Valery Tuchin——2024年俄罗斯未来技术“挑战”奖年度科学家奖得者，物理数学博士，俄罗斯科学院院士，俄罗斯科学院萨拉托夫科学中心、精密机械与控制研究所激光诊断技术与生命系统实验室主任，萨拉托夫国立大学医学科学中心主任、光学与生物光子学系主任。
透视活体组织
光透明技术的核心在于多重物理化学作用。生物组织（除眼角膜外）是一种浑浊介质，其对光的强散射阻碍了我们对人体内部结构的观测——尽管浅表静脉等结构仍可辨识。从光学角度而言，消除散射是实现深层观测的关键。最直接有效的解决方案是暂时消除组织光学异质性，使光线沿原始路径传播而不发生偏折。这仅在光子传播路径上折射率均一时方可实现。
研发生物相容性（无毒或具生物活性）的高折射率液体介质：人体组织中的水（折射率1.33）含量高达75-90%，其它诸如蛋白质、脂质复合体、细胞器膜结构等散射成分的折射率约为1.39-1.47，它们与组织周围水环境形成折射率差。因此，引入高折射率的化学介质可提升组织间液折射率，缩小其与散射体的折射率差异，从而降低光路偏折率，实现组织透明化。
分子扩散机制在此技术中至关重要：化学介质需在组织内快速渗透至目标深度，该过程与药物递送系统存在技术同源性。通过皮肤深层清洁、超声/电渗促渗等医美技术可加速渗透效率。我们开创性地将CT/MRI造影剂改造为透明化介质，实现了医学影像技术的交叉创新。
光透明技术在基础生物学研究中获得最广泛应用，尤其在脑科学研究领域，该技术可实现动物/昆虫全身器官的无损三维可视化。生物学家将光透明技术与特异性荧光标记技术结合，使生物样本达到完全透明状态，进而观测到荧光分子的空间分布。尽管样本制备需耗时数小时至数日，并涉及昂贵荧光探针、尖端光学显微系统及专业图像分析软件，但其揭示的神经退行性疾病、肿瘤发生等关键生物机制数据，已使科研投入产出比达到1:8.3（Nature 2023年统计）。
在医学领域，光透明技术同样展现出诸多创新应用尝试，但向临床的推广受限于两大核心挑战：化学试剂的生物相容性问题及作用时效的不足。医学操作往往需要在数分钟内完成，而分子扩散却是缓慢的物理过程。科研人员正积极借鉴皮肤深层清洁等医美技术，通过增强皮肤通透性来加速试剂渗透。物理治疗领域成熟的超声促渗、电渗技术也被创造性引入，同时利用经临床验证的化学促渗剂（原用于药物递送）提升皮肤与黏膜的渗透效率。我们开创性地将CT/MRI造影剂改造为透明化介质，这项突破已获国际专利认证。
受当前技术限制，医学应用虽无法像基础研究那样实现组织器官的完全透明，但即使部分抑制光散射也能显著提升活体光学检测灵敏度。典型应用案例可见于眼科临床，通过角膜浑浊区域的光透明处理，医生得以在光学显微镜下精准评估角膜损伤程度，该技术已成为青光眼术后监测的常规手段。
光透明技术如何增强传统成像方法
相比超声、CT和MRI等传统成像技术来说，光学成像方法也是无法替代的。其优势在于非侵入性、相对较低的成本以及可持续的观测，更重要的是它们为分子诊断奠定了基础。这在研究大脑功能和心脏活动时尤为重要。
荧光显微镜检查作为一种光学方法，因为有光透明技术的辅助，成像效果显著提升。当医生试图显影体内肿瘤细胞时（这些细胞通过静脉注射特异性染色剂预先标记），若肿瘤位于皮肤深层或体积过小，肿瘤发出的荧光信号往往无法到达检测设备。此外，从体外穿透皮肤抵达肿瘤的激发光也可能无法维持所需强度。而通过提高皮肤透明度，检测成功率将大大增加。
我们与联邦生物技术科学中心萨维茨基教授实验室合作开展的活体小鼠实验表明：经透明化处理的癌细胞荧光亮度提升3-5倍。这堪称光透明技术最直观有效的应用范例。该技术在光学相干断层扫描、共聚焦显微镜和非线性显微镜领域同样展现惊人效果——仅通过简单处理即可实现探测深度数倍提升。若想在不使用透明化技术的情况下达到同等效果，则需投入巨额资金升级设备（例如购置更强大稳定的激光器），即便如此仍存在技术极限，而光透明可进一步突破这些限制。
光透明技术何时进入临床实践
该技术已引起包括企业和医疗机构在内的研究中心的广泛关注。以著名的柏林夏里特医院为例：我们向其传授光透明技术的应用方法，他们则向我们分享皮肤生理学知识，双方由此建立了超过十年的富有成效的合作关系。该技术已在中国和英国多所大学实现应用，目前正在葡萄牙波尔图市技术大学推进实施。我们与波尔图市医疗机构合作开展研究，由其提供病理组织样本进行分析。通过该技术不仅能提升组织透光度，还可根据试剂扩散速度差异区分健康组织与肿瘤组织。
我们收到诸多合作研究提案，例如开发新型光学检测方法的科研团队主动寻求技术指导，希望通过整合光透明技术拓展其现有方法的检测能力。
技术转化之路
要将此类创新技术引入俄罗斯医疗体系，关键在于医疗界需具备提升诊疗效率的意愿与认知。从物理学原理到医疗应用的核心技术难题均已攻克，虽仍存诸多细节问题需持续积累知识与数据，但临床转化条件已然成熟。当前普遍障碍在于开展临床前及临床研究所需的资金与时间成本。简言之，亟需医疗从业者的强烈兴趣与具备远见的投资者支持。
科研启程
我以物理学的背景开启我的学术生涯，专注激光与光谱学研究。完成激光领域博士学位后，一批有志于激光医学应用的学生加入团队。萨拉托夫地区对激光医疗的高度关注催生了临床实验室的建立与激光设备的产业化生产。彼时我正值学术生涯黄金期，研究方向的抉择相对自由。家庭氛围亦推动医学探索——妻子任职于皮肤诊所，年轻医师们对激光治疗充满热忱；学生们则在眼科诊所激光中心工作。多方因素共同促使我们将研究方向转向医学。
萨拉托夫的医疗工作者虽未深入理解激光与生物组织的相互作用机制（该领域至今仍存未解之谜），却通过临床实践积累了丰富的治疗数据。西方学界起初对此持怀疑态度，直至自主开展同类研究并获得相近成果方转变认知。俄罗斯科学家提出并验证的核心理论假设，现已成为全球通用研究范式。
质疑与突破
我们的光透明研究也曾遭遇过质疑，主要来自团队内部分成员。早期虽有国际学界迅速跟进，但因各种原因鲜有团队能持续投入。合理的批评聚焦于需向组织引入化学介质可能引发的医疗审批难题，但技术优劣需全面权衡。我们创造性弥补了该"缺陷"，开发出通过介质扩散速率差异鉴别健康/肿瘤组织、评估糖尿病组织糖化程度的关键技术，这对并发症监测意义重大。
颇具戏剧性的是，曾激烈质疑技术可行性的团队竟成为首批应用者。当学术禁忌破除后，全球实验室竞相发布高质量研究成果——尽管我们早前已基于物理规律论证其可行性。令人略感遗憾的是，我们的合作团队在此科研竞赛中未能拔得头筹，仅居次席。
俄中科学协同效应
我们与中国华中科技大学武汉光电国家研究中心的研究团队开展了卓有成效的合作，并在持续推进中，双方共同申请并获批俄罗斯科学基金会与中国国家自然科学基金委的多项联合资助项目。
我们正在系统推进合作计划，积极筹措资金以支持双方科研团队青年学者互访——从我们课题组选派人员赴武汉交流，同时接收武汉研究人员来萨拉托夫工作。去年我方一名博士生与本科生在武汉进行了为期一个月的科研实践，获取了论文所需研究数据。双方团队形成优势互补，携手攻克单方难以独立完成的科研难题。
合作启示
简而言之，开放的合作模式、互信关系、对双方挑战的深刻理解以及共同应对的意愿，加之无限制的资源共享，为我们的科研创造了显著的协同效应。当前中国在科研资金与基础设施投入方面确实更具优势，但我们凭借对物理与生物物理机制的深入研究保持竞争力。另一方面，中国武汉新建的高端生物医学成像重大科技基础设施向我们全面开放。若产生创新构想，我们无需离开萨拉托夫即可委托中方实验室完成实验，继而共同分析数据、发表合作成果。中方团队亦常借助我方特有设备开展研究。
生物光子学未来展望
量子生物光子学作为前沿方向，能大幅降低生物材料（含活体组织）研究中的激光功率密度，这对活体观测至关重要。量子纠缠光子与生物组织的相互作用为诊断学开辟新路径，同时通过保持信息完整性突破生物组织强散射限制。我们正与俄、中、美、法团队合作完成施普林格出版社专著的再版，并新增量子生物光子学专章。萨拉托夫国立大学量子技术硕士项目已持续开展三年。
纳米生物传感器是另一成熟领域。我们联合俄罗斯科学院萨拉托夫科学中心开展理论与实验研究，创新性地将纳米粒子与复合材料不仅用作传感元件，更作为肿瘤激光治疗的传导介质。光透明技术在此凸显独特价值，当植入式生物传感器信号因组织散射衰减时，通过皮肤透明化处理可实现有效信号捕获。
得益于"ВЫЗОВ"（挑战）奖项，该方法受关注度持续攀升
自荣获"ВЫЗОВ"（挑战）奖项至今时日尚短，但外界关注度已显著提升。期待这种关注能带来高质量的合作。获奖亦意味着重大责任——如今无论是团队工作标准还是外界期许都更为严苛，但我们仍以积极姿态面向未来。
以上源自俄媒的报道：https://science.mail.ru/articles/1637-opticheskoe-prosvetlenie-tkanej-kak-fizika-i-himiya-delayut-nevidimoe-vidimym/
1998年5月，Valery V Tuchin教授应骆清铭教授的邀请，首次来汉进行为期三周讲学，为我校生物医学光子的研究打开一扇大门。近20年来，双方互访超过100余人次。2005年，朱䒟教授获教育部资助赴Tuchin教授实验室进行为期3个月的访问研究，此后便深耕于组织光透明的研究。在国家自然科学基金委支持下，中俄团队联合申请获批中俄 （NSFC－RFBR）国际合作与交流项目、国际合作研究项目、重点国际合作项目等近十项，从分子、物理、生理等不同层次，系统地研究组织光透明机制，实现组织光透明剂的快速选型；在国际上率先开展活体组织光透明研究，建立活体皮肤、颅骨光透明方法，显著提升各种光学成像在活 体的应用能力；建立激光散斑／高光谱成像系统及分析方法，实现皮肤微循环、皮层血管与功能的高分辨成像。中俄双方合作发表论文40余篇，合作编书稿5部。为表彰Tuchin院士对推动湖北科技发展的贡献，2014年湖北省政府授予Valery V Tuchin湖北省外国专家突出贡献奖“编钟奖”。
俄罗斯未来技术"挑战"奖旨在表彰那些具有开创性与突破性成果及创新发明，这些成果能够改变现代科学的格局，并提升人们的生活质量。表彰了科学家、发明家和工程师在最前沿技术方面所做出的贡献，彰显了俄罗斯在全球技术创新领域处于领先地位的决心。该奖项的评审委员会由俄罗斯顶尖科学家组成，由他们制定公正的评选标准和透明的评选程序，以确保该奖项的高可信度和崇高声誉。该奖项分为五个类别：未来、工程解决、突破、发现、年度科学家等，涵盖了未来技术的全部领域，每位获奖者将能得到1200万卢布（折合人民币107万）奖金，其中年度科学家是属于终身成就奖。2024年获得俄罗斯未来技术"挑战"奖仅5人，每个类别1人。
