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第6章 从安徽桐城县走出来的中科院院士着名生物物理学家程和平（第3页）

他的深厚学术背景、卓越科研成就、强烈爱国情怀以及持续的学术追求和创新精神，共同构成了他成功的基础。

院士科研之路

程和平院士是我国着名的细胞生物学与生物物理学家，早在1993年，程和平院士在钙信号研究方面，就发现并命名细胞钙信号的基本单位—“钙火花”（calciumSparks）。

所谓的“钙火花”，是指细胞内的钙信号的基本单位，钙火花是细胞内钙离子浓度瞬时、局部升高的现象，它反映了细胞内钙离子释放和调控的微观过程。

程和平院士还揭示钙火花的产生与调控机理，并且深入研究了钙火花，在各种可兴奋性及非兴奋性细胞中的生物学功能。

据程和平院士的研究发现，钙火花主要由细胞内质网（ER）上的钙离子通道释放产生。

当这些通道开放时，钙离子从ER迅速流入细胞质，形成局部高浓度的钙离子区域。

程和平院士的研究显示，钙火花的产生和持续时间受到多种因素的调控，包括钙离子通道的活性、ER的钙离子储备量以及细胞质中的钙离子缓冲能力等。

在可兴奋性细胞中，如心肌细胞和神经细胞，程和平院士的研究发现，钙火花对于触发动作电位、传递神经信号以及调控肌肉收缩等生理功能至关重要。

在非兴奋性细胞中，程和平院士的研究发现，钙火花同样发挥着重要的作用，参与细胞增殖、分化、凋亡以及细胞间信号传递等过程。

通过对钙火花产生与调控机理的研究，以及钙火花在各种细胞中的生物学功能的深入探讨，程和平院士为开发新的药物和治疗策略提供了理论依据，对于治疗与钙信号异常相关的疾病具有重要意义。

“超氧炫”是程和平院士在细胞活性氧信号研究领域的又一重大发现。

为了深入探究细胞内的活性氧信号，程和平院士巧妙地设计了一种新型荧光蛋白超氧探针，这一探针能够在细胞环境中准确地识别并报告超氧离子的动态变化。

利用这种创新的工具，程和平院士成功地建立了表达超氧探针的转基因动物模型，为直接在活体动物中进行显微成像研究奠定了基础。

通过对这些转基因动物的显微成像，程和平院士和他的团队观察到了一种惊人的现象:在单个线粒体中，超氧离子浓度会突然爆发性地增加，程和平院士将这种现象命名为“超氧炫”。

超氧炫的产生，可能是由线粒体内部某种特定的代谢过程或环境变化所触发的，它反映了线粒体，在应对不同生理或病理条件下的反应机制。

超氧炫的发现，为科研人员理解线粒体，在细胞内的角色提供了新的视角。

因为线粒体不仅是细胞的“能量工厂”，而且还参与了细胞内的多种信号转导过程。

超氧炫可能是线粒体在信号转导过程中的一个重要环节，它可能参与调控细胞的多种生理功能，如代谢、增殖、凋亡等。

此外，超氧炫的发现，也为疾病的治疗提供了新的思路。

因为超氧离子与多种疾病的发生和发展密切相关，如心血管疾病、神经退行性疾病等。

因此，通过调控超氧炫的产生和调控，可能为我们提供新的治疗策略。

总的来说，程和平院士发现的“超氧炫”现象，不仅为科研人员理解细胞内的活性氧信号提供了新的视角，而且也为疾病的治疗提供了新的可能。

这一发现无疑将推动细胞生物学和生物医学领域的发展，为人类健康事业做出重要贡献。

2017年，程和平院士所领衔的跨学科团队，通过一系列精心设计和创新实践，成功实现了双光子显微镜核心部件的微型化，这一成果堪称生物医学成像领域的一次重大突破。

传统的双光子显微镜，由于体积庞大、重量沉重，往往限制了其在活体动物研究中的应用。

这种显微镜通常重达几百公斤，难以移动，更无法用于自由活动的小动物观测。

然而，程和平院士的团队深刻认识到这一局限性，并决心通过技术创新解决这一问题。

他们首先对双光子显微镜的核心部件进行了深入的分析和研究。

通过精心设计和优化，他们成功地将这些部件进行微型化，使其尺寸大幅缩小，重量大幅减轻。

最终，原本笨重的显微镜核心部件被缩减至仅2.2克的轻巧体积，极大地提高了其便携性和可用性。

不仅如此，程和平院士的团队还进一步思考，如何将这一微型化核心部件应用于自由活动的小鼠身上。

他们设计了一种特殊的头戴式装置，将微型化核心部件巧妙地集成其中。这种装置不仅轻巧，而且舒适，不会对小鼠的正常活动造成任何干扰。

通过这种方式，团队成功地将双光子显微镜的核心部件，变成了可被自由活动的小鼠戴在头上的观测利器。

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