王帆 北京航空航天大学物理学院教授

王帆教授自2014年博士毕业以来一直从事纳米材料以及光子学相关研究，先后在澳大利亚国立大学Chennupati Jagadish院士团队，麦考瑞大学澳大利亚生物光子学研究中心James A. Piper教授团队，悉尼科技大学金大勇教授团队担任纳米、生物光子学方向的研究负责人。2019年被悉尼科技大学聘为校长特聘博士后研究学者，并开始成立自己的研究小组。2020年被澳大利亚科研理事会授予澳大利亚青年学者奖。共发表SCI文章72篇，含Nature 1篇，Nature子刊8篇，h-index 33，单篇最高引用大于455次；其中第一/通讯文章17篇，含Nature Nanotechnology 1篇，Nature Communications 2篇，Light: Science & Applications 1篇，Optica 1篇，Nano Letters 5篇，和Advanced Materials 1篇。特邀参加国际光电工程学会SPIE以及光学学会（OSA）等国际会议十余次。 

教育及工作经历： 

2003-2007 北京航空航天大学应用物理学士 

2008-2014 新南威尔士大学物理系硕士，博士

2013-2015 澳洲国立大学博士后 

2015-2017 麦考瑞大学澳洲生物光子学中心博士后 

2017-2019 悉尼科技大学数理学院博士后 

2019-2021 悉尼科技大学数理学院校长特聘博士后 

2020-2021 悉尼科技大学工程学院讲师 

2022-now 北京航空航天大学教授 

学术兼职： 

1、中国光学学会生物医学光子学委员会青年委员。

2、中国激光杂志社青年编委。

3、中国稀土学报青年编委。

4、“Frontiers in Chemistry”副编委。

5、“MDPI Photonics”客座编委。 

6、“European Physical Journal”客座编委。 

7、期刊审稿人Nature Photonics,Nature Communications,Nano Letters,Light: Science & Applications,Journal of the American Chemical Society,Optica,Cell Reports Physical Science,Small Methods,IEEE Transactions on Medical Imaging, Nanoscale, Photonics Research, APL Photonics,Optics Express, Biomedical Optics Express, Optics Letters, The Journal of Physical Chemistry Letters等。

研究方向：

生物光子学，纳米光子学，超分辨显微成像，光镊，单分子示踪，纳米发光，鬼成像技术。

承担科研项目情况：

国家级青年人才项目、并主持国自然面上项目、北京市面上项目，参与科技部重点研发项目。  

发明授权专利：

[1]钟晓岚, 田梦寒, 刘保磊, 王帆. 一种基于电致变色器件的计算光谱仪的制备方法[P]. 北京市: CN117451181B, 2024-08-23.

共发表SCI文章72篇，含Nature 1篇，Nature子刊8篇，h-index 33，单篇最高引用大于455次；其中第一/通讯文章17篇，含Nature Nanotechnology 1篇，Nature Communications 2篇，Light: Science & Applications 1篇，Optica 1篇，Nano Letters 5篇，和Advanced Materials 1篇。   

代表性英文论文: 

[1]Liu, Baolei; Liao, Jiayan; Song, Yiliao; Chen, Chaohao; Ding, Lei; Lu, Jie; Zhou, Jiajia; Wang, Fan.Multiplexed structured illumination super-resolution imaging with lifetime-engineered upconversion nanoparticles.Nanoscale Adv., 2022, 4: 30-38.

[2]Li, Ziyuan; Li, Li; Wang, Fan; Xu, Lei; Gao, Qian; Alabadla, Ahmed; Peng, Kun; Vora, Kaushal; Hattori, Haroldo T.; Tan, Hark Hoe; Jagadish, Chennupati; Fu, Lan.Investigation of light–matter interaction in single vertical nanowires in ordered nanowire arrays.Nanoscale, 2022, -.

[3]Liu, Baolei; Wang, Fan*; Chen, Chaohao; Dong, Fei; Mcgloin, David*Self-evolving ghost imaging.Optica, 2021, 8(10): 1340-1349. [IF: 11.1] 

[4]Liao, Jiayan; Zhou, Jiajia*; Song, Yiliao; Liu, Baolei; Chen, Yinghui; Wang, Fan; Chen, Chaohao; Lin, Jun; Chen, Xueyuan; Lu, Jie*; Jin, Dayong*.Preselectable Optical Fingerprints of Heterogeneous Upconversion Nanoparticles.Nano Letters, 2021, 21(18): 7659-7668.

[5]Shan, Xuchen; Wang, Fan*; Wang, Dejiang; Wen, Shihui; Chen, Chaohao; Di, Xiangjun; Nie, Peng; Liao, Jiayan; Liu, Yongtao; Ding, Lei; Reece, Peter J.*; Jin, Dayong*.Optical tweezers beyond refractive index mismatch using highly doped upconversion nanoparticles.Nature Nanotechnology, 2021, 16(5):531-537. [IF: 31.5] [co-first author, co-corresponding author] 

[6]Liu, Baolei; Wang, Fan*; Chen, Chaohao; McGloin, David*.Single-Pixel Diffuser Camera.IEEE Photonics Journal, 2021, 13(6): 1-5.

[7]Nature Communication(2021)– Liu, Yongtao†, Zhou, Zhiguang†,Wang, Fan*†, Kewes, Günter, Wen, Shihui, Burger, Sven, Wakiani, Majid Ebrahimi, Xi, Peng, Yang, Jiong, Yang, Xusan, Benson, Oliver* & Jin, Dayong*, “Axial Localization and Tracking of Self-interference Nanoparticles by Lateral Point Spread Functions”, 12(1), 1-9. [IF: 12.1] [co-first author, co-corresponding author] 

[8]Advanced Materials(2021)– Chaohao Chen, Baolei Liu, Yongtao Liu, Jiayan Liao, Xuchen Shan,Fan Wang*, and Dayong Jin*, “Heterochromatic Nonlinear Optical Responses in Upconversion Nanoparticles for Super-resolution Nanoscopy”, vol 33 (23), 2008847. [published as the front cover] [IF: 27] [co-corresponding author]

[9]Shang, Yunfei; Zhou, Jiajia*; Cai, Yangjian; Wang, Fan; Fernandez-Bravo, Angel; Yang, Chunhui; Jiang, Lei; Jin, Dayong.Low threshold lasing emissions from a single upconversion nanocrystal.Nature Communications, 2020, 11(1): 6156.

[10]Baolei, Liu; Chaohao, Chen; Xiangjun, Di; Jiayan, Liao; Shihui, Wen; Qian Peter, Su; Xuchen, Shan; Zai-Quan, Xu; Lining Arnold, Ju; Chao, Mi; Fan, Wang*; Dayong, Jin*.Upconversion Nonlinear Structured Illumination Microscopy.Nano Letters, 2020, 20(7): 4775-4781..[published as a cover paper] 

[11]Sharma, Ankur; Zhang, Linglong; Tollerud, Jonathan O.; Dong, Miheng; Zhu, Yi; Halbich, Robert; Vogl, Tobias; Liang, Kun; Nguyen, Hieu T.; Wang, Fan; Sanwlani, Shilpa; Earl, Stuart K.; Macdonald, Daniel; Lam, Ping Koy; Davis, Jeffrey A.; Lu, Yuerui*.Supertransport of excitons in atomically thin organic semiconductors at the 2D quantum limit.Light: Science and Applications , 2020, 9(1): 116.

[12]Yongtao, Liu; Fan, Wang*; Hongxu, Lu; Guocheng, Fang; Shihui, Wen; Chaohao, Chen; Xuchen, Shan; Xiaoxue, Xu; Lin, Zhang; Martina, Stenzel; Dayong, Jin.Super‐Resolution Mapping of Single Nanoparticles inside Tumor Spheroids.Small, 2020, 16(6): 1905572.[IF: 10.856;published as a cover paper] 

[13]Laixu, Gao; Xuchen, Shan; Xiaoxue, Xu; Yongtao, Liu; Baolei, Liu; Songquan, Li; Shihui, Wen; Chenshuo, Ma; Dayong, Jin; Fan, Wang*.Video-rate upconversion display from optimized lanthanide ion doped upconversion nanoparticles.Nanoscale, 2020,12, 18595-18599.[published as a cover paper] 

[14]Chao, Mi; Jiajia, Zhou; Fan, Wang; Gungun, Lin; Dayong, Jin.Ultrasensitive Ratiometric Nanothermometer with Large Dynamic Range and Photostability.Chemistry of Materials, 2019, 31(22): 9480-9487.

[15]Gu, Yuyang; Guo, Zhiyong; Yuan, Wei; Kong, Mengya; Liu, Yulai; Liu, Yongtao; Gao, Yilin; Feng, Wei*; Wang, Fan; Zhou, Jiajia; Jin, Dayong*; Li, Fuyou*.High-sensitivity imaging of time-domain near-infrared light transducer.Nature Photonics, 2019, 13(8): 525-+.

[16]Wang, Li; Cui, Dandan; Ren, Long; Zhou, Jiajia; Wang, Fan; Casillas, Gilberto; Xu, Xun; Peleckis, Germanas; Hao, Weichang*; Ye, Jinhua; Dou, Shi Xue; Jin, Dayong*; Du, Yi*.Boosting NIR-driven photocatalytic water splitting by constructing 2D/3D epitaxial heterostructures.Journal of Materials Chemistry A, 2019, 7(22): 13629-13634.

[17]Yuan, Xiaoming*; Li, Lin; Li, Ziyuan; Wang, Fan*; Wang, Naiyin; Fu, Lan; He, Jun; Tan, Hark Hoe; Jagadish, Chennupati.Unexpected Benefits of Stacking Faults on the Electronic Structure and Optical Emission in Wurtzite GaAs/GaInP Core/Shell Nanowires.Nanoscale, 2019, 11(18): 9207-9215. [IF: 7.2] 

[18]Fatemeh, Mirnajafizadeh; Deborah, Ramsey; Shelli, McAlpine; Fan, Wang; John, Stride.Nanoparticles for Bioapplications: Study of the Cytotoxicity of Water Dispersible CdSe(S) and CdSe(S)/ZnO Quantum Dots.Nanomaterials, 2019, 9(3): 465.

[19]Qian, Gao; Ziyuan, Li; Li; Kaushal, Vora; Zhe, Li; Ahmed, Alabadla; Fan, Wang; Yanan, Guo; Kun, Peng; Yesaya C., Wenas; Sudha, Mokkapati; Fouad, Karouta; Hark Hoe, Tan; Chennupati, Jagadish; Lan, Fu.Axial p-n junction design and characterization for InP nanowire array solar cells.Progress in Photovoltaics: Research and Applications , 2019, 27(3): 237-244.

[20]Xu, Xiaoxue; Zhou, Zhiguang; Liu, Yongtao; Wen, Shihui; Guo, Zhiyong; Gao, Laixu; Wang, Fan*.Optimising passivation shell thickness of single upconversion nanoparticles using a time-resolved spectrometer.APL Photonics, 2019, 4(2): 026104.

[21]Chao, Mi; Jiajia, Zhou; Fan, Wang; Dayong, Jin.Thermally enhanced NIR–NIR anti-Stokes emission in rare earth doped nanocrystals.Nanoscale, 2019, 11(26): 12547-12552.

[22]Chen, Chaohao; Wang, Fan*; Wen, Shihui; Su, Qian Peter; Wu, Mike C. L.; Liu, Yongtao; Wang, Baoming; Li, Du; Shan, Xuchen; Kianinia, Mehran; Aharonovich, Igor; Toth, Milos; Jackson, Shaun P.; Xi, Peng; Jin, Dayong*.Multi-photon near-infrared emission saturation nanoscopy using upconversion nanoparticles.Nature Communications, 2018, 9(1): 3290..[co-first author, co-corresponding author] 

[23]Xu, Wei-Zong; Ren, Fang-Fang*; Jevtics, Dimitars; Hurtado, Antonio*; Li, Li; Gao, Qian; Ye, Jiandong; Wang, Fan; Guilhabert, Benoit; Fu, Lan; Lu, Hai; Zhang, Rong; Tan, Hark Hoe; Dawson, Martin D.; Jagadish, Chennupati.Vertically Emitting Indium Phosphide Nanowire Lasers.Nano Letters, 2018, 18(6): 3414-3420.

[24]Clarke Christian; Liu Deming; Wang Fan; Liu Yongtao; Chen Chaohao; Ton That Cuong; Xu Xiaoxue; Jin Dayong.Large-scale dewetting assembly of gold nanoparticles for plasmonic enhanced upconversion nanoparticles.Nanoscale, 2018, 10(14): 6270-6276.

[25]Wang Fan; Wen Shihui; He Hao; Wang Baoming; Zhou Zhiguang; Shimoni Olga; Jin Dayong.Microscopic inspection and tracking of single upconversion nanoparticles in living cells.Light: Science and Applications , 2018, 7(4): 18007. [published as the front cover][first author, co-corresponding author] 

[26]Zhou Jiajia; Wen Shihui; Liao Jiayan; Clarke Christian; Tawfik Sherif Abdulkader; Ren Wei; Mi Chao; Wang Fan; Jin Dayong.Activation of the surface dark-layer to enhance upconversion in a thermal field.Nature Photonics, 2018, 12(3): 154-+.

[27]Kianinia Mehran; Bradac Carlo*; Sontheimer Bernd; Wang Fan; Toan Trong Tran; Minh Nguyen; Kim Sejeong; Xu Zai Quan; Jin Dayong; Schell Andreas W; Lobo Charlene J; Aharonovich Igor*; Toth Milos*.All-optical control and super-resolution imaging of quantum emitters in layered materials.Nature Communications, 2018, 9(1): 874.

[28]Wang, L.; Ren, L.; Mitchell, D.; Casillas-Garcia, G.; Ren, W.; Ma, C.; Xu, X. X.; Wen, S.; Wang, F.; Zhou, J.; Xu, X.; Hao, W.; Dou, S. X.; Du, Y.*.Enhanced energy transfer in heterogeneous nanocrystals for near infrared upconversion photocurrent generation.Nanoscale, 2017, 9(47): 18661-18667.

[29]Li, Xiaowen; Qian, Jianqiang*; Zhao, Ruwei; Wang, Fan; Wang, Zhenyu.Dual-wavelength mode-locked fiber laser based on tungsten disulfide saturable absorber.Laser Physics, 2017, 27(12): 125802.

[30]Fonseka H A*; Ameruddin A S; Caroff P*; Tedeschi D; De Luca M; Mura F; Guo Y; Lysevych M; Wang F; Tan H H; Polimeni A; Jagadish C.InP-InxGa1-xAs core-multi-shell nanowire quantum wells with tunable emission in the 1.3-1.55 mu m wavelength range.Nanoscale, 2017, 9(36): 13554-13562.

[31]Yang, Yue; Zhu, Yingbin; Zhou, Jiajia*; Wang, Fan; Qu, Jianrong*.Integrated Strategy for High Luminescence Intensity of Upconversion Nanocrystals.ACS Photonics, 2017, 4(8): 1930-1936.

[32]Pei, Jiajie; Yang, Jiong; Wang, Xibin; Wang, Fan; Mokkapati, Sudha; Lu, Tieyu; Zheng, Jin-Cheng; Qin, Qinghua; Neshev, Dragomir; Tan, Hark Hoe; Jagadish, Chennupati; Lu, Yuerui*.Excited State Biexcitons in Atomically Thin MoSe2.ACS Nano, 2017, 11(7): 7468-7475.

[33]Ma Chenshuo; Xu Xiaoxue; Wang Fan*; Zhou Zhiguang; Liu Deming; Zhao Jiangbo; Guan Ming; Lang Candace I; Jin Dayong.Optimal Sensitizer Concentration in Single Upconversion Nanocrystals.Nano Letters, 2017, 17(5): 2858-2864.(IF:12.1] 

[34]Yuan, Xiaoming*; Saxena, Dhruv; Caroff, Philippe; Wang, Fan; Lockrey, Mark; Mokkapati, Sudha; Tan, Hark Hoe; Jagadish, Chennupati.Strong Amplified Spontaneous Emission from High Quality GaAs1-xSbx Single Quantum Well Nanowires.Journal of Physical Chemistry C, 2017, 121(15): 8636-8644.

[35]Peng Kun; Parkinson Patrick; Gao Qian; Boland Jessica L; Li Ziyuan; Wang Fan; Mokkapati Sudha; Fu Lan; Johnston Michael B; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati.Single n(+)-i-n(+) InP nanowires for highly sensitive terahertz detection.Nanotechnology, 2017, 28(12): 125202.

[36]Liu, Yujia; Lu, Yiqing*; Yang, Xusan; Zheng, Xianlin; Wen, Shihui; Wang, Fan; Vidal, Xavier; Zhao, Jiangbo; Liu, Deming; Zhou, Zhiguang; Ma, Chenshuo; Zhou, Jiajia; Piper, James A.; Xi, Peng*; Jin, Dayong*.Amplified stimulated emission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy.Nature, 2017, 543(7644): 229-+.

[37]Zhang, Guogang; Li, Ziyuan; Yuan, Xiaoming; Wang, Fan; Fu, Lan; Zhuang, Zhe; Ren, Fang-Fang; Liu, Bin*; Zhang, Rong*; Tan, Hark Hoe; Jagadish, Chennupati.Single nanowire green InGaN/GaN light emitting diodes.Nanotechnology, 2016, 27(43): 435205.

[38]Liu, Deming; Xu, Xiaoxue*; Wang, Fan; Zhou, Jiajia; Mi, Chao; Zhang, Lixin; Lu, Yiqing; Ma, Chenshuo; Goldys, Ewa; Lin, Jun; Jin, Dayong*.Emission stability and reversibility of upconversion nanocrystals.Journal of Materials Chemistry C, 2016, 4(39): 9227-9234.

[39]Yang, Xusan; Zhanghao, Karl; Wang, Hening; Liu, Yujia; Wang, Fan; Zhang, Xu; Shi, Kebin; Gao, Juntao*; Jin, Dayong*; Xi, Peng*.Versatile Application of Fluorescent Quantum Dot Labels in Super resolution Fluorescence Microscopy.ACS Photonics, 2016, 3(9): 1611-1618.

[40]Ma Chenshuo; Xu Xiaoxue; Wang Fan; Zhou Zhiguang; Wen Shihui; Liu Deming; Fang Jinghua; Lang Candace I; Jin Dayong.Probing the Interior Crystal Quality in the Development of More Efficient and Smaller Upconversion Nanoparticles.Journal of Physical Chemistry Letters, 2016, 7(16): 3252-3258.

[41]Mirnajafizadeh Fatemeh; Ramsey Deborah; McAlpine Shelli; Wang Fan; Reece Peter; Stride John Arron*.Hydrothermal synthesis of highly luminescent blue-emitting ZnSe(S) quantum dots exhibiting low toxicity.Materials Science & Engineering C-Materials for Biological Applications, 2016, 64: 167-172.

[42]Mirnajafizadeh Fatemeh; Wang Fan; Reece Peter; Stride John Arron*.Synthesis of type-II CdSe(S)/Fe2O3 core/shell quantum dots: the effect of shell on the properties of core/shell quantum dots.Journal of Materials Science, 2016, 51(11): 5252-5258.

[43]Xu, Renjing; Yang, Jiong; Myint, Ye Win; Pei, Jiajie; Yan, Han; Wang, Fan; Lu, Yuerui*.Exciton Brightening in Monolayer Phosphorene via Dimensionality Modification.Advanced Materials, 2016, 28(18): 3493-+.

[44]Zheng, Xianlin; Zhu, Xingjun; Lu, Yiqing; Zhao, Jiangbo; Feng, Wei; Jia, Guohua; Wang, Fan; Li, Fuyou*; Jin, Dayong*.High-Contrast Visualization of Upconversion Luminescence in Mice Using Time-Gating Approach.Analytical Chemistry, 2016, 88(7): 3449-3454.

[45]Andres Arroyo Ana; Gupta Bakul; Wang Fan; Gooding J Justin; Reece Peter J*.Optical Manipulation and Spectroscopy Of Silicon Nanoparticles Exhibiting Dielectric Resonances.Nano Letters, 2016, 16(3): 1903-1910.

[46]Yang Jiong; Wang Zhu; Wang Fan; Xu Renjing; Tao Jin; Zhang Shuang; Qin Qinghua; Luther Davies Barry; Jagadish Chennupati; Yu Zongfu; Lu Yuerui.Atomically thin optical lenses and gratings.LIGHT-SCIENCE %26 APPLICATIONS, 2016, 5(3): e16046.

[47]Xu Renjing; Zhang Shuang; Wang Fan; Yang Jiong; Wang Zhu; Pei Jiajie; Myint Ye Win; Xing Bobin; Yu Zongfu; Fu Lan; Qin Qinghua; Lu Yuerui*.Extraordinarily Bound Quasi-One-Dimensional Trions in Two-Dimensional Phosphorene Atomic Semiconductors.ACS Nano, 2016, 10(2): 2046-2053.

[48]Li, Ziyuan*; Yuan, Xiaoming; Fu, Lan; Peng, Kun; Wang, Fan; Fu, Xiao; Caroff, Philippe; White, Thomas P.; Tan, Hark Hoe; Jagadish, Chennupati.Room temperature GaAsSb single nanowire infrared photodetectors.Nanotechnology, 2015, 26(44): 445202.

[49]Yuan Xiaoming; Caroff Philippe; Wang Fan; Guo Yanan; Wang Yuda; Jackson Howard E; Smith Leigh M; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati.Antimony Induced {112}A Faceted Triangular GaAs1-xSbx/InP Core/Shell Nanowires and Their Enhanced Optical Quality.Advanced Functional Materials, 2015, 25(33): 5300-5308.

[50]Andres Arroyo Ana*; Wang Fan; Toe Wen Jun; Reece Peter.Intrinsic heating in optically trapped Au nanoparticles measured by dark-field spectroscopy.Biomedical Optics Express, 2015, 6(9): 3646-3654.

[51]Nasiri Noushin; Bo Renheng; Wang Fan; Fu Lan; Tricoli Antonio*.Ultraporous Electron-Depleted ZnO Nanoparticle Networks for Highly Sensitive Portable Visible-Blind UV Photodetectors.Advanced Materials, 2015, 27(29): 4336-4343.

[52]Saxena Dhruv*; Wang Fan; Gao Qian; Mokkapati Sudha; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati.Mode Profiling of Semiconductor Nanowire Lasers.Nano Letters, 2015, 15(8): 5342-5348.

[53]Yang, Jiong; Xu, Renjing; Pei, Jiajie; Myint, Ye Win; Wang, Fan; Wang, Zhu; Zhang, Shuang; Yu, Zongfu; Lu, Yuerui*.Optical tuning of exciton and trion emissions in monolayer phosphorene.Light: Science and Applications , 2015, 4(7): e312.

[54]Nguyen Hieu T*; Rougieux Fiacre E; Wang Fan; Tan Hoe; Macdonald Daniel.Micrometer-Scale Deep-Level Spectral Photoluminescence From Dislocations in Multicrystalline Silicon.IEEE Journal of Photovoltaics, 2015, 5(3): 799-804.

[55]Wang Fan*; Gao Qian; Peng Kun; Li Zhe; Li Ziyuan; Guo Yanan; Fu Lan; Smith Leigh Morris; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati.Spatially Resolved Doping Concentration and Nonradiative Lifetime Profiles in Single Si-Doped InP Nanowires Using Photoluminescence Mapping.Nano Letters, 2015, 15(5): 3017-3023. [IF: 12.1] 

[56]Nguyen Hieu T*; Yan Di; Wang Fan; Zheng Peiting; Han Young; Macdonald Daniel.Micro-photoluminescence spectroscopy on heavily-doped layers of silicon solar cells.Physica Status Solidi-Rapid Research Letters, 2015, 9(4): 230-235.

[57]Kanodarwala Fehmida K*; Wang Fan; Reece Peter J; Stride John A.Phase transformations in CdSe quantum dots induced by reaction time.Materials Letters, 2015, 141: 67-69.

[58]Peng Kun; Parkinson Patrick; Fu Lan; Gao Qiang; Jiang Nian; Guo Ya Nan; Wang Fan; Joyce Hannah J; Boland Jessica L; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati; Johnston Michael B*.Single Nanowire Photoconductive Terahertz Detectors.Nano Letters, 2015, 15(1): 206-210.

[59]Zhang Shuang; Yang Jiong; Xu Renjing; Wang Fan; Li Weifeng; Ghufran Muhammad; Zhang Yong Wei; Yu Zongfu; Zhang Gang; Qin Qinghua; Lu Yuerui*。Extraordinary Photoluminescence and Strong Temperature/Angle-Dependent Raman Responses in Few-Layer Phosphorene.ACS Nano, 2014, 8(9): 9590-9596.

[60]Gao Qian*; Saxena Dhruv; Wang Fan; Fu Lan; Mokkapati Sudha; Guo Yanan; Li Li; Wong Leung Jennifer; Caroff Philippe; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati.Selective-Area Epitaxy of Pure Wurtzite InP Nanowires: High Quantum Efficiency and Room-Temperature Lasing.Nano Letters, 2014, 14(9): 5206-5211.

[61]Kanodarwala Fehmida K; Wang Fan; Reece Peter J; Stride John A*.Deposition of CdSe quantum dots on graphene sheets.Journal of Luminescence, 2014, 146: 46-52.

[62]Wang Fan; Toe Wen Jun; Lee Woei Ming; McGloin David; Gao Qiang; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati; Reece Peter J*.Resolving Stable Axial Trapping Points of Nanowires in an Optical Tweezers Using Photoluminescence Mapping.Nano Letters, 2013, 13(3): 1185-1191. [IF:12.1] 

[63]Rajapakse Charithra*; Wang Fan; Tang Tiffany C Y; Reece Peter J; Leon Saval Sergio G; Argyros Alexander.Spectroscopy of 3D-trapped particles inside a hollow-core microstructured optical fiber.Optics Express, 2012, 20(10): 11232-11240.

[64]Pearce Kellie*; Wang Fan; Reece Peter J.Dark-field optical tweezers for nanometrology of metallic nanoparticles.Optics Express, 2011, 19(25): 25559-25569.

[65]Wang Fan; Reece Peter J*; Paiman Suriati; Gao Qiang; Tan Hark Hoe; Jagadish Chennupati.Nonlinear Optical Processes in Optically Trapped InP Nanowires.Nano Letters, 2011, 11(10): 4149-4153. [IF: 12.1]

[66]Reece Peter J*; Toe Wen Jun; Wang Fan; Paiman Suriati; Gao Qiang; Tan H Hoe; Jagadish C.Characterization of Semiconductor Nanowires Using Optical Tweezers.Nano Letters, 2011, 11(6): 2375-2381.

[67]Schroeder Jochen; Wang Fan; Clarke Aisling; Ryckeboer Eva; Pelusi Mark; Roelens Michael A F; Eggleton Benjamin J.Aberration-free ultra-fast optical oscilloscope using a four-wave mixing based time-lens.Optics Communications, 2010, 283(12): 2611-2614. 

奖励与荣誉:

1.澳洲青年学者奖。

2.澳洲David Syme研究奖。

3.iCANX青年科学家奖。
 

科学中国人报道：

“光子时代”的追光者

——记北京航空航天大学物理学院教授王帆

 2023-03-13 

 

《圣经》的开篇用“神说，要有光”来讲述万物诞生的过程。在流传至今的宗教故事和神话传说中，光也被普遍视作万物诞生的先决条件。当地球经过数十亿年演化，物种几经更迭、变得空前丰富以后，人类对于生物的研究也逐渐进入了“由表及里”、探寻本质的阶段。在这个时候，光又成为人类用以进一步研究生物问题的一把“钥匙”——通过产生、操纵和检测光子和量子单位中的光，用于研究生物分子、细胞和组织，以及相关成像技术的开发和应用，即是以超分辨成像、光镊及纳米区域传感等生物光子学技术为主要工具，涉及生物学和（生物）光子装置交叉研究的生物光子学。

2020年，《科学》（Science）在创刊125周年之际，对外公布了125个最具挑战性的科学问题。在物理学相关领域中，第一个问题是：“有衍射极限吗？（Is there a diffraction limit？）”这个问题正与从事多年生物光子学研究的北京航空航天大学物理学院教授王帆的日常工作息息相关。他说：“由于现在所研究的生物样本越来越小，例如一般线粒体的沟回可能只有50纳米，大概相当于头发丝横截面的1/1000，这远远超过了我们现在已知的衍射极限。在这么小的尺度上，我们没有办法用传统的手术刀、镊子来对其进行分割和研究，这时候光子学的手段就成为研究这些样本的主要手段之一。在追寻类似衍射极限问题答案的路上不断精进，用光子学的手段来研究这些‘特别小’的东西，就是我现在的工作内容。 

快乐科研：涓滴汇聚“逐光”梦 

热爱运动、喜欢尝试的王帆，自学生时代起，身上便自有一种肆意的自由气质。在高考填报志愿时，长于数学和物理的他和自己打了一个颇有自信的赌：“高考数学和物理哪个考了满分我就报考哪个专业。”而最终，物理满分的成绩也让他选择报考北京航空航天大学应用物理专业，并在此度过了4年充实的大学时光。

瑰丽的物理世界，吸引着王帆继续探索。“读万卷书，行万里路”，本科毕业后，王帆决定去看一看世界之大，而大洋彼岸的澳大利亚就成了他出行的第一站。那时候的王帆还不知道，这里将是他所做研究逐渐走向精深、确立自身研究理念和方向并成果频出的重要一站。

在澳大利亚新南威尔士大学物理系，王帆度过了为期5年的硕博时光。对王帆欣赏有加的迈克尔·加尔（Michael Gal）教授曾断言，王帆是非常适合做科研的人。而他的这番鼓励和支持，也让王帆在研究之路上坚定地走了下去，先后涉足非线性光学、光镊技术、纳米光子学及生物光子学等研究领域。王帆畅游在知识的海洋中，不知寒暑、乐以忘忧。

事实上，在新南威尔士大学颇具历史的老实验室里做新的交叉学科研究，并不是一件容易的事。团队最初只有导师皮特·J.李斯（Peter J. Reece）博士和王帆两个人，在承担科研任务的同时，王帆还要担当起团队“大师兄”的职责，挑战和忙碌几乎成了他博士阶段的主题词。但实验室一以贯之的快乐科研宗旨，让这段忙碌的时光充满了乐趣。“我们整个实验室的氛围很好，导师不会以发文章或出成果为目标来催促我们，他更重视让我们在科研的过程中找到自己真正的兴趣所在。亦师亦友的导师、以热爱驱动的事业、志同道合的同窗，都是‘快乐科研’的最佳注解。在这里，我也以参与者的身份，较早地就加入半导体纳米线等前沿交叉研究领域并取得了不错的成果，可以说是很快乐也很有收获的一段经历。”王帆笑着回忆道。

自此，快乐科研的理念在王帆心中生了根，在博士期间与澳大利亚科学院院士、澳大利亚国立大学谢诺帕提·贾加迪仕（Chennupati Jagadish）教授团队的良好合作经历，也为他赢得了赴澳大利亚国立大学开展博士后研究的机会。两年之后，王帆又应金大勇教授（现澳大利亚工程院院士）的邀请，先后进入澳大利亚麦考瑞大学国家纳米生物光子学中心和悉尼科技大学数理学院进行博士后研究工作。提及这段“三做博士后”的经历，王帆极为感念在研究路上对他帮助和支持颇多的良师益友：“让我潜心科研的老教授和带领我探索前沿领域的博士生导师，到今天都仍旧是我非常好的朋友。在他们身上，我收获了跨越文化差异的真诚友谊。而贾加迪仕教授、伊戈尔（Igor Aharonovich）教授等学术等级大我很多的‘忘年交’，不仅在我最初从事相关研究工作时给予我详尽的指导，更是在我自己带领团队、组建实验室的时候为我提供了慷慨的技术和资金支持。”而对于研究过程中面对的困难，王帆也有自己的一番理解：“在研究的过程中，遇到自己解释不了甚至‘前无古人’的问题，第一感觉是兴奋，因为那是‘出活儿的地方’。我曾经有过这样的经历，遇到一个问题我自己解释不了，查阅资料发现别人也解释不了，我就告诉我自己：‘这太好太棒了，那就我来尝试解释。’经过讨论、模拟，我很幸运地走通了这个研究，还产出了一篇不错的文章。所以说，这不是挫折，反倒是机会。研究中不遇到困难是不可能的，但是只要一直做下去，总有柳暗花明的可能。”

在研究路上行进日久，拥有深厚交叉学科背景、思维活跃的王帆并不苦于捕捉新鲜灵感，也不畏惧探索全新领域，他思考更多的是如何圈定自己的发展方向，并最终实现从0到1的开拓创新过程。在这个不断思索、不断前行的过程中，王帆在与“光”有关的不同研究领域收获了亮眼的成果，这也成了他一路走来最为醒目的路标。 

三叩其门：专注寻求最优解 

作为研究生命科学的重要工具，生物光子学借由单分子、纳米探针等技术手段，极大地推动了生命科学、光学成像、光力作用、纳米材料及生物物理等诸多科学领域的发展。而纳米材料的丰富和进步，更是为生物光子学特别是多功能纳米光学探针的发展提供了充足条件。除此之外，光学超分辨显微技术、光镊技术，以及单分子、纳米颗粒的示踪技术等技术成果先后应用于生物光子学研究中，也为生物光子学的发展提供了强大的推力。经过多年发展，在生物组织和细胞内部对单纳米颗粒、细胞器的成像和操控，以及纳米区域内的测温和温度控制成为现阶段生物光子学面临的瓶颈挑战，而开发新的超分辨成像与传感技术、光镊理论与方法，提高成像深度与分辨率则是当下亟须解决的关键科学问题。

荆棘丛中，自有鲜花盛开；困难之上，亦有硕果待采。富有挑战精神的王帆选择迎难而上，从纳米材料的光学响应出发，围绕超分辨成像、纳米光镊及纳米光源的表征与传感等方面开展了深入、系统的研究，先后叩响了超分辨成像、纳米光镊及纳米光源传感的三扇大门，以探究之心、专注之志摘取纳米材料及生物光子学相关研究的“荆棘王冠”。

光学超分辨成像是一种观察亚细胞尺度的生物样品的活动及形态的光学显微技术。当观察对象越来越小，普通光学显微技术“下限”约为200纳米的分辨率远不能满足研究需求，而可以提供20～50纳米分辨率的超分辨技术就顺势成为更小尺度上的主要研究形式。然而由于穿透深度的局限，大多数超分辨技术仅限于单细胞成像，并不能很好地用于深层组织生物样品，如何在“够小”的同时保证“够深”？王帆给出了如下的答案：针对深层生物组织的吸收问题，他运用上转换颗粒双光子能级的近红外饱和光学响应性质，结合01模式的拉格朗日高斯光线（LG01 beam）开发了激发和发射均为近红外光的单入射光超分辨技术，首次在93微米深的生物组织切片下实现了超过50纳米的分辨率；通过将入射光线调制为模态1的贝塞尔光线（First order Bessel beam），王帆缓解了生物组织的散射问题，实现了在类器官内50微米深度下的单纳米颗粒成像，分辨率超过100纳米。此外，在与金大勇教授合作的过程中，王帆利用稀土离子多能级非线性差异响应，将不同频率的空间信息分散至各能级发射波长对应的图像通道上，再将不同发射波长通道的图像在傅里叶平面进行剪裁拼接，进一步提高成像质量和分辨率；同时利用纳米颗粒的高斜率系数实现了高质量的二阶非线性结构光照明超分辨，将深层超分辨的成像速度提升到了1赫兹。这一系列深组织超分辨成像技术不仅为生物物理研究提供了新的研究工具，并且为纳米荧光探针的开发提供了新的研究方向，诸如“该技术解决了超分辨系统复杂的激发同步和耦合问题，用简单的系统实现深层超分辨率高于50纳米”“此技术在深组织超分辨达到了里程碑式的成绩”等评价接踵而来，相关成果也被应用于类器官内部纳米药物追踪等领域，潜在应用前景极为广阔。而王帆并没有沉溺于成绩，他很快打点行装，叩响了研究路上的第二扇大门。

作为与光镊颇有渊源的研究者，王帆深知，在将光镊技术用以操纵纳米尺度颗粒的热门研究之下，如何研究和强化低折射率光镊纳米探针的光力响应始终是光镊技术研究中的一个难点。早在2010年与贾加迪仕教授团队合作的过程中，王帆即参与到共同开发纳米荧光光镊并将其应用于研究纳米探针力学与光学性质的研究中。自2015年起，王帆又“旧事重提”，开始使用纳米荧光光镊来研究稀土掺杂纳米颗粒光力性质。

针对纳米颗粒的力学测量，王帆创造性地开发了荧光全息光镊技术。这一技术的独特之处在于，其可以在快速操控纳米颗粒三维位置的同时，对光力强度和纳米颗粒不同位置的荧光光谱和强度进行测量。在具体的应用过程中，这一技术实现了在单一及多光学势阱内单对纳米线平衡位置的测量和驱动力的优化，从而得以对单一半导体纳米线的非线性光学性质展开研究，并首次在单一纳米线内同时实现了光学二次谐波与双光子吸收荧光。此外，针对强化低折射率纳米颗粒的光力问题，王帆使用荧光全息光镊技术对上转换纳米颗粒的光力进行了全面系统的测量，首次提出了稀土离子的共振增强纳米颗粒的电磁张量及光力的原理。这一原理可以通过调制激光波长及掺杂浓度来增强Clausius–Mossotti系数的实数部分，减小其虚数部分，从而达到最大光力效果，比传统纳米探针的光力效果高30倍；荧光光镊领域的开拓还为不同纳米探针的力学及光学响应研究开发了新的技术，并据此构建完整的离子共振增强光镊理论。而这项技术更为划时代的意义在于，这是自光镊被发明以来，首次突破了光镊捕捉颗粒所需要的折射率落差限制、实现了单纳米颗粒最强的光力效果，并在研究中第一次引入了“光力染色剂”这一概念，为多功能纳米颗粒的光学捕捉开辟了新的路径的同时，也为拟开展的光镊生物制冷技术做了铺垫。

而在纳米光源器件及传感层面，针对如何提高测量的空间分辨率及增加测量模态的问题，王帆选择开发针对单纳米颗粒及二维半导体材料的光学表征方法，并应用单纳米颗粒的表征结果来开发新的纳米监测器件及传感技术。据此形成的光学表征方法和系统，目前已应用于稀土离子掺杂纳米荧光探针内的淬灭机理和内部缺陷的研究，极大程度提高了其发光效率；研究了壳层厚度对纳米探针内部能量传输的影响；通过分析半导体材料的能级动态数理方程，催生出一种高于300纳米的分辨率快速准确地表征半导体纳米线掺杂和内量子效率的纯光学方法。利用单纳米颗粒发射光子数的定量表征结果，王帆及其团队实现了在宽场下单颗粒的识别及三维定位，同时利用不同的激发条件下不同稀土离子浓度颗粒的差异响应，他们还实现了细胞内的单纳米颗粒识别和五维追踪，并为黏滞系数传感技术研究提供强大推力，在相关合作研究中诞生的自干涉轴向位置传感技术等一系列技术成果，也为针对新型纳米材料开发的一系列测量拓宽了应用场景。

相关论文先后见诸《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）、《自然·通讯》（Nature Communications）、《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）、《纳米快报》（Nano Letters）、《先进材料》（Advanced Materials）等期刊，收获大卫·赛姆（David Syme）研究奖、iCANX青年科学家奖和澳大利亚青年学者奖等荣誉，王帆在从研路上始终干劲满满。无论是在荧光纳米探针的非线性能量输运、离子共振及荧光自干涉效应等光学响应机理方面深耕细作，或是基于上述机理实现的深组织超分辨成像、离子共振光镊和纳米等级距离传感技术，探索和发现始终是他不变的主旋律。而当他回望来时路，中国在生物光子学领域取得的成就更让王帆心潮澎湃。2022年年初，暌别祖国十余年的王帆毅然回国，他决心在母校北京航空航天大学中，将自己所学所研所思的成果传递给更多后来人。 

重回母校：扛起传承的重任 

从求学其间的学子，到成为授业解惑的教师，王帆回到北京航空航天大学的第一感受，就是“学校的变化挺大的”——“实验设备空前丰富、各级支持力度特别大、教学人才梯队建设有序进行、学院整体发展势头强劲，整个物理学院都呈现出一种蓬勃向上的积极状态。”王帆介绍道。这种昂扬的氛围给了刚刚入职的王帆莫大的信心，他与钟晓岚副教授一起成立纳米光量子学团队，就此“落户”于北京航空航天大学物理学院，展开荧光纳米探针的光学响应、新型生物光子学技术、光量子的显微学等方面的研究。

回国以后忙碌的生活，让精力充沛、爱好广泛的王帆也不时发出“太忙了”的感慨。不过这并没有让王帆放松自己在科研层面的高要求，反而催生了他与团队更大的探索热情。提及目前的研究方向，王帆用“大融合”来为其作注。“特别是将超分辨成像与凝聚态技术结合到一起的相关研究，目前在国内还属于‘冷门’，技术和设备门槛‘双高’和对从研人员交叉研究背景的严格要求，是这一研究尚未成为大热议题的关键。但这一研究内容的独特之处，就是借由相关技术，我们不仅可以观测到待研究粒子的‘样子’，更能了解到其在细胞中的具体运动状态是怎样的。相关研究将有助于我们从更小的尺度分析生命体，更有助于我们更透彻地了解生命的本源，这无疑是一个有趣且非常有意义的研究方向，更是一个从0到1的新方向。不简单重复曾经获得成果的‘旧路’，而是从基础研究的纬度入手探索新领域，将是我和我的团队走出的第一步。”王帆详细地介绍道。除此之外，王帆同样重视推动相关技术成果实现有效转化及应用，并期待相关研究可以在与众多企业、研究机构的合作过程中取得良好的社会和经济收益。例如在国内已经取得颇多阶段性成果的光学超分辨领域，王帆就其芯片化和多模态化的两种主要发展趋势，着力构建产品小型化理论体系及技术体系，并积极探索多种超分辨技术打“组合拳”的可行性方案。他说：“在已经取得成绩的超分辨成像、纳米光镊、纳米光源传感领域继续攻坚，在新的研究方向勇敢冲锋，往不同的方向多走一走，自然会看到不同的风景。”

与此同时，王帆也时刻谨记传承的责任。从自身的经历出发，王帆在向学生传授知识的同时，也积极地传递着快乐科研的科研理念。在日常的学习和工作过程中，王帆很少给自己的学生“派杂活儿”，他期望学生将全部的精力投入到科研和学习的过程中，并在这一过程中发掘自己真正的兴趣所在。在王帆看来，正处于“当打之年”的学生在科研路上具有无限可能，而他要做的，就是逐步搭建自己的团队，为团队成员和学生提供良好的研究环境，并通过有效的合作形式让整个团队紧密地联合在一起，进而在不断探索的过程中使其获取“自行运转”的核心科研能力。“未来3到5年，我希望可以把现在十来个人的团队发展成一个拥有良好梯度的30人左右的科研团队，并能够在基础研究和产业化层面均有所建树。我个人的力量是有限的，培养团队的学术敏锐度，让整个团队可以始终拥有蓬勃的科研生命力，同时通过良好的协作产出好的研究成果和产品，将是团队发展的长期目标。”王帆坚定地说道。

来源：科学中国人 2023年1期 封二人物

Light人物 | 专访北京航空航天大学王帆教授

编者按

初见王帆教授给我留下了深刻印象，觉得他俨然就是书中走出来的那位彬彬有礼、饱读诗书、才华出众的君子。在与王帆教授的交流中，我深深感受到他对学术的热爱和追求，以及他热情好客、待人和善、温润如玉的一面。

他的思维深刻而开阔，能够从不同的角度看待问题，给人以启发。王帆教授是青年科学家翘楚，他积极参与各种学术活动，关心前沿技术问题，致力于攻克可以推动生物光子学进步和发展的科研难关。

王帆教授的才华、学识、品德和家庭责任感都让我感到钦佩和敬重。接下来，让我们走近“Light人物”王帆教授的世界，共同领略他的肆意洒脱的精彩人生。本文致谢中国科学院自然科学期刊编辑研究会。

王帆 教授

王帆，教授，博士生导师，北京航空航天大学物理学院， 海外高层次引进人才，主要从事生物光子学、纳米光子学、超分辨显微成像和光镊的研究。共发表SCI 文章80篇， 第一/通讯文章含Nature Nanotech，Light: Science & Applications，Nature Communications，Optica，Nano Letters，和Advanced Materials。任中国光学学会生物医学光子学委员会青年委员，中国激光杂志社青年编委，中国稀土学报青年编委，“Frontiers in Chemistry” 副编委，和“European Physical Journal”客座编委。王帆教授先后在澳大利亚国立大学Chennupati Jagadish院士团队，麦考瑞大学澳大利亚生物光子学研究中心James A. Piper教授团队，悉尼科技大学金大勇院士团队担任纳米、生物光子学方向的研究负责人，2019年被悉尼科技大学聘为Chancellor's Postdoctoral Research Fellow学者，并开始成立自己的研究小组。2020年被澳大利亚科研理事会（ARC）授予澳大利亚优秀青年学者奖（DECRA），并开始成立自己的研究小组。曾获得澳大利亚David Syme研究奖以及iCANX青年科学家奖。2022年回到北京航空航天大学成立纳米光子学课题组。

采访嘉宾：王帆

本期通讯员：郭巳秋

原文信息：Guo, S. Light People: Professor Fan Wang. Light Sci Appl 12, 214 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41377-023-01263-7

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Q：在澳洲求学和工作的十多年，您做了许多漂亮的科研工作，也让您获得了澳大利亚青年学者奖、澳大利亚大卫·赛姆（David Syme）研究奖和iCANX青年科学家奖等荣誉，能简单介绍下您在超分辨显微成像、光镊技术方向取得的突破性成果吗？

A：这些年来的成果是团队一起努力的结果，学生们都非常给力。总的来说，算是在交叉学科上取得了一定成绩。我感兴趣的方向比较多，在广泛涉猎后，把主要精力放在学科交叉上，我经常跟学生们说，我们的光学研究要具有材料的特点和优势，我们的材料研究要实现光学技术的应用，他山之石，可以攻玉，这也是交叉学科的意义。

我接触超分辨显微成像是从2017年正式加入金大勇院士组开始的。刚入行，帮助金院士做了一些发表在Nature上的相关工作 [1]，让我产生浓厚兴趣，各种超分辨技术就好像小时候打三国的一个个武将，都有自己的特殊属性，但是却有一个共同的特点就是成像深度不够，大部分超分辨成像都是单细胞，活体超分辨率显示很难实现。之前，牛津大学的Martin Booth教授采用的是自适应补偿方式，而我创新结合金院士课题组纳米材料的近红外荧光成像优势，开发了一系列适合深层组织成像的技术。这些技术是基于上转换纳米材料独特的非线性响应性质，效果非常好，比较典型的是2018年我们利用材料的荧光饱和性质，使用一束涡旋光束穿透100μm深的生物组织，实现了50nm的分辨率成像[2]。该项工作难度就好比肉眼穿透烟雾看清一只忙碌的小蚂蚁的腿毛，该工作提供了一个里程碑式数值，目前该文章被引已超过150次。之后，我们还利用上转换颗粒的超线性荧光效应、不同能级的差异效应等又做了一系列工作。除了利用非线性响应，受北京大学席鹏教授发表在Light上的文章——Mirror-enhanced super-resolution microscopy[3]的启发，利用稀土掺杂纳米颗粒中的多离子荧光辐射的优势，使用镜面反射实现了单纳米颗粒的荧光自干涉效应，并利用该效应开发了快速距离成像传感技术，实现了超过50Hz频率下的1nm传感精度[4]。

2010年，攻读博士时我开始研究光镊技术，但是和主流光镊生物应用方向不一样，我的具体方向是用光镊来研究单纳米颗粒的光谱学性质。当时，我和澳洲科学院主席Chennupati Jagadish院士合作，成为了比较早用光镊研究半导体纳米线的研究人员之一，也和这些研究人员结下了深厚的友谊。做纳米尺度光镊实际非常困难，因为尺寸太小，整体的极化率就很小，光力也会比较小，尤其是针对折射率比较小的颗粒，比如把玻璃珠放在杯子里，再倒上水，会发现找不到玻璃珠了，就是因为折射率相差太小了，光线都没有偏折，换句话说光与物质的作用力太小了。所以在纳米尺度下常用的探针只有金颗粒，但是它存在很严重的发热问题。 当采用上转纳米换颗粒做光镊时，我们发现了一个特别有意思的事情，就是这种颗粒折射率特别低，但是操控非常稳定，所以我们就现开发了一个新技术，研究它为什么这么稳定，不研究不知道，世界真奇妙，原来是颗粒体内的几千个离子共振的结果，这种共振可以直接将极化率拉满，形成现阶段纳米尺度下最强的光力探针[5]。不仅如此，这种颗粒同时还可以作为“光力染色剂”，给细胞的不同位置、不同的细胞器染色，其他染色剂是染到哪儿就可以在哪儿成像，这种“光力染色剂”是染到哪儿在成像的同时还能增加光力，实现有效操控。

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Q：在澳洲您曾做过三次博士后，可以和我们分享一下这段不平凡的经历吗？

A：在澳洲的时候是换过不少学校，几乎在悉尼所有的大学都待过，包括新南威尔士大学、悉尼大学、麦考瑞大学、悉尼科技大学，再加上堪培拉的澳洲国立大学，五个学校，五色缤纷。不过这一段经历还挺平凡的，对于我们科研人员来说，找到教职之前颠沛流离，换两三个地方很正常，只不过我比较喜欢澳洲所以一直留在了那里。

我的博士后经历可以归纳为六个字，大师兄专业户。每一个实验室都流传着各自大师兄的传说，是因为那批人往往是第一波搭建实验室的人，没人带，最辛苦。他们的时间被各种问题撕成碎片，散落在地上，但是最终累积起来却成了整个实验室的地基。当然他们受到的历练也比别人多。我就是一直在当大师兄。

第一段博士后经历其实是博士的最后一年，不是博士后胜似博士后。我是我博士导师Peter Reece的第一个博士，博士头两年的时候也是组里唯一的博士，Peter Reece也是刚回新南威尔士大学没多久，刚开始主要是搭各种系统，调试各种设备，后面才有时间真正做研究。博士的最后一年和博士后基本一样，定课题方向、维护设备、带师弟师妹。那时跟Chennupati Jagadish院士的合作比较多，他人也特别好，光学表征那边急需找个负责人，所以2013年还没交论文就去他那边做博士后了，从光镊跳到了微纳光子学。

那两年的时光软软的，很松弛，时间被拉的很长，很神奇，两年像好几年，感觉每天有好多时间，尽管很忙，但是可以干好多事情。大号的大师兄，帮众多博士生和合作者设计和指导光子学实验、重新搭建了几套微区时间分辨光谱系统光电流系统等，还得维护和培训商用系统，就是自己没有太多时间做研究工作。从前的时光漫长，有时间和人交流，帮助别人，所以有些朋友、合作者一直合作到现在。

后来，在考虑签订更长时间的合同时，Light悉尼办公室负责人金大勇院士给我画了一张很大很香的生物光子学大饼，大到现在这张饼还在我手上，时不时拿起来咬两口。正因如此，我举家迁回悉尼，准备在麦考瑞大学渡过后面七年甚至更长的时间，还在附近买了房。可是这么稳定怎么能配得上“科研狗”的称号。没过多久金院士去了悉尼科技大学，然后应金院士的邀请，我开始为麦考瑞大学Jim Piper教授（沉痛悼念，Jim Piper教授于2023年7月20日过世）和悉尼科技大学金院士团队同时工作。两边跑，时间就像进了脉冲压缩机，一下子变短了好多，天天特别忙。尤其在悉尼科技大学，我是金院士带过去的第一个博士后，也是光学这边的唯一博士后，需要管理光学研究方向并且带着学生从零开始搭建实验室，这回是大大号大师兄了。

在两个学校搭建设备确实非常不容易，所以后来很快就全职到悉尼科技大学开启第三任博士后。前面说时间进了压缩机，好处是输出峰值变高了，但是输出频率却变慢了。全职后，负责的学生增多，学科交叉产生了新的创新成果，几经周折拿到悉尼科技大学的Chancellor's Postdoctoral Research Fellow学者和澳洲优青，结束了博士后生涯。随之而来的是，第一批海外优青回国，我又从零开始搭建自己的实验室。

图1：四世同堂。王帆教授的博士导师Peter Reece, 王帆教授，Peter Reece的导师Michael Gal, 王帆教授的博士学生陈朝浩博士（从左到右）

 

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Q：2022年，您怀揣梦想回到祖国并组建了自己的科研团队，请介绍一下您的研究方向和最新的研究进展。

A：2022年，回到北京航空航天大学，回到当时读本科的应用物理系，又见到了当时的老师们，看学生们像是看到了二十年前的自己，满是情怀。但是，又得从头开始搭建实验室，用了近一年的时间，主要靠我之前两个博士生单旭晨和刘保磊，现在是北航的讲师，是我们实验室的大师兄。综合回来后的资源、人脉以及自己的兴趣，扬长避短，独辟蹊径，现在实验室研究方向大概为三个。

第一个方向是继续纳米探针的光镊研究，之前我们的研究发现了世界上最强的光力探针，现在正是开展后续工作的最好时机。我们最近利用上转换颗粒开发了一种超分辨光子学力学显微镜，首次能够在水溶液中实现三维空间内的极弱力测量，达到理论上纳米尺度力学测量的热学极限，针对亚飞牛等级的测力，比之前报导的测量时间要快大概50倍。这个技术对于研究生命科学还是有非常大作用的，不仅可以研究抗原和抗体的结合、DNA碱基对的结合、细胞表面整合蛋白对弱力的响应，还可以观测一些动态的力学响应。后续在这个方向上还有几个其他项目正在进行，由单旭晨博士负责。

第二个方向是超分辨成像与计算光学，这个方向是现代光学发展的热点之一。沿着之前利用探针非线性增强的方向，近期的一个工作是我们利用动态逐步算法求解出上转换荧光图像中非线性变化，提高图像的分辨率，这个方法的优点是可以和各种成像模态叠加，实现多模增益。在计算光学方面，我们将之前开发的自进化鬼成像技术拓展到不同波长与成像模态，由刘保磊博士负责。

第三个方向是我最感兴趣的，也是我自己来负责，就是将超分辨、计算光学与低维材料的表征与光子学调控相结合。但是，只有一些比较初步的想法，所以我自己来研究。就像看电视剧或者脱口秀，都按套路出牌，知道后面发生什么就没意思了。当然，现阶段分身乏术，开始一个新的研究方向比之前困难太多。

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Q：2018年，您在Light上发表的文章“Microscopic inspection and tracking of single upconversion nanoparticles in living cells”被评选为第三期封面文章[6]，请您介绍一下这篇文章的创新之处以及封面图片背后的故事。

A：这篇文章的工作是2017年在第三任博士后期间做的，是我对上转换颗粒性质以及应用的进一步探索。在为之前Nature文章服务的时候，我搭建了一套单颗粒表征系统，并发现我们的颗粒绝对亮度非常强而且均一，有稳定可控的光子数输出，还有很强的非线性。结合单颗粒响应的补偿算法正好完美的解决了单颗粒示踪方面在区分单颗粒、低信噪比方面的挑战，不仅不需要使用EMCCD等高灵敏设备，还为多分录复用示踪添加了光强调控纬度。在这个工作发表不久，诺奖得主朱蒂文教授来访澳洲时聊起此项工作，还给我分享了他们一篇有异曲同工之妙的工作， 后来他们的这项成果发到了Nature Photonics上。在做我们这项工作的时候，为了证明该方法的灵敏度与独特性，我们做了一个有意思的实验，找了很多我们学院的人来识别到底需要多少个光子人眼才可以分辨图像，需要多少个光子视锥细胞开始占主导感知颜色，大家都是抢着来参与实验，效果特别好，这也就是为什么封面图片是一只眼睛。

而这只是谁的眼睛呢，自然得找有版权的眼睛。当时设计封面的时候正在国外开会，还把笔记本丢了，现买的笔记本装软件来做这个图，本来想建模设计，但是怎么看怎么别扭，一转头就瞅见我太太了，我喜欢我太太的眼睛，就直接拍照来用了，效果还挺好的。我后来时不时会拿我太太的照片在各个地方客串，这样她就更支持我的工作啦。

 

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Q：您很重视推动相关技术成果实现有效转化及应用，您认为未来光学超分辨技术产品化的发展趋势是什么？

A：成果转化是科研至关重要的一环，让我们知道那些原本只存在我们脑子的想法是可以开花结果产生价值的。国内的转化土壤特别好，现在生产超分辨的显微设备厂家已经不少了，大家都很有自己的特色，但是主流设备还是体积比较大。所以小型化乃至芯片化，或者显微镜模块化超分辨是现在的发展趋势。科研上已经有很多课题组通过微纳加工，把STORM、SIM、移频超分辨、暗场显微、相差显微移植到了芯片儿上，用普通的显微镜搭配这些芯片就可以实现超分辨和其他模态。这些技术如果可以进行稳定持续的图像输出商用的前景还挺大的。现在的系统也有模块化趋势，比如超分辨功能就是个单独的模块，插到传统显微镜上就可以工作。我们也打算沿着这个方向做一些工作，有些想法，但是还没有足够人手做。在这里也欢迎志同道合的博士后加入我们的团队（www.fanwanglab.com），一起攻坚克难。

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Q：在您的职业生涯中，有没有对您影响非常大的人或者事？是以什么方式影响的？

A：这个其实是个非常难回答的问题，因为职业生涯中有太多人，太多事儿对我有影响，有些是显而易见的，有些是潜移默化的，有些是蝴蝶效应就像那枚帮助我决定大学读哪个方向的硬币。就说说对事情的态度吧，这种态度现在都对我影响很大。Peter Reece是我博士导师，Mike Gal是我师爷，一个澳洲人，一个匈牙利人，每天都很开心，因为科研使他们快乐，像Peter Reece即便是同时承担三门授课任务，一周有一天能做点实验到晚上就能缓过来。他们让我感受到了科研的乐趣与魅力，这是一种没有压力的自由感，路飞尼卡形态。这个对我的影响真的挺大的，我后面带团队的理念基本也是降低压力，自由发挥。但是对于大部分人来说，压力与动力是相辅相成的，我当时的师弟师妹也没什么压力，动力也少，就没发文章。按传统思想来说他们后面发展都会受到局限，但是他们后来生活都过得非常丰富多彩。同样奔流到海，有的波澜壮阔，有的绕过九曲山川，有的小溪潺潺，都是不一样的精彩。科研干的是不是最好不要紧，后面干不干科研也不要紧，要紧的是新的科研想法能不能激发你的荷尔蒙，有没有坚持连着弯好几天腰调光路的执着，这是我从我老师我的好哥们儿Peter Reece那边学来的。

 

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Q：您在教学中您更注重培养学生哪些能力？在团队建设中您有哪些管理策略？

A：对于本科学生来说培养对科学的兴趣最重要，让他们知道这个很有意思，放长线钓大鱼，让他们爱上科研。对于硕士来说就要培养科研基础和好的科研习惯，比如说搭建光路和编程等基础能力，还有更重要的辩证性思维以及处理问题有始有终的习惯。对于博士首先要培养辩证性思维，以发展的眼光看待问题，不要盲目相信有话语权的人。唯有如此，才能发现别人发现不了的问题。博士还要培养对项目的掌控能力，对科研发展方向的大局观和敏感程度，要知道我们这个齿轮带动的是怎么样的一部“巨型机器”，怎么带动的，这部机器往哪跑。

我的管理策略非常中规中矩，跟大多数团队一样，管理就是典型的金字塔，比较有效率，一级管一级。但是完全这样也不行，我与学生接触的太少了，所以一直在改变，想要增加和学生互动的时间。而且要给学生和团队人员一定自由，因为不同的成员有不一样的风格，要尊重个人的选择，但同时又要考虑团队的发展和资源平衡，借用光学一个词叫“自适应”管理，每个人的目标都在变化，人的心性也会变化，需要不断调整。关键是找到反馈项，也就是短线和长线的科研产出。

 

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Q：您是如何平衡科研工作和个人生活的呢？

A：平衡科研与个人生活对于我们大多数科研人员来说都是难题，因为科研与生活很难严格划分界限，而且两者都需要大量的时间，尤其是对于结了婚有小孩的科研人员。我这边启用的是时间任务模块化处理，就是将各种任务切成小块与自己的时间相匹配，利用上每一分每一秒的时间，我书包里一直有三块手机充电宝和一块笔记本充电宝，基本可以保证我在任何能办公的状态下办公。琐碎性的任务利用琐碎时间，写文章编程等要连续思路的就要用晚上的连续时间。这样省下来下班回家到孩子睡觉前的时间，包括周末我也会尽量多陪伴家庭，时光一逝永不回，小孩子眨眼就长大了。当然，也许小孩长大了会变成比我们更厉害的科学家，所以陪伴家庭也算是变相辅助科研。我平时也有一些小的业余爱好，摄影、音乐等，自娱自乐，能特别有效的缓解压力。

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Q：我知道您有两个帅气的儿子，您对他们有怎样的期待？

A：我想让他们子承父业加入科研行业，也想让他们完成我没有实现的梦想，搞音乐搞艺术。但是，我的想法其实不重要，重要的是他们怎么想。让他们能够按照自己的意愿发展，就是我的期待，跟我父母教育我是一样的。当然培养能力和生存手段还是必要的，为的是让他们有能力干他们想干的，至少解决温饱。我现在的车本还是A本，上大学前我爸让我学的，说这样以后没饭吃可以拉货去。说到货，王小波说“人该是自己生活的主宰，不是别人手里的行货”，我非常认同。

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Q：您在国内外很多高质量科技期刊上发表过重要研究成果，那么您认为我国科技期刊在高质量建设方面有哪些优势和劣势？

A：国内期刊的优势有很多，主要来说有以下几点：

（1）我国拥有庞大的科技人才队伍，为科技期刊提供了丰富的稿件来源和高质量的研究成果；

（2）国家对科技创新和科技期刊建设的重视程度不断提高，投入了大量的资金和资源来支持科技期刊的发展，咱们国家很擅长集中资源办大事；

（3）基于我国科技在某些领域的特色发展，如材料科学、信息科学等，中国期刊在某些领域具有一定的特色和优势。

在优点之外国内期刊也还有少数有待改进的地方：

（1）虽然国内期刊的整体水平在上升阶段，但是综合来讲，与国际先进水平还是有一定差距。这个差距还是体现在期刊的影响力上，这个不仅仅是影响因子，而是科研工作者们对期刊的认可程度。就比如有很多同事包括我国自己的科研人员在投稿时都会选择一些老牌的国际知名杂志，尽管我国一些杂志的影响因子都很高。主要是因为这些老牌杂志已经创出了口碑，口碑好才是真的好。而影响因子涉及到引用和发文量，并不能完全代表口碑。所以国内期刊如何能够提升口碑是目前的主要任务。

（2）我国科技期刊的国际化程度还不够，就是我们对国际上的科研同僚们的吸引力还不够，来自国际的优秀稿件还不够多。其中一个原因是国际同僚对我们的期刊还不熟悉。我还记得在Light成立之初，澳洲国立大学的Ping Koy Lam教授跟我说他觉得他的文章发表在Light上也挺好的因为同一期还有诺奖得主的文章。所以我们要扩大国际化还要注意吸收国际上知名大组的优秀稿件。

（3）我国科技期刊的审稿制度和编辑出版流程等方面如果能再优化就更吸引人了，如果每一篇稿件都可以送到背景比较合适的审稿人那里就特别完美了。而且如果编辑对相应的科研内容有更多的判断能力就更好了，但是对于期刊编辑尤其是学术兼职编辑来说时间太有限了，接触的稿件研究方向又比较广，所以这点还挺难的。

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Q：有什么话想和青年科学家共勉？

A：共勉的话很多，浓缩成一个词，可能就是“坚持”二字。逆风常有，明明昨天还花好月圆，今天就遭连夜雨，后天结果又柳暗花明了，这是学术和人生的常态。科研很纯粹，就是探索未知，收获“开地图”的成就感。但是，为了这份纯粹需要先让自己和团队“活下来”，这就涉及到一堆随时都能让你不那么纯粹的麻烦事儿，就是这些事儿在一根一根的薅我们的头发。我们要做的就是坚守，不忘初心，不被琐事蒙蔽双眼。但说得容易，做起来好难。五六年前的一天，阳光很好，我的心情不好，我坐火车上班，经过一个大大的广告牌，是教育培训机构，车很快，但我看的很清楚，当年的合作者澳洲杰青Alexander Argyros在广告上笑的很纯粹，很开心。当天我就开始找公司的工作，后面拿到offer的时候差一点就跟学术拜拜了。后来还是没舍得学术，留下来了。记得那天还喝了点小酒，敬无常，敬学术，敬我们怎么调也调不好的光路，敬我们科研工作者自己。

图6：This is the life, it goes up and down. 我大儿子有一次钻到柜子的格子里，屁股上的“This is the life”凸显出来，像生活一样吧，有时候爬到很高很显眼、有时候掉在地上摔成两半。

参考文献

[1]. Liu, Y. J. et al. Amplified stimulated emission in upconversion nanoparticles for super-resolution nanoscopy. Nature 543, 229-233 (2017).

[2]. Chen, C. H. et al. Multi-photon near-infrared emission saturation nanoscopy using upconversion nanoparticles. Nature Communications 9, 3290 (2018).

[3]. Yang, X. S. et al. Mirror-enhanced super-resolution microscopy. Light: Science & Applications 5, e16134 (2016).

[4]. Liu, Y. T. et al. Axial localization and tracking of self-interference nanoparticles by lateral point spread functions. Nature Communications 12, 2019 (2021).

[5]. Shan, X. C. et al. Optical tweezers beyond refractive index mismatch using highly doped upconversion nanoparticles. Nature Nanotechnology 16, 531-537 (2021). 

[6]. Wang, F. et al. Microscopic inspection and tracking of single upconversion nanoparticles in living cells. Light: Science & Applications 7, 18007 (2018).

原文链接： https://mp.weixin.qq.com/s/7usm_GGZO8pT3QJ7bKrB2g

其他媒体报道：

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