光学显微镜的成像方式主要是以“所见即所得”的强度直接成像，这种成像模式严重受制于强度成像机理、探测器技术水平光学系统设计、成像衍射极限等因素限制以及单视角、相位丢失、光谱积分、二维平面成像等因素的制约，其成像性能严重受限。但随着大数据、人工智能驱使下的“智能制造”、“智能诊疗”时代的来临，人们不再仅仅满足于单一的定性的强度图像，他们逐渐关注显微成像的定量化、多维度、多模态以及实时性，从而从多方面最大化地获取反映的所观测样品的本质物理/生化参量。因此面对基础学科前沿、国家重大战略及国防安全需求，针对当前我国高端光学仪器与光电成像装备面临的“卡脖子”问题，在国家重大需求牵引及重点项目支持下开展新型“计算光学相位成像与测量”的机理探索、工程实践以及先进仪器的研制工作，实现了双模式三维衍射层析成像与三维荧光成像。我们的设备能够在同一台仪器上实现无标记相位成像与荧光成像两种成像模态，在成像过程中能够自由实现模式切换与双模态同时成像。荧光成像和相位成像可以作为互为补充的两种成像模式：荧光标记可以为细胞成像提供基于细胞器物理性质的特异性成像，相位成像可以对细胞的整体形貌进行表征，并且可以在长时间范围内对细胞进行连续成像，规避长时间荧光激发给细胞带来的光毒性和光漂白性的影响。

图7 折射率&荧光双模态反卷积层析显微镜系统

技术类竞赛全国总决赛团队二等奖作品

作品名称：FreeVUE智能动态无透镜计算显微镜

团队成员：蔺文辉、陈羽凡、高妍妍

指导教师：孙佳嵩

负责单位：电光学院

图8 “FreeVUE智能动态无透镜计算显微镜”团队成员合影

作品介绍：

针对细胞生物学的核心需求和传统光学显微技术的局限性，我们深入开展了计算显微成像技术的研究，设计研发Free VUE智能动态无透镜计算显微镜，突破了多波长扫描定量相位超分辨成像、三维定量检测、细胞智能分析等关键技术，解决了光学显微技术在细胞研究中的固有矛盾和瓶颈问题，基于计算显微成像的高端化、智能化技术，我们的系统无需任何光学元件，可以实现结构简化、体积缩小、成本降低，并实现生物样品的无标记、高通量、动态观测和智能分析。本产品无需任何机械位移操作，采用多波长光源对样品进行照明，可以实现870nm的超高分辨率，实现约10X物镜的显示效果。具有多种成像模态：基于相位成像的数字像差成像、数字差分相衬成像、细节增强、背景校正成像处理等，可实现对样品的多模态实时观测。本产品采用最大类间分割法对细胞进行阈值分割，在此基础上，设计了细胞计数、细胞融合度计算功能，实现对细胞的智能计算分析。可以在 41mm² 的全视野内动态观察 HeLa 细胞超过 15 小时。这是对传统光学显微技术的重大突破，有利于推动生命科学研究的自动化和智能化，达到了与国外同类产品相比具有明显优势的水平。

图9 FreeVUE智能动态无透镜计算显微镜培养箱内操作演示

图10 FreeVUE智能动态无透镜计算显微镜现场赛路演

创新驱动发展，时代呼唤创新创业人才。一直以来，我实验室坚持以基础前沿科研成果引领产业技术发展，打造 “三元融合”科创育人团队文化，凭借“四位一体科创平台、产学研用深度融合”创新育人举措，为学生科创能力提升与高水平双创成果产出提供持续动能。未来，我实验室将继续探索“以赛促学，以赛促教，以赛促创”的育人模式，提升研究生的培养质量。

作者 | 黄雨霞、张润南、蔺文辉

复审 | 左超

终审 | 徐峰