向微观世界要答案 为国产仪器添底气
——南昌大学“光引未来”实践队以交叉创新探索数字全息显微技术自主化路径
一幅看似模糊的全息图，如何在数秒内重建为可供分析的三维微观结构？暑期“三下乡”校内科研实践中，南昌大学“光引未来”实践队围绕这一问题开展装置调试、算法验证和应用论证。青年学生将光学成像、人工智能和工程设计连接起来，尝试用自主技术破解高端数字全息显微设备价格高、体量大和核心技术“卡脖子”等难题。
从市场痛点中确定攻关方向
科研选题首先来自一线需求。实践队此前面向全国多省高校、三甲医院、制造企业等单位投放5000份调研问卷，并通过实地走访了解传统显微镜和进口全息设备的使用状况。有效问卷与访谈资料反映，科研人员希望兼顾大视场和高分辨率，医院关注操作效率及部署条件，制造企业则更看重芯片微缺陷检测的速度与稳定性。团队据此把“轻量、快速、精准、可拓展”作为研发主线。
调研材料显示，高端数字全息显微市场长期由瑞士企业占据，进口设备单台价格约200万元，而国内高端显微设备国产化率不足30%。在《高端科学仪器替代工程》等政策推动下，高端科学仪器国产化不仅关乎采购成本，更关系关键技术积累和产业链安全。实践队把这一行业命题转化为可分解、可验证的学生科研任务。
软硬协同构建自主成像链路
围绕ZD980全自动无透镜数字全息显微镜，团队形成三项原创核心技术。其一，无透镜轻量化架构以光源、探测器和数据处理单元重构成像系统，减少对复杂镜组的依赖；其二，HoloDiffusion扩散AI重建算法把扩散模型学习到的数据先验与光传播物理约束结合，用于补偿稀疏采样造成的信息缺失；其三，DMEDH多平面三维成像算法通过多平面外推和双通道先验约束，重建样本的振幅、相位与深度信息。
HoloDiffusion图像重建方法流程示意
软硬件协同让设备体积降至传统方案的30%，总体成本降低60%以上，并将三维重建时间控制在10秒以内，分辨率达到50LP/mm。由此，设备既可服务细胞病理诊断和移动医疗，也能面向野外科研、半导体芯片检测等复杂环境。实践队在测试中同步记录光源、传感器、传播距离和算法参数，避免把一次实验结果泛化为无条件结论。
跨学科育人夯实创新底座
项目成员来自人工智能、信息工程、临床医学等不同学习背景。在国家优青刘且根教授等高校导师指导下，学生围绕装置、算法、数据和市场分组协作；中国科学院医学成像专家梁栋、东南大学陈阳教授等杰青级顾问，则从医学影像、信号处理和成果转化角度提供专业支持。多层次指导帮助学生把课堂知识转化为解决复杂工程问题的能力。
目前，项目已形成10余项发明专利布局、10余篇SCI论文和多项软件著作权，部分论文发表于TOP期刊；相关智能计算成像成果获中国光学工程学会“计算成像三年成果展—优秀成果”奖。论文、专利和奖项并非实践的终点，团队更关注这些成果能否继续支撑设备稳定性验证和场景化应用。
围绕产业化，团队成立江西哲鼎科技有限公司推进成果转化，探索面向高校实验室、医疗机构和工业客户的B2B合作，逐步完善国产激光源、sCMOS传感器、部件加工、整机装配与售后服务的供应链。未来将通过校企联合验证、医疗机构试点和工业检测合作积累应用数据，再分阶段推进规模化生产与市场布局。
高端科学仪器的突破，需要基础研究、工程实现和应用验证接续发力。“光引未来”实践队把社会实践中的所见所问带回实验室，又把技术方案放到实体经济需求中反复校准。青年学生以一次次调试和重建积累自主创新底气，也在服务新质生产力发展的过程中理解科技自立自强的分量。
通讯员：叶俊杰，邵元坤
