求索之路

“十年了！”與筆者交談時，賴溥祥才忽然意識到，剛剛過去的2025年是他來到香港理工大學并創(chuàng)建生物光子學實驗室的第10個年頭。3000多個日夜如同齒輪精密嚙合，推動著實驗室從無到有、由淺入深。在賴溥祥看來，科研并非總是充滿傳奇般的顛覆瞬間，更多是日復一日地實驗、調(diào)試與思索。但正是那些微小的進展、偶然的發(fā)現(xiàn)，構成了照亮整個團隊向前行走的星星之火。

▲賴溥祥

賴溥祥性格內(nèi)斂、謙遜而坦誠，對“堅持”二字有著格外清醒的認知。他習慣把科研比作一場馬拉松，絕不能只靠一時的沖勁和三分鐘熱度，而要把熱愛和堅持變成習慣，把探索當作日常。在賴溥祥看來，科研工作遠沒有外界想象的那樣浪漫，大多數(shù)時間也不過是在重復、重復、再重復，能發(fā)現(xiàn)什么、揭秘什么，都是一種未知的探索。就像生活，你不知道下一步遇到什么，但只要你不停留在原地，向前走就總會看到不同的風景。他說，這大概就是科研迷人的地方。

從賴溥祥的口中，很少聽到宏大的詞句，盡管他也投身在科技發(fā)展的洪流之中。在這個時代，變化來得太快。今天有人奔向這里，明天有人轉(zhuǎn)向那里，追逐一個個瞬息萬變的熱點。很多科技工作者被這種節(jié)奏裹挾，疲于奔命，卻很少有人在快速更迭中穩(wěn)住心性和腳步，而賴溥祥的低調(diào)與韌勁恰好是這條賽道上最寶貴的品質(zhì)。

12歲離開小鎮(zhèn)老家到縣城的中學住校，18歲離開福建獨闖北京。在清華大學讀本科，在中國科學院聲學所讀碩士，在美國波士頓大學讀博士……外人眼中的“光環(huán)路徑”，卻被他笑稱為“其實是被形勢推著走”。但每一步，他都走成了積累。

1998年，賴溥祥入學清華大學生物醫(yī)學工程專業(yè)（當時還在電機工程系，現(xiàn)在已經(jīng)是單獨的生物醫(yī)學工程學院），為還懵懵懂懂的他埋下了第一顆科研的種子。“這個專業(yè)的核心是用現(xiàn)代工程手段解決生物醫(yī)學問題?！彼忉屨f。這種工程思維與生物醫(yī)學應用需求的結(jié)合，成為他后來科研之路的起點。

2002年本科畢業(yè)后，賴溥祥進入中國科學院聲學所，師從張碧星研究員和汪承灝院士，開始接觸超聲成像和超聲換能器的設計?！澳嵌稳兆幼屛液汀暋Y(jié)下了緣。”他說。超聲成像的物理基礎，也為他日后融合“光”與“聲”埋下了伏筆。

2005年，賴溥祥碩士畢業(yè)，遠赴美國波士頓大學攻讀機械工程博士學位，師從聲學領域著名學者羅納德·羅伊（Ronald A.Roy，后任英國牛津大學工程科學系主任，入選英國皇家工程院院士）。他的博士課題是“聲光成像”——用超聲調(diào)制生物組織中的光傳播，通過解調(diào)超聲編碼過的光從而獲得比純光學在深層組織中更好的穿透深度和分辨率。這一課題使賴溥祥正式走入光聲交叉領域?！皬穆暤焦猓袷谴蜷_另一扇窗?！痹诿绹プx博士的5年，他沉浸于跨學科的研究氛圍中，也體會到不同科研文化背后的思維差異。

博士畢業(yè)后，賴溥祥加入圣路易斯華盛頓大學汪立宏教授（后調(diào)任加州理工大學，入選美國工程院院士）團隊，從事生物醫(yī)學光子學博士后研究。正是在這里，他接觸到“波前整形”技術，看到了突破深層組織光學高分辨率成像瓶頸的希望?！皞鹘y(tǒng)高分辨率光學成像只能穿透皮膚下幾百微米，而波前整形能讓散射光重新聚焦，就像在濃霧中為光裝上導航。”他形容道，“那真是一種‘點石成金’的震撼?！辟囦呦槿绔@至寶，一頭扎進深層組織光學前沿的海洋，爭分奪秒地汲取營養(yǎng)。這段經(jīng)歷讓他獲益匪淺，為他的科研世界打開了一扇全新的大門，拓寬了他的科研視野。而與國際知名團隊保持密切的合作關系，也讓他對生物光子學的國際主流發(fā)展趨勢和方向有了更準確的把握。

21世紀走過第一個10年，隨著經(jīng)濟實力的持續(xù)提升和國家對于科技事業(yè)的重視，一大批留學海外的科技工作者紛紛回到國內(nèi)。這些戰(zhàn)斗在科研第一線的人才在歸國的同時，也把國際最前沿的科學技術和科研方法帶回了國內(nèi)。賴溥祥也一直期待著有一天可以回國貢獻自己的一份力量。2015年9月，懷揣對科研的熱忱與對祖國的牽掛，賴溥祥選擇加盟香港理工大學生物醫(yī)學工程系，開啟了他獨立建設實驗室和科研團隊的歷程。“香港是中國面向世界的橋頭堡，既能接觸國際前沿，又能便捷地與內(nèi)地合作?！辟囦呦榻忉屃怂倪x擇理由。

起步總是艱難的。沒有現(xiàn)成的設備，沒有成熟的團隊。30平方米的實驗室和200萬港幣啟動基金，這是香港理工大學給予賴溥祥的“創(chuàng)業(yè)”支持。雖不豐厚，但這筆“種子資金”解了燃眉之急，讓他搭建起第一個光學平臺，招收了第一批學生。

“之前跟著導師做項目，只需要執(zhí)行就好了，用不著操其他的心?！睆妮o助角色到獨立課題組長（PI），角色轉(zhuǎn)變帶來全方位挑戰(zhàn)，大到發(fā)展規(guī)劃、項目申請，小到設備采購，系統(tǒng)搭建、調(diào)試和優(yōu)化，每個環(huán)節(jié)都需要親力親為。“起步雖難，但只要方向?qū)?，堅持下去就會有積累和收獲?！痹谫囦呦榈脑捳Z里，聽不到當時的艱辛和困頓，反而是滿滿的感恩和期待，“學校的支持給了我足夠的底氣。在第二年（2016年），實驗室連續(xù)拿下了香港研究資助局和國家自然科學基金委員會多個重要項目，邁出了堅實的一步，并逐步站穩(wěn)腳跟?！?/p>

十年回望，那個曾經(jīng)獨自北上求學的少年，已在散射光調(diào)控的深水區(qū)踏浪而行。對他來說，科研的路從未偏離初心：向前走，往深處去——哪怕每一步，都只是微光。

光之突破

在賴溥祥組建生物光子學實驗室的前一年，諾貝爾化學獎頒發(fā)給了3位共同開發(fā)出超高分辨率熒光顯微鏡的科學家。這一獎項不僅讓該成果備受矚目，也將其背后的科學——生物醫(yī)學光子學推至臺前。作為一門生物醫(yī)學與光子學交叉的學科，生物醫(yī)學光子學具有極廣闊的應用前景，既可以用光子及其技術來探測、診斷和治療疾病，也可以對生物系統(tǒng)進行感知、刺激及改造。

超高分辨率熒光顯微鏡讓人類得以窺見小于衍射極限的納米級微觀世界。然而，該領域長期存在一個難題：成像分辨率與成像深度如同魚與熊掌，難以兼得。如何在較深的生物組織中實現(xiàn)高分辨率成像？這成為眾多科學家努力的方向。

“我們的核心目標，就是讓光在生物組織里看得更深、看得更清、看得更快?！辟囦呦橐?個“更”字概括團隊使命。圍繞這個目標，他帶領團隊構建起“散射光調(diào)控-散射光利用-深層成像應用”的三維科研體系，并計劃在這3個方向上實現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”，最終“領跑”的跨越。

生物組織對光的高度散射，是生物醫(yī)學光學領域長期難以克服的挑戰(zhàn)。由于生物組織的光折射率不均勻分布，光在組織中傳播時發(fā)生強烈散射，如同“濃霧中的車燈”無法聚焦。賴溥祥團隊致力于發(fā)展的波前整形技術，則好比為車燈裝上“智能導航”，通過調(diào)控入射光的相位，使散射光重新匯聚。

“早期的波前整形算法效率低、速度慢，尤其諸如活體組織這類的動態(tài)散射介質(zhì)中，光場的快速去相關（<10ms）更是棘手難題?！辟囦呦榛貞浀馈Ｔ诨铙w小鼠腦成像實驗中，團隊曾頻頻陷入瓶頸，比如因小鼠呼吸、心跳導致組織晃動，聚焦點持續(xù)漂移和削弱，實驗數(shù)據(jù)屢次失敗?！皩W生們一度都很沮喪，但我們沒有放棄?！彼麕ьI團隊剖析問題根源：“要么提高算法速度，要么讓算法適應動態(tài)變化。”經(jīng)過無數(shù)次嘗試和攻堅，最終提出“遺傳算法-深度學習混合優(yōu)化策略”，開發(fā)出動態(tài)變異算法（DMA）、無參數(shù)自適應算法（PFA），以及遺傳-蟻群混合算法等一系列創(chuàng)新思路，將散射光聚焦效率從之前主流的40%～50%提升至逼近理論極限的98%。另一方面，這些創(chuàng)新也將調(diào)控時間從數(shù)小時縮短到幾秒，實現(xiàn)了5個數(shù)量級的效率跨越。這一突破使波前整形技術真正具備了活體應用的潛力，相關成果陸續(xù)發(fā)表在權威期刊，比如2015年《自然·光子學》（Nature Photonics），2015年《自然·通訊》（Nature Communications），2025年《科學進展》（Science Advances），引起國際同行廣泛關注。

在科研的道路上，賴溥祥并不想擠在熙熙攘攘的人群里亦步亦趨，他時常有奇思妙想涌現(xiàn)，希望能走出一條屬于自己的科研軌跡。在攻克散射難題的過程中，賴溥祥完成了一次關鍵的思維躍遷——從“克服散射”轉(zhuǎn)向“利用散射”。

“在傳統(tǒng)的光學研究中，大家都覺得散射光是一個討厭的東西，都想克服與規(guī)避它。但我們發(fā)現(xiàn)，散射光未必總是‘麻煩’。”疫情期間，頻繁的身份核驗場景觸發(fā)了賴溥祥對信息安全的思考，也催生了一個靈感：散射光所形成的散斑具有高度隨機性，能否將這種“無序”轉(zhuǎn)化為信息加密的“密鑰”呢？

“散斑比二維碼更復雜，加密程度更高，而且整個過程可由光學系統(tǒng)實現(xiàn)，無需復雜的計算?！痹谶@一思路驅(qū)動下，團隊先是利用毛玻璃，后續(xù)轉(zhuǎn)用無序超構表面產(chǎn)生穩(wěn)定散斑，結(jié)合人工智能深度學習算法實現(xiàn)加密與解密，極大提升了數(shù)據(jù)加密的穩(wěn)定性和安全性，并且加密穩(wěn)定性遠超過140小時，為信息安全提供了可靠的保障。該項技術2024年發(fā)表在《自然·通訊》上。

最近，團隊提出了空間復用點檢測（SMPD）的新方法，進一步將散射介質(zhì)從傳統(tǒng)成像中的“干擾”轉(zhuǎn)化為“編碼工具”，實現(xiàn)了利用極少采樣點即可高精度識別光場信息的突破。該方法僅需16個采樣點（采樣密度0.024%），即可在渦旋光束軌道角動量（OAM）識別中達到>99%的準確率，較傳統(tǒng)成像方式數(shù)據(jù)量降低約4096倍，并成功應用于高速光通信、多模式解碼及圖像分類等多個場景，為散射環(huán)境下的高效光信息處理提供了緊湊、低功耗的解決方案。該項技術于2025年發(fā)表在《自然·通訊》上。這些工作將散射光從討厭的“干擾”變成有用的“工具”，這一認知轉(zhuǎn)變體現(xiàn)了賴溥祥團隊的科研智慧——不是對抗自然規(guī)律，而是與之和諧共舞。

在基礎研究取得突破的同時，賴溥祥始終不忘科研初心：推動散射光調(diào)控和成像的基礎研究走向應用，解決生物醫(yī)學光子學難題。近年來，他陸續(xù)主持了包括國家自然科學基金委員會、香港研究資助局、香港創(chuàng)新科技署、廣東省科技廳、深圳市科技創(chuàng)新委員會等資助機構的20多項課題。

6年前，賴溥祥主持國家自然科學基金重點項目“跨尺度光聲分子影像用于腦膠質(zhì)瘤早期診斷研究”。面對血腦屏障導致的早期診斷困難，團隊開發(fā)出仿生納米探針，結(jié)合磁顆粒成像技術，將診斷靈敏度提升4倍?！拔覀兿扔么笠晥龉饴暢上穸ㄎ灰伤撇≡?，再用顯微成像解析細胞微環(huán)境，實現(xiàn)從宏觀到微觀的跨尺度融合。”此外，團隊還開展了“心肌微循環(huán)障礙評價”“頭戴式光纖光聲顯微鏡”等研究，前者為心血管疾病研究提供新工具，后者實現(xiàn)自由運動小鼠的腦功能成像，重量僅數(shù)克。這些工作均與諸如北京天壇醫(yī)院、武漢協(xié)和醫(yī)院、廣州珠江醫(yī)院、廣東省人民醫(yī)院等一線臨床醫(yī)院合作，已在小動物模型驗證可行性，有望為肝癌、腦膠質(zhì)瘤、心血管疾病、神經(jīng)退化性疾病等的早期篩查提供創(chuàng)新方案。這些成果共同構筑起賴溥祥團隊在生物醫(yī)學成像領域的“技術矩陣”。

當然，“我們要做的不僅是發(fā)表論文，更要讓技術服務于生物醫(yī)學進步”。賴溥祥坦言，從實驗室到應用和臨床的道路布滿挑戰(zhàn)，“從小動物到人，不僅僅是成像深度的增加，更是復雜度的指數(shù)級增長。此外，還有倫理問題、醫(yī)療器械認證、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化等一系列環(huán)節(jié)需要跨越”。盡管如此，他依然對此方向充滿信心：“醫(yī)工交叉肯定是我們重點要做的方向。雖非坦途，但我們會在摸索中前進?！?/p>

如今，賴溥祥團隊的4個研究方向——散射光調(diào)控、散射光主動利用、跨尺度多模態(tài)深層組織成像、醫(yī)學人工智能——已經(jīng)形成較完整的創(chuàng)新鏈條，從基礎理論到技術突破，從方法創(chuàng)新到應用探索，他們正在生物醫(yī)學光學的田野上，走出一條獨具特色的深耕之路。

同舟共濟

“On the same page”，這句英文的字面意思是“在同一頁上”，常常引申為“目標一致、同心協(xié)力”。這也是賴溥祥所追求的團隊文化?！拔页８鷮W生們說，我們都在一條船上，要同舟共濟。” 他這樣形容實驗室的運作哲學。

▲賴溥祥團隊合影

在香港理工大學生物光子學實驗室（賴溥祥團隊的實驗室），你會感受到一種獨特的氣氛——這里沒有嚴格的打卡制度，也不設硬性的文章發(fā)表指標，取而代之的是學生們自主探索的熱情和團隊協(xié)作的默契。賴溥祥的團隊管理理念，融合了“美式寬松”與“中式溫度”，這源于他在美國博士和博士后研究期間的親身體驗。在美國的5年博士生涯，讓他感觸最深的不是先進的實驗設備，而是寬松自由的科研氛圍：“導師沒有規(guī)定‘畢業(yè)必須發(fā)多少篇文章’，而是說‘當你能站在領域前沿，能教會我新東西時，就可以畢業(yè)了’?！边@種以知識和創(chuàng)新為導向的理念，深深影響了他。

過去的10年，賴溥祥也在自己的實驗室努力踐行這種理念?！白鳛榕囵B(yǎng)獨立科研工作者的地方，自我驅(qū)動力是最重要的?！辟囦呦閷W生的要求直接而清晰：“既然選擇了這條路，就盡咱們最大努力去做?！痹趯嶒炇?，組會更像是“學術聊天會”——學生自由分享進展與困惑，他通常并不直接給出答案，而是引導大家思考“問題的本質(zhì)是什么”，“如何將復雜目標分解成單個可行的階段目標”或“是否有其他路徑”。他給學生充分的選題自由，甚至鼓勵“跨界嘗試”：光學背景的同學可以專注光學系統(tǒng)，也可以做算法，生物醫(yī)學背景的同學可以鉆研成像方法，也可以從事探針或者新材料開發(fā)。實驗室20余名博士及博士后研究人員形成了“高年級帶低年級、跨方向互助”的良性循環(huán)。他說：“我們是同舟共濟的伙伴，不是相互競爭的對手?！?/p>

“我只有一個核心要求——熱愛科研?！辟囦呦槭冀K認為，科研工作者應對探索懷有純粹的熱情，能在新發(fā)現(xiàn)中獲得滿足，而不僅視其為獲得文憑或謀生手段。他對于實驗室當下的學術氛圍十分欣然，也很自豪，在自己的團隊里有一大批極具朝氣的奮斗者，他們互相鼓勵，形成了一股知難而進、刻苦攻關的科研風氣。

當然，科研道路從來都不是一帆風順的。當學生遇到瓶頸、實驗屢屢受挫時，賴溥祥常以“過來人”的身份分享自己的經(jīng)歷，把自己當年掉進去的“坑”一一標注出來，以免身邊的年輕人重蹈覆轍。他坦言，博士期間曾耗時5年才突破光聲成像分辨率的瓶頸，“真正的科研，經(jīng)歷100次失敗都是正常的，但突破往往就在第101次嘗試中誕生”。

這些真誠的交流，讓許多年輕人在迷茫時重拾信心。賴溥祥對于科研的堅韌和執(zhí)著更是感染和激勵著團隊成員們勇敢去嘗試和突破。“我要做的是提供土壤和陽光，讓每顆種子按自己的時令生長。”在這樣的理念下，實驗室畢業(yè)博士生人均以一作和共一身份發(fā)表論文5篇以上。更令他自豪的是，實驗室保持了近乎完美的學術延續(xù)記錄：“過去10年，實驗室入學的博士學生，100%如期畢業(yè)。已畢業(yè)的10位博士中，除一人加入華為外，其余全部選擇繼續(xù)從事博士后研究，且已有多位博士后研究人員獲得諸如海外優(yōu)青、中國科學院百人計劃、‘雙一流’高校副教授等教職。如果他們科研做得不開心，是不會這樣選擇的。”

過去10年，賴溥祥始終未變的是對科學的純粹熱愛、韌性堅持，與對人的真誠?！叭绻艺f不累、壓力不大，那一定不是實話。但這種堅持讓我踏實，每天的忙碌讓我感覺到自己還在不斷積累和進步?！痹谒磥?，團隊不僅是工作的組合，更是共乘一艘船、共逐一束光的同行者。在這艘船上，每個人既能自由探索方向，也深知彼此支持才能走得更遠?！跋嘈殴猓嘈排Φ淖约??！边@是賴溥祥給予年輕學生們的寄語，同時也是對于自己的勉勵。

專家簡介

賴溥祥，現(xiàn)任香港理工大學生物醫(yī)學工程系終身副教授、博士生導師，生物光子學實驗室主任，并擔任中國激光雜志社香港分社社長。2016年，他入選國家高層次（青年）人才計劃，同年獲香港杰出青年學者稱號。長期從事深層組織光學調(diào)控和成像工作，在諸如光聲成像、散射光調(diào)控、光學成像與醫(yī)學影像等領域開展了一系列原創(chuàng)性、前瞻性的工作，成果得到了國際同行的關注與肯定。他以第一作者或者通訊作者在《自然·光子學》（Nature Photonics）、《自然·通訊》（Nature Communications）、《科學進展》（Science Advances）、《創(chuàng)新》（The Innovation）、《光：科學與應用》（Light: Science & Applications）等國際知名學術期刊發(fā)表論文130余篇，多次獲得國際會議最佳論文獎。自2017年起，先后主持國家自然科學基金（面上、重點項目）、科技部、香港研究資助局、香港創(chuàng)新科技署、廣東省科技廳、深圳市科技創(chuàng)新委員會等科研項目20余項。2025年入選斯坦福大學發(fā)布的世界Top2%高被引科學家榜單。

?