基本情况 - 雷 铭基本信息

雷铭，教授，博士生导师，2015年国家基金委优秀青年科学基金获得者，2016年中国科学院拔尖青年科学家基金获得者，2017年中国科学院青年促进会优秀会员，2018年入选西安交通大学青年拔尖人才A类。中国激光杂志社青年编辑委员会常务委员，中国光学学会生物医学光子学专业委员会青年工作组副组长，中国光学学会高速摄影和光子学专业委员会委员,中国仪器仪表学会显微仪器分会理事。主要从事先进光学成像以及多功能光学微操纵技术的研究。对突破光学衍射极限的细胞成像，特殊光束光学微操纵，非线性光学显微等问题进行了系统地研究。在国际刊物上发表论文100余篇，第一发明人授权中国发明专利9项，授权美国发明专利1项。曾获2004年度中科院刘永龄奖学金特别奖；2005年度中科院院长奖；2006年度“陕西省科学技术奖一等奖”；2010年度“陕西省科学技术奖一等奖”；2013年度“陕西省科学技术奖二等奖”；2016年度“中国光学工程学会科技创新二等奖”。




我的新闻
西安交大科研团队提出轴平面光学捕获与成像技术
2020-03-03


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联系方式
邮箱：ming.lei@mail.xjtu.edu.cn
地址：西安交通大学兴庆校区，仲英楼B704






研究方向

光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着重要的角色。大到宇宙，小到分子，看得更清楚是人们不断追求的目标。但受限于光的衍射特性，传统光学系统的空间分辨率存在瑞利-阿贝物理极限。突破这个极限成为当今光学领域公认的一个重大科学问题。同时，在对微观世界的探索过程中，在看得更清楚这个前提下，人们还希望对显微镜下看到的微小物体进行主动的精密操纵，即“看得清，摸得到”。光镊作为这样一种新型微操纵技术，已被广泛应用于各种微观研究。近年来，在国家自然基金委优秀青年基金项目“单分子操控与显微成像技术”等项目的资助下，研究团队对突破衍射极限的超分辨细胞成像和三维彩色显微成像，特殊光束捕获等问题进行了系统的研究并取得了一系列高水平研究成果。






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基本情况 - 雷 铭基本信息

雷铭，教授，博士生导师，2015年国家基金委优秀青年科学基金获得者，2016年中国科学院拔尖青年科学家基金获得者，2017年中国科学院青年促进会优秀会员，2018年入选西安交通大学青年拔尖人才A类。中国激光杂志社青年编辑委员会常务委员，中国光学学会生物医学光子学专业委员会青年工作组副组长，中国光学学会高速摄影和光子学专业委员会委员,中国仪器仪表学会显微仪器分会理事。主要从事先进光学成像以及多功能光学微操纵技术的研究。对突破光学衍射极限的细胞成像，特殊光束光学微操纵，非线性光学显微等问题进行了系统地研究。在国际刊物上发表论文100余篇，第一发明人授权中国发明专利9项，授权美国发明专利1项。曾获2004年度中科院刘永龄奖学金特别奖；2005年度中科院院长奖；2006年度“陕西省科学技术奖一等奖”；2010年度“陕西省科学技术奖一等奖”；2013年度“陕西省科学技术奖二等奖”；2016年度“中国光学工程学会科技创新二等奖”。




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西安交大科研团队提出轴平面光学捕获与成像技术
2020-03-03


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研究方向

光学成像技术在人类探索和发现未知世界奥秘的活动中扮演着重要的角色。大到宇宙，小到分子，看得更清楚是人们不断追求的目标。但受限于光的衍射特性，传统光学系统的空间分辨率存在瑞利-阿贝物理极限。突破这个极限成为当今光学领域公认的一个重大科学问题。同时，在对微观世界的探索过程中，在看得更清楚这个前提下，人们还希望对显微镜下看到的微小物体进行主动的精密操纵，即“看得清，摸得到”。光镊作为这样一种新型微操纵技术，已被广泛应用于各种微观研究。近年来，在国家自然基金委优秀青年基金项目“单分子操控与显微成像技术”等项目的资助下，研究团队对突破衍射极限的超分辨细胞成像和三维彩色显微成像，特殊光束捕获等问题进行了系统的研究并取得了一系列高水平研究成果。






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研究方向 - 雷 铭研究方向

1、超分辨光学成像致力于提升现有光学显微技术成像分辨率、成像速度以及成像维度，研究团队创新性地提出了一系列新理论、新方法以及新技术。发明了包括基于数字微镜器件（DMD）调制光场的结构光照明显微（D-SIM）等多种新型显微技术，其中D-SIM的空间分辨率达到90nm，为国际同类技术的最好水平。相关成果已授权发明专利 9 项，授权美国专利1项。研究团队与多家国内外研究单位开展了合作研究并研制样机，获得一些重要科学发现。这些科研单位包括第四军医大学（现空军军医大学）、中国科学院动物研究所、中科院古脊椎动物与古人类研究所、美国纽约州立大学布法罗分校、德国康斯坦茨大学等。

囊泡与高尔基体的动态作用 线粒体的演化过程
2、高速彩色三维成像生物体表面色彩的不同色相、饱和度和明度在很大程度上反映了其微观结构和光学性质的不同。以激光共聚焦扫描显微镜为代表的点扫描显微成像技术具有三维层析成像能力，然点扫描显微成像技术的颜色通道十分有限，通常仅有三至四个，不能反映样品的全部色彩信息。研究团队开发了三维多视场数据自适应融合技术，该技术是目前唯一的将高分辨、三维、大视场、彩色、定量和快速六大成像要素集为一体的光学显微成像技术。最大三维光切片速度100fps@1024×1024pixels，远高于市场上主流高速转盘式共聚焦显微镜（15fps@1024×1024pixels，奥林巴斯SpinSR10）。

图2两种中华虎甲的三维成像结果。(a) 虎甲1的最大值投影图,其三维成像体积约为18.7 × 9.4 × 7.0 mm3。(b)图(a)中红色方框内区域进行成像的最大值投影结果。(c) 图(b)的三维形貌信息。(d) 图(c)中蓝色曲线所经过的复眼的三维轮廓曲线。(e) 虎甲2的最大值投影,其三维成像体积约为19.5 × 8.3 × 6.6 mm3。(f)图(e) 中红色方框内区域进行成像的最大值投影结果。(g) 图(f)的三维形貌信息。(h) 图(g)中蓝色曲线所经过的复眼的轮廓曲线。

3、光学捕获光学捕获（Optical trapping）利用光与物质相互作用过程中的动量传递来实现对微观粒子的非机械接触式的无损高精度操控，自发明以来已被广泛应用于各种微观领域的研究。但是它的发展仍然面临着一些突出的问题，包括如何捕获更小的粒子、如何增加操控范围等。围绕这些问题，研究团队从理论和实验两方面开展了具有特殊空间分布（振幅、相位和偏振）的光场与微粒相互作用的研究工作，在全息光镊技术及其应用、特殊光场的优化、表征以及微粒捕获等方面进行了深入的研究。设计了多功能光学微操纵仪并成功投放于市场。目前已出售至包括多伦多大学、香港城市大学、哈尔滨工业大学、华侨大学、内蒙古大学、温州大学、贵州大学、燕山大学、青岛大学、青岛科技大学等多家科研单位16套。

三维空间操控多个粒子

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发表文章 - 雷 铭发表文章

2020年度

1. Yansheng Liang#, Shaohui Yan#, Zhaojun Wang, Runze Li, Yanan Cai, Minru He, Baoli Yao*, Ming Lei*. Simultaneous optical trapping and imaging in the axial plane: a review of current progress, Reports on Progress in Physics, 2020, 83(3) 032401(24).

2. Zhaojun Wang#, Yanan Cai#, Jia Qian, Tianyu Zhao,Yansheng Liang, Dan Dan, Ming Lei* Baoli Yao*. Hybrid multifocal structured illumination microscopy with enhanced lateral resolution and axial localization capability, Biomedical Optics Express, 2020, 11(6): 3058-3070.

3. Yanan Cai; Shaohui Yan; Zhaojun Wang; Runze Li; Yansheng Liang; Yuan Zhou; Xing Li; Xianghua Yu; Ming Lei*; Baoli Yao*, Rapid tilted-plane Gerchberg-Saxton algorithm for holographic optical tweezers, Optics Express，2020, 28(9) : 12729-12739.

4. 梁言生，姚保利*，雷铭*; 全息光镊在生物学研究中的应用, 中国激光, 2020, 47(2): **(1-16).（邀请综述）

2019年度

1. Yansheng Liang, Shaohui Yan. Baoli Yao*, Ming Lei*. Direct observation and characterization of optical guiding of microparticles by tightly focused non-diffracting beams, Optics Express, 2019, 27(26): 37975-37985.

2. Yansheng Liang, Shaohui Yan, Minru He, Manman Li, Yanan Cai, Zhaojun Wang, Ming Lei*, Baoli Yao*. Generation of double-ring perfect optical vortex by Fourier transform of azimuthally polarized Bessel beams, Optics Letters, 2019, 44(7): 1504-1507.

3. Jia Qian, Shipei Dang, ZhaoJun Wang, Xing Zhou, Dan Dan, Baoli Yao*, Yijie Tong, Haidong Yang, Yuanyuan Lu, Yandong Chen, Xingke Yang, Ming Bai*, Ming Lei*. Large-scale 3D imaging of insects with natural color, Optics Express, 2019,27(4), 4845-4857.

4. Tianyu Zhao; Yan Liu; Zilin Wang; Rongyan He; Jia Xiang Zhang; Feng Xu; Ming Lei*; Michael B. Deci; Juliane Nguyen; Piero R. Bianco*; Super‐resolution imaging reveals changes in Escherichia coli SSB localization in response to DNA damage, Genes to Cells, 2019, 24(12): 814-826.

5. Feifei Ren#, Zhaojun Wang#, Jia Qian, Yansheng Liang, Shipei Dang, YananCai, Piero Bianco, Baoli Yao, Ming Lei*, Multi-view object topography measurement with optical sectioning structured illumination microscopy, Applied Optics, 2019 58(23): 6288-6294.

2018年度

1. Yansheng Liang, Yanan Cai, Zhaojun Wang, Ming Lei*, Zhiliang Cao, Yue Wang, Manman Li, Shaohui Yan, Piero R. Bianco, and Baoli Yao*. Aberration correction in holographic optical tweezers using high-order optical vortex[J]. Applied Optics, 2018, 57(13): 3618-3623.

2. Yansheng Liang, Ming Lei*, Shaohui Yan, Manman Li, Yanan Cai, Zhaojun Wang, Xianghua Yu, and Baoli Yao*. Rotating of low-refractive-index microparticles with a quasi-perfect optical vortex[J]. Applied Optics, 2018, 57(1): 79-84.

3. Zhaojun Wang, Yanan Cai, Yansheng Liang, Dan Dan, Baoli Yao* and Ming Lei*, Aberration correction method based on double-helix point spread function. Journal of Biomedical Optics, 2018, 24(3), 031005.

2017年度

1. Zhaojun Wang, Yanan Cai, Yansheng Liang, Xing Zhou, Shaohui Yan, Dan Dan, Piero R. Bianco, Ming Lei* and Baoli Yao. Single shot, three-dimensional fluorescence microscopy with a spatially rotating point spread function. Biomedical Optics Express, 2017, 8(12): 5493-5506.

2. Yanan Cai, Yansheng Liang, Ming Lei*, Shaohui Yan, Zhaojun Wang, Xianghua Yu, Manman Li, Dan Dan, Jia Qian, Baoli Yao. Three-dimensional characterization of tightly focused fields for various polarization incident beams. Review of Scientific Instruments, 88: 063106-1-8, 2017

3. 赵天宇，周兴，但旦，千佳，汪召军，雷铭*，姚保利*. 结构光照明显微中的偏振控制研究. 物理学报，66(14): 148704-1-11, 2017（invited）

4. 周兴, 但旦, 千佳, 姚保利, 雷铭*. 结构光照明显微中的超分辨图像重建研究. 光学学报，, 37(3): **-1-12. 2017（invited）

5. 蔡亚楠, 汪召军, 梁言生, 严绍辉, 但旦, 姚保利, 雷铭*. 受激辐射损耗显微中空心损耗光的光强分布优化研究. 光学学报，, 37(3): **-1-9. 2017

2016年度

1. Xing Zhou, Ming Lei*, Dan Dan, Baoli Yao , Yanlong Yang, Jia Qian, Guangde Chen, Piero R Bianco. Image recombination transform algorithm for super-resolution structured illumination microscopy. Journal of Biomedical Optics, 21(9): 096009-1-9, 2016


2. Yanlong Yang, Baoli Yao, Ming Lei, Dan Dan, Runze Li, Mark Van Horn, Xun Chen, Yang Li, Tong Ye. Two-photon laser scanning stereomicroscopy for fast volumetric imaging. 2016, 11(12): e**-1-14, Plos ONE

2015年度

1. Jia Qian,Ming Lei*, Dan Dan, Baoli Yao, Xing Zhou, Yanlong Yang, Shaohui Yan, Junwei Min, Xianghua Yu, “Full-color structured illumination optical sectioning microscopy”,Scientific Reports, Vol. 5, pp. 14513-1-10, 2015.

2. Zhaojun Wang, Ming Lei*, Baoli Yao, Yanan Cai, Yansheng Liang, Yanlong Yang, Xibin Yang, Hui Li, Daxi Xiong, “Compact multi-band fluorescent microscope with an electrically tunable lens for autofocusing”, Biomedical Optics Express, Vol. 6, No.11, pp. 4353-4364, 2015.

3. Xing Zhou, Ming Lei*, Dan Dan,Baoli Yao, Jia Qian, Shaohui Yan, Yanlong Yang, Junwei Min, Tong Peng, Tong Ye,Guangde Chen, “Double-exposure optical sectioning structured illumination microscopy based on Hilbert transformreconstruction”,Plos ONE, Vol. 10, No. 3, pp. e**-1-9, 2015.

2014年度

1. Yujiao Qi, Ming Lei*, Yanlong Yang,Baoli Yao, Dan Dan, Xianghua Yu, Shaohui Yan, Tong Ye, “Remote-focusingmicroscopy with long working distance objective lenses”,Applied Optics, Vol. 53, No. 16, pp. 3473-3478, 2014.

2. Dan Dan,Baoli Yao, Ming Lei, “Structured illumination microscopy for super-resolution and optical sectioning”, Chinese Science Bulletin, Vol. 59, No. 12, pp. 1291-1307, 2014.

2013年度

1. Dan Dan, Ming Lei*, Baoli Yao, Wen Wang, Martin Winterhalder, Andreas Zumbusch, Yujiao Qi, Liang Xia, Shaohui Yan, Yanlong Yang, Peng Gao, Tong Ye, Wei Zhao, “DMD-based LED-illumination super-resolution and optical sectioning microscopy”, Scientific Reports, Vol. 3, pp. 1116-1-7, 2013.

2. Ming Lei, Ze Li, Shaohui Yan, Baoli Yao, Dan Dan, Yujiao Qi, Jia Qian, Yanlong Yang, Peng Gao, Tong Ye “Long-distance axial trapping with focused annular laser beams”, PLoS ONE, Vol. 8, No. 3, pp. e57984-1-6, 2013.（12）

2011年度

1.Shaohui Yan, Baoli Yao, Ming Lei. Comment on “Orbital angular momentum from the curl of polarization”. Physical Review Letters, ,106(5): 189301, 2011（3）

2. Ming Lei, Martin Winterhalder, Romedi Selm, Andreas Zumbusch, “Video-rate wide-field coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy with collinear nonphase-matching illumination”, Journal of Biomedical Optics, Vol. 16, No. 2, pp. 021102-1-5, 2011.（10）

3. 姚保利, 雷铭，薛彬，郜鹏，严绍辉，赵惠，赵卫，杨建峰，樊学武，邱跃洪， 高伟，赵葆常，李英才, “高分辨和超分辨光学成像技术在空间和生物中的应用”, 光子学报， Vol. 40, No. 11, pp. 1607-1618, 2011.

2010年度

1. Ming Lei, Andreas Zumbusch, “TIRF microscopy with W-shaped axicon mirrors”, Optics Letters, Vol. 35, No. 23, pp. 4057-4059, 2010.（6）

2. Ming Lei, Andreas Zumbusch, “Structured light sheet fluorescence microscopy based on four beam interference”, Optics Express, Vol. 18, No. 18, pp. 19232-19241, 2010.（3）

2008年度

1. Ming Lei, Baoli Yao， “Multifunctional darkfield microscopy using an axicon”, Journal of Biomedical Optics, Vol. 13, No. 4, pp. 044024-1-4, 2008.（3）

2. Ming Lei, Hanpeng Xu, Hao Yang, Baoli Yao, “Femtosecond laser assisted microinjection into living neurons”, Journal of Neuroscience Methods, Vol. 174, No. 2, pp. 215-218, 2008.（10）

2007年度

1. 雷铭, 姚保利, “碳酸钙微粒光致旋转的实验和理论研究”, 光子学报, Vol. 36, No. 5, pp. 816-819, 2007.

2. 姚保利, 雷铭, “多功能光学微操纵平台及应用”, 激光与光电子学进展, Vol. 44, No. 6, pp. 15-26, 2007.

2006年度

1. Ming Lei, Baoli Yao, R A Rupp， “Structuring by multi-beam interference using symmetric pyramids”, Optics Express, Vol. 14, No. 12, pp. 5803-5811, 2006.

2. 雷铭，姚保利, “使用多棱锥镜产生多光束干涉场的理论和实验研究”, 光学学报, Vol. 26, No. 5, pp. 757-762, 2006.

3. 雷铭，姚保利, “用三光束干涉模型解释锥镜产生类贝塞尔光束”, 光子学报, Vol. 35, No. 1, pp. 146-148, 2006.

2005年度

1. Baoli Yao, Ming Lei, Liyong Ren, Neimule Menke, Yingli Wang, Thorsten Fischer, Norbert Hampp, “Polarization multiplexed write-once–read-many optical data storage in bacteriorhodopsin films”, Optics Letters, Vol. 30, No. 22, pp. 3060-3062, 2005

2004年度

1. Ming Lei, Baoli Yao, “Characteristics of beam profile of Gaussian beam passing through an axicon”, Optics Communications, Vol. 239, No. 4-6, pp. 367-372, 2004

2003年度

1.Ming Lei, Baoli Yao, Yi Chen, Yong Han, Yingli Wang, Neimule Menke, Yuan Zheng, Congmin Wang, Meigong Fan, Guofu Chen，“Experimental investigation of parallel optical data storage using pyrrylfulgide photochromic material”, Chinese Science Bulletin, Vol. 48, No. 15, pp. 1548-1550, 2003

2. Ming Lei, Baoli Yao, Yi Chen, Yong Han, Congmin Wang, Yingli Wang, Neimule Menke, Guofu Chen, Meigong Fan, “Experimental study of optical storage characteristics of photochromic material—pyrrylfulgide”, SPIE Proceedings, Vol. 5060, pp. 28-31, 2003.

2002年度

1. 姚保利，雷铭，王英利，郑媛, “细菌视紫红质的两种光电微分响应及其机制”, 生物化学与生物物理学报, Vol. 34, No. 1, pp. 113-116, 2002.

2. Baoli Yao, Ming Lei, Yingli Wang, Neimule Menke, Yuan Zheng, Guofu Chen, Norbert Hampp, “Micro-imaging system with photochromic biofilm - bacteriorhodopsin as recording medium”, SPIE Proceedings, Vol. 4930, pp. 64-67, 2002.

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奖项与专利 - 雷 铭所获奖项

有机光致变色光信息存储与处理机理和应用研究，陕西省人民政府，陕西省科学技术奖，一等奖，2010年
飞秒激光及生物分子材料在信息海量存储中的应用技术研究，陕西省人民政府，陕西省科学技术奖，一等奖，2006年
特殊模式光场与微粒相互作用研究，陕西省人民政府，陕西省科学技术奖，二等奖，2013年
结构照明光学超分辨和三维显微成像技术，陕西省科学院，科学技术奖，一等奖，2018年
结构照明光学超分辨和三维层析显微技术，中国光学工程学会，创新技术奖，二等奖，2016年






授权发明专利
雷铭，“基于希尔伯特变换的结构照明快速三维彩色显微成像方法”，ZL3.2
汪召军，雷铭，“利用正方晶格结构光照明的超分辨成像方法及系统”，ZL2.0
梁言生，雷铭，汪召军，“无零级衍射光的空间光调制器耦合装置”，ZL9.7
Ming Lei, Baoli Yao, Jia Qian, Dan Dan, Xing Zhou, Yanlong Yang, Shaohui Yan, Junwei Min, Full-Color Three-Dimensionnal Optical Sectioning Microscopic Imaging System and Method Based on Structured Illumination, 2018.12, 美国, US Patent:**
雷铭，姚保利，千佳，但旦，周兴，杨延龙，严绍辉，闵俊伟，“一种基于结构照明的彩色三维层析显微成像系统及方法”，ZL 5.x
雷铭，姚保利，但旦，李泽，严绍辉，杨延龙，叶彤, “一种基于数字微镜器件的高速结构照明光学显微系统及方法”, ZL0.8.
雷铭，姚保利，严绍辉，但旦，叶彤, “高速宽视场相干反斯托克斯拉曼散射显微系统及方法”, ZL2.5.
雷铭，姚保利，严绍辉，叶彤, “使用同心双锥面镜实现全内反射荧光显微的系统与方法”, ZL2.7.
雷铭，姚保利，叶彤, “使用四棱锥镜产生结构照明的荧光显微方法和装置”, CN8.1.
雷铭，姚保利, “使用菲涅尔双棱镜产生多层光片的荧光显微方法及装置”, ZL6.9.
雷铭，姚保利, “使用锥镜实现暗场显微及荧光显微的方法及装置”, ZL5.X.
雷铭，姚保利, “用多棱锥镜和多棱台镜产生空间光点阵列的设备和方法”, ZL6.5.
姚保利, 雷铭, “并行光信息写入和读出方法”, ZL8.4.
郜鹏，姚保利，雷铭，严绍辉，但旦，叶彤, “基于泽尼克相衬成像的相移干涉显微装置及方法”, ZL9.0.
闵俊伟，姚保利，郜鹏，雷铭，杨延龙，严绍辉，但旦, “基于光栅衍射的大口径望远镜装置”, ZL1.5.
叶彤，杨延龙，姚保利，雷铭，郑娟娟，严绍辉，但旦, “一种深层散射介质中的三维成像系统及方法”, ZL5.4.
姚保利，郜鹏，闵俊伟，雷铭，严绍辉，杨延龙，叶彤, “可实时测量的同步相移斐索干涉装置”, ZL5.8

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承担的项目 - 雷 铭承担的项目
1. 国家自然科学基金优秀青年科学基金项目“单分子操控与显微成像技术（**）”2016-2018，150万
2. 国家重点研发计划“数字诊疗装备”专项子课题“随机光学重建/结构光照明复合显微成像系统研制(2017YFC**)” 2017-2020，211万
3. 中国科学院“拔尖青年科学家”项目“高速大视场彩色三维显微成像技术研究(QYZDB-SSW-JSC005)”2017-2021 ，250万
4. 中国科学院科研装备研制项目“生物结构真三维形态图像快速获取与定量分析仪研发 (YZ201509) ” 2016-2018，300万
5. 陕西省自然科学基础研究计划重点项目“生物结构的高速三维层析成像方法研究（2016JZ020）”2016-2018，10万
6. 国家自然科学基金面上项目“结构照明宽场相干反斯托克斯拉曼散射显微技术研究（**）”2012-2016，74万
7. 中国科学院西部之光项目“三维物体复杂形貌测量与数字化” 2014 -2016， 30万
8. 瞬态光学与光子技术国家重点实验室自主课题“三维宽场超分辨显微术”2011-2013，80万
9. 中国科学院院长奖获得者科研启动专项资金“多功能光学微操纵技术研究” 2008-2010，10万
10. 中国科学院西部之光西部博士资助项目“相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)显微术的研究”2008-2010，10万
11. 西安交通大学自主创新能力提升计划项目，高时空分辨三维成像技术在脑科学前沿的应用研究（编号：PY3A079），90万，2019-2021
12. “中央高校建设世界一流大学（学科）和特色发展引导专项资金资助”300万，2019-2024
13. 横向课题“高时空分辨三维显微成像仪研制”（编号：），200万，2019-2020

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团队成员 - 雷 铭团队成员

讲师 讲师
梁言生 博士 汪召军 博士

研究生 研究生 研究生 研究生
（国科大） （国科大）
赵天宇 何旻儒 云 雪 冯 坤