李栋，中国科学院生物物理研究所研究员，2019年科学探索奖前沿交叉领域获得者。他在光学显微成像技术方面的成绩得到了肯定，激励他在高速活体长时程超分辨显微成像技术方面进一步突破。
年轻人是科学创新的主力。在科学投入越来越受重视的今天，中国的年轻科学家们在各自领域做出了杰出成就，承载着未来科研的希望。《知识分子》携科学探索奖设立“探索者”专栏，为读者速写一群青年科学家的画像，介绍他们所代表的科技前沿。这些青年学者们都不到45岁，但已在各自的领域内做出了重要贡献。
在人类看见微小生物这件事上，多数人都要归功于列文虎克——这位来自荷兰的显微大师，三百多年前从眼镜师那儿习得了磨镜手艺，制造了数百个透镜。当人们第一次透过显微镜看到游动的红细胞、细菌、精子时，一个新世界打开了。
几百年过去了，眼见为实的信条和对清晰度的无上追求仍在继续，分辨率1000纳米、400纳米、200纳米、100纳米！甚至优于10纳米！数字见证着人类的智慧。人们能看到的微小世界更清晰了，比如辨识细胞器，病毒与细胞交战时的你来我往……但或许，数字并不是唯一的答案。
准确的说，荧光显微镜的研究更像是一门平衡与妥协的艺术：看得清楚（空间分辨率高），看得快（成像速度快），看得久（对活体细胞伤害小），看得深（无损观测生物样品内部）等指标维度相互制约，难以同时达到最优。有时，看得清楚了，但过多伤害了活体细胞，或是采集所需时间过长，“来不及”连续拍摄分子层面的动态生命过程，等等。这场博弈的有趣之处在于，在获得之前，先要想好失去什么。
很多时候，研究者会情不自禁陷入对分辨率的追求。但对于中科院生物物理所李栋研究员来说，为了解开生命运作的秘密，他愿意舍弃部分分辨率，在尽量不伤害生命体的情况下，看清它们的行为和细微结构。牺牲什么，留下什么？看似是一个选择的问题，实质却是：做研究是为了什么？
时间回到2012年冬天。圣诞节左右，美国多地暴雪，2000多个航班延误取消。
在华盛顿，到处是白茫茫的一片，厚处的积雪足有80厘米，接近一个成年人的腿长。在美国霍华德·休斯医学研究所Janelia园区，埃里克·白茨格博士的实验室依然忙碌。这位后在2014年因发明超分辨荧光显微镜摘得诺贝尔奖的教授，出了名的刻苦，每周工作80小时是他和小组成员的理想状态。取了样本细胞，白茨格的中国博士后李栋开始测试新的技术方案的效果，这已经是他第N次优化这一显微镜系统的技术细节了。
李栋的座位靠近走廊过道，虽然一共没几位同事来上班，但大家出出入入、甚至倒咖啡路过他的实验台时，都忍不住停下来看一下他的显示屏，然后朝他点头笑笑。这种成像方法，一举打破了当时结构光显微技术无法突破100纳米的局限，以对细胞伤害最小的方式获得50-80纳米分辨率，适用于性广，成像速度快。
2015年的Science杂志将这一工作选为封面文章，Nature Methods则评议道：“是最终实现分子水平分辨率下观察生命过程的重要一步，让科学家们认识到在无损条件下实现活体成像的重要性。”
在超分辨显微镜的江湖上，有两种潮流声名煊赫：单分子定位法与受激辐射耗尽显微术。2014年，对这两种方法作出重要贡献的三位科学家被表彰诺贝尔奖。其中“单分子定位法”的发现者正是李栋的导师白茨格。对大多数人来说，追热点或沿着导师的思路走，都是更“稳妥”的道路。但通过近3个月的调研，系统分析现有三类技术的不同成像特性后，李栋选择了当时较为冷门的另外一条路——结构光照明。
作为唯一能在活体条件下对任意蛋白分子进行连续追踪的设备，光学显微镜有着无可比拟的生物学意义：不必切片制备，先毁坏、杀死细胞才能进行观测，意味着能看活体，看到细胞内瞬息万变的“gif动图”，而非某一张单独的“静态遗照”；可以使用荧光标记，借助不同的颜色染色，意味着能选择性观看感兴趣的生物大分子，就好像在一个信息爆炸的Excel里使用了“筛选”功能，“合并同类项”般地直观呈现……
但长久以来，光学显微成像技术受制于“阿贝极限”，分辨率无法超过200纳米。人们透过光学显微镜看到的，其实是承载物体信息的光波衍射形成的衍射斑，光束不能无限聚焦，所以当结构过于细小，细小到他们形成的衍射斑重叠而无法分辨，便只能看到模糊的一团。而病毒、生物大分子等的尺度刚好小于200纳米，人们只能眼睁睁看着，这些“漏网之鱼”携带着若干生物学秘密，在光学显微镜的扫描下逃之夭夭。
如何超越阿贝极限几乎成了领域内科学家们的共同目标。
依靠着智慧、严谨与坚持，科学家们从三种路径逼近并突破了阿贝极限：单分子定位法、受激辐射耗尽显微术和结构光照明显微术。单分子定位法和受激辐射耗尽显微术是当时的“人气赛道”。因为相较于结构光照明显微术在100纳米就开始“举步维艰”的分辨极限，这两种方法的分辨率可达到20纳米，且从理论上，只要设备足够先进、采集时间够长、样品足够坚挺……它们的分辨率就能无限小。
利用光学显微镜研究生命现象是一门妥协的艺术。但，生命过程多种多样，需要根据其特点明确指标优先级。虽然分辨率更高，但单分子定位法与受激辐射耗尽显微术付出的代价在于“牺牲时间分辨率”换取“空间分辨率”，即为了拍的清楚，就拍的更久。要得到超分辨图像，它们往往需要数十秒到数小时的采集时间，比太阳光强高十万倍以上的照明强度，这导致成像速度慢，对活体样品伤害大，往往仅适于对固定样品成像。
李栋反复告诉自己，不要随波从众。生命的奇妙在于一个个连续的生物过程动态组合而成。研究固定后的生物样品，很难了解生物过程的全貌。“以尽可能低的代价提高分辨率，从而为同时拓展其它观测维度留余地。”李栋期望，能够多维度更全面地认知一个个生物过程。这也得到了白茨格的认可，这是真正从生物学源头出发，面向需求的决策。他们相信，结构光照明超分辨技术的潜力巨大。
结构光照明的研究，不仅成为李栋科研事业的起点，也塑造了他日后的研究模式——要方向敏感，理论简洁，工程可靠。李栋结合光控荧光蛋白的发光特性，用了两个不同颜色的光照激发观测物，得到更高的调制频率，从而提高分辨率。理论上，这也能达到分辨率无限高（分辨率越高代表越清晰）。这是突破分辨瓶颈的关键一环，但仅在整个理论说明中占了一页PPT的体量，甚至在汇报中，常因过于细节而根本不会被提及。
就这样，想通所有的理论框架“只”用了一个多月，但落地用了两年半。
不同于理论研究，多数依靠与大脑的天人交战，超分辨显微成像技术研制的核心之一是“工程能力”。李栋的妻子是一名产品经理。这份强调推进、落地的职业，在移动互联网时代被拱上潮头，肩负着发现需求、解决痛点，甚至引领行业趋势的重任：要每一个细节都可以被看到，每一个细节都可以被执行。从这个角度来讲，李栋与妻子的工作颇有相通之处。
因为整体目标是push to the limit——追求极致，所以每个步骤都要严苛地控制效果，“这一步达到了预期，才开展下一步。”任何一个“这里损失一点没关系的念头”，都会满盘皆输。
李栋实验室的一角，密密麻麻装备着显微镜和各种各样的器材，粗黑的电源线们一把把地攒在一起，稍不注意就拧成麻花，电脑悬垂在一旁的支架上。
这些布置，令人联想到古代行军布阵时的军事沙盘，从某些角度上，这也确实是主帅李栋的兵卒们，他调遣它们，在成像视野不到半粒沙子大的方寸之间抽丝剥茧。很多人厌恶琐碎，挑战和快乐常常在构想完成的瞬间冲到巅峰，随后迅速消耗殆尽。但于李栋，方向检验敏感度、理论检验构想、工程检验可靠，没什么比这样的全程参与更有掌控感，三种层次的快乐循环往复地推动着他。
从香港科技大学博士毕业以后，李栋几乎看遍了世界顶尖学者们的招聘主页，他有一个模糊的想法，想继续博士期间的“小实验室-大科学”：既要“小实验室”更多一对一的及时交流，围绕特定问题的有效讨论，简单轻快的人际关系，也要“大科学”充沛的资源，足够的自由度和对前沿问题的超前构想。他加入了霍华德·休斯医学研究所埃里克·白茨格的项目组。这是业内毫无争议的、响当当的团队。
李栋不仅把他在美国时擅长的技术建立了起来，还很快地有所创新。2015年，来到中国科学院生物物理所，李栋开始组建自己的小实验室。在北京的办公室里，这个10人左右的团队，保持着与中科院生物物理所其他实验室、霍华德·休斯医学研究所、牛津大学、杜克大学、清华大学、北京大学等海内外前沿实验室的密切合作。不同于常见的、一条纵深的线一般的研究轨迹，李栋团队的研究，很像是一张网。
这是由物理理论、硬件设备、软件算法和生物学主题四根金线编成的网，一张为网住许许多多有价值生物学问题而生的网。
李栋研究的掠入射结构光超分辨显微镜技术（GI-SIM），刷新了自己在博士后期间的TIRF-SIM能达到的效果。可以在97纳米分辨率下，以每秒成像660幅的速度连续成像，“照见”细胞1微米深度内的动态。通过这一技术，你能看到细胞器和细胞骨架进行着高度动态又有组织的相互作用，细胞器之间也进行着蛋白质和脂类的交换、信号的传递，运动纤毛内繁忙的“交通”，等等。
李栋的研究不仅发现了一种新颖的病原-宿主互作机制，也拓展了人类对大分子相分离调控复杂性的认识。2021年5月，研究开花结果，正式发布。俞立教授评价这项“漂亮的”研究。什么是漂亮？技术有新意，动作不繁琐，解决的问题扎实有用，能以最少的力量揭示出最多的生物学信息。对研究者本身，这也是漂亮的体验。
李栋期待着，生命科学可以借助新的技术方法，从描述性阶段，过渡到物理数学一般的定量推导阶段。
生物学问题通常不是验证性的，而是探索性的，仿佛在漆黑的森林里穿行，前往无人之境。拥有一架优秀的显微镜，就好像配上一把手电筒，帮助旅人穿透黑暗，照亮前路。
李栋不认为你会碰到任何一个生物学家，觉得显微镜学者们的深度加入会是威胁，完全相反，我们特别欢迎他们进来，生物学是一个巨大的问题，在他们的工作中，他们一定已经积累了非常多有意思的现象，其中牵涉到一些非常专业的知识，而我们将会深刻地理解它们，欣赏它们，这是一个非常良好的共生关系。