多模态跨尺度生物医学成像设施 （以下简称“成像设施”） 是我国“十三五”国家重大科技基础设施项目 ，位于北京怀柔科学城，由北京大学牵头，联合中国科学院生物物理研究所共建， 已于2025年全面开放运行 。成像设施整合光、声、电、磁、核素、电子等15种成像模态及衍生模态，覆盖从埃到米、微秒到年的时空尺度，突破尺度壁垒，实现从分子到人体的全尺度、多模态成像，并可对生命体从分子到器官的结构与功能进行跨尺度可视化观测与精确测量。成像设施已汇聚全球顶尖人才组建跨学科团队，联合攻克生命科学难题，培养新一代生物医学成像领军人才；整合产学研资源，构建“基础研发—设备智造—临床验证”全链条创新体系，加速国产高端影像设备研发与科技企业孵化；
启动“全景数字生命”国际大科学计划，整合AI与多组学技术构建器官数字图谱，推动前沿成像技术落地临床医疗机构，提升重大疾病早筛与精准诊疗水平。未来，成像设施将深化产学研融合， 以自主创新突破技术壁垒，以开放共享支撑全球科研，构建“大设施+大计划+大网络”的创新范式 ，持续汇聚全球智慧，支撑从基础研究到临床转化的全链条突破，加速破解生命科学重大命题。图：成像设施建筑总体效果及功能布局 设施主要功能 01 多模态医学成像装置（宏观） 装置聚焦活体生物体的成像研究 ，研究对象覆盖从厘米级啮齿类模式动物、几十厘米级大型模式动物到米量级的人类本身，根据不同研究需求采用不同成像技术，获得完整生命体不同组织器官的结构、功能乃至分子层面信息。
主要设备包括超高场磁共振成像系统、全人体 TOF-PET/CT 成像系统、脑磁图系统、小动物五模态分子成像设备等。图：多模态医学成像装置功能构成 02 多模态活体细胞成像装置（介观） 装置聚焦以高时空分辨率成像方式记录生理状态下活体内的精细生命活动 ，成像范围横跨0.1微米至1厘米五个数量级，空间分辨率可达50纳米至1微米，成像持续时间从秒级到月级，无侵入成像深度达到2毫米水平，微型化/内窥侵入式成像可达到任意深度。主要设备包括微型化双光子显微镜、三光子显微镜、超分辨荧光显微镜 （SIM、MINFLUX、STORM） 、受激拉曼散射显微镜、光学衍射层析显微镜等。
图：模态活体细胞成像装置功能构成 03 多模态高分辨分子成像装置（微观） 装置聚焦生物大分子的高分辨率成像 ，针对不同样品状态下（体外/体内、冷冻/溶液、固定/活体）的生物大分子，获取其结构、动态、定位和演化等方面的高时空分辨率数据，阐明生物大分子的生物学功能和分子调控机理。主要设备包括超高分辨率300kV冷冻透射像差矫正电子显微镜（成像空间分辨率可达0.8Å）、高通量300kV冷冻透射电子显微镜等。图：多模态高分辨分子成像装置功能构成 04 全尺度图像数据整合系统 针对医学成像、活体细胞成像以及高分辨分子成像，利用多模态跨尺度图像融合分析与人工智能技术，建设高性能软硬件服务平台。
通过信息化手段融合大设施内部各个装置，提供多视角多维度的直接交互操作，探索各装置之间的互联互通。图：全尺度图像整合系统功能构成 05 样品制备与模式动物中心 样品制备与模式动物中心为成像设施各项科学研究和设备研发过程中所涉及的动物实验验证和致病机理研究提供实验动物饲养、实验动物疾病模型制作、分子生物实验、病理学实验、样品保存等全方位的技术支持和保障。中心以心血管、代谢、肿瘤、神经精神等重大疾病为主要研究方向，涵盖斑马鱼、大小鼠、猴等模式动物，可提供兽医技术指导、疾病模型制备、常规动物实验技术、动物疾病表型分析、品系保种与繁殖、生物净化等多种技术服务，同时配备手术室、动物实验室、影像室、代谢实验室、电生理实验间、训练室等。
图：样品制备与模式动物中心功能构成 设施服务能力 成像设施实行开放、流动、择优的机制， 所有仪器设备实行“专管共用、开放共享” ，服务时间7×24小时全年无休，自试运行以来累计运行机时44310小时，服务1000余用户。支撑科研创新能力 0 1 成像设施可支撑脑科学与脑疾病、肿瘤医学、心血管与代谢疾病、干细胞及发育与再生医学等复杂生命科学问题和重大疾病的研究。具体服务方向包括： ●脑科学与脑疾病研究（脑磁图、功能磁共振、双光子/三光子成像等从分子到全脑的多尺度观测手段）。●肿瘤医学研究（ PET/CT 、超分辨成像、冷冻电镜等从分子探针到活体成像的全链条技术支撑）。
●细胞生物学研究（活细胞超分辨成像、光学衍射层析、电镜等从亚细胞到组织层次的跨尺度成像）。●新药研发（高分辨原位成像为新药分子作用机制研究提供平台支撑）。●材料科学与交叉学科（材料表征、芯片检测、考古研究等定制化成像服务，已服务故宫博物院、中国地质博物馆等单位）。支撑产业发展能力 02 ●高端医疗影像设备产业：以涵盖“光、声、磁、电、热、质谱”多模态全谱段成像设施，支撑生命科学仪器与医疗仪器的原始创新输出。●创新药产业：通过多模态跨尺度影像学原理检测动物体内新陈代谢变化，为新药研发提供技术支撑。●先进制造产业：集特种制造、装调、检测于一体的先进制造平台，促进先进制造技术创新与升级。
产出的重大成果 01 “全景数字生命”国际大科学计划 依托成像设施实施的“全景数字生命”国际大科学计划于2025年4月正式启动，将生命科学与信息技术深度融合，通过整合多模态数据，运用人工智能、大数据、云计算等先进技术，对生命活动进行数字化建模和模拟，实现对生命活动的全景式解析和精准调控。目前已启动数字肾脏、数字大脑成瘾机制、AI解码生物钟、数字心脏等19项重大项目，初步成果已发表在 Cell Research、Nature Methods、Nature Computational Science、Circulation 等国际知名期刊。0 2 重大科研成果 ●新一代多色微型化双光子显微镜。
程和平团队自主研制出仅重2.6克的新一代多色微型化双光子显微镜，首次实现自由活动小鼠高分辨率的深脑双光子彩色成像，为解码复杂脑功能机制提供了新工具。该成果于2025年8月发表在 Nature Methods 杂志。图：稳定的双色双光子成像测试 ●快速三维多平面 SIM（3D-MP-SIM） 方法。陈良怡团队开发提出快速三维多平面 SIM（3D-MP-SIM） 方法，通过构建出新的正向物理模型并开发对应的新型光路设计与重建算法，在不损失空间分辨率的同时将时间分辨率提高了约8倍，更显著减少了动态结构成像中的运动伪影。该成果于2025年3月发表在 Nature Photonics 杂志。图：3D-MP-SIM用于全细胞厚度成像。
a-c，全细胞微管成像。d-f，全细胞线粒体成像。●新一代高亮度高光稳定性罗丹明活细胞荧光探针。陈知行团队报道新一代高亮度高光稳定性罗丹明活细胞荧光探针，拥有优异的亮度及出色的光稳定性，在单分子成像、细胞超分辨率成像、斑马鱼在体成像等实验中展现出显著优于其他先进染料的光子预算及成像时长。该成果于2025年5月发表在 Nature Methods 杂志。图：应用于多模态成像，解决生物问题 ●基于数据驱动的秀丽线虫 （C. elegans） 模型 （BAAIWorm） 。
马雷团队开发了一个全新的基于数据驱动的秀丽线虫模型，模拟秀丽线虫的脑、身体和环境的相互作用，使用目前最精细的线虫神经系统模型（带有离子通道和树突结构）驱动线虫身体在液态环境中像真实线虫一样前行，该成果于2024年12月作为封面论文发表于 Nature Computational Science 杂志。图：线虫模型概览 领衔科学家 程和平院士： 中国科学院院士，北京大学未来技术学院教授，北京大学国家生物医学成像科学中心主任，成像设施首席科学家。长期致力于钙信号、线粒体生物医学及高端生物医学仪器自主创制。发表论文200余篇，其中十多篇刊于 Science、Nature 和 Cell ，总引用数23000余次。
主要学术贡献包括发现“钙火花”，原始论文被誉为100多年来十篇最杰出的心肌研究论文之一；发现线粒体“线粒体炫”现象；率团队成功研发2.2克微型化双光子显微镜。曾获国际心脏学会 Research Achievement Award（2016） 、北京大学国华杰出学者奖（2021）、贝时璋杰出贡献奖（2023）；成果入选“2017年中国科学十大进展”、 Nature Methods“2018 年度方法”。陈良怡教授： 北京大学博雅特聘教授，新基石研究员，北京大学国家生物医学成像科学中心副主任。
国家杰出青年科学基金（延续）获得者，科技部重点研发专项、基金委重大研究计划集成项目首席科学家，法国科学院生物成像国际研究网络中方总协调人，中国生物物理学会生物医学影像分会会长。发明一系列高时空分辨率生物医学成像技术，包括高分辨率微型化双光子显微镜、海森结构光超分辨显微镜、稀疏解卷积超分辨率成像算法，实现活细胞成像中分辨率最高（60nm）、速度最快（564Hz）、成像时间最长（>1小时）。工作获“2021、2023年度中国光学领域十大社会影响力事件”等奖励。孙育杰教授： 北京大学博雅特聘教授，北京大学未来技术学院副院长，国家生物医学成像科学中心副主任， 成像设施副总工程师、建设指挥部办公室主任， 国家杰出青年科学基金获得者。
现任中国生物物理学会单分子生物学专业委员会委员、中国仪器仪表学会显微仪器分会副理事长、中国认知科学学会分子影像分会副理事长、中国电子显微镜学会共聚焦专业委员会副主任、美国细胞生物学会国际事务委员会委员。获 Elsevier Scopus高引青年科学家奖。致力于运用单分子、超高分辨率荧光成像及操纵技术研究细胞结构与功能的关系，先后主持基金委重大仪器研发专项和科技部863计划等10个国家级科研项目。
设施申请使用方式 方式一↓ 登录成像设施官方网址 https://ioc.nbic.cn 点击“共享设备预约平台”跳转预约 方式二↓ 登录北京大学大型仪器共享管理平台 https://i-sharing.pku.edu.cn 预约联系方式 联系人：王玥 联系电话：18633301219 联系邮箱： yuew@pku.edu.cn 撰文/编辑 王小义
原始链接：发展北京
