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个人简介

国家优秀青年科学基金、首届青年人才托举工程、中科院青年创新促进会优秀会员和卢嘉锡青年人才奖获得者。本科和博士分别毕业于北京航空航天大学和中科院生物物理研究所，在美国HHMI Janelia Research Campus完成访问学者研究。长期致力于新型荧光探针的开发及其在超分辨、活细胞深层、双模态显微成像中的应用。研究成果发表在Nature Methods（2篇）、Cell Research、Nano Letters、PNAS（2篇）等期刊。任Biophysics Reports青年编委。

主要研究方向

1. 高空间分辨率成像探针

研究光控荧光探针性能调控新规律和新途径，建立超分辨荧光探针开发普适性策略。前期工作分别为单分子定位成像（PALM）和光激活非线性结构光照明成像（PA NL-SIM）发展金标准探针mEos3.2和Skylan-NS，前者解决已有探针实际分辨率低且无法标记膜蛋白的应用局限，后者结合新型成像仪器突破性提升结构光照明成像的空间分辨率。

图1: mEos3.2提高单分子定位成像分辨率。(a) mEos2、mEos3.1和mEos3.2标记Hela细胞Lifeact的PALM图像示例。(b)不同光转化荧光蛋白标签密度分布及其累积分布比。(c)图(b)计算得到的Nyquist分辨率分布。(d) mEos2和mEos3.2标签密度对比。

2. 活细胞超分辨成像探针

研发高时间分辨率超分辨成像探针和配套算法，实现活细胞内更小尺度、更快运动靶标的精准定位和示踪。前期工作利用光转化荧光蛋白的独特光物理性质，设计发展了成像设备简单、兼具高时/空分辨率(0.5-2 s/50 nm)的超分辨成像算法SIMBA。在此基础上，发展具有更高光转化效率和标记密度的成像探针pcStar和配套算法Quick-SIMBA，将活细胞单分子定位成像的时/空分辨率推进至0.1 s/50 nm，证实细胞内“密集管状内质网”结构往往由于时空分辨率不足被误认为成“片状内质网”。

图2：Quick-SIMBA超分辨追踪COS-7细胞内质网动态结构。(a)由50张原始图叠加而成的宽场图。(b) Quick-SIMBA超分辨重构图。(c)图(b)中方形区域在图示时间点的放大图。(d)图(ci)中管状内质网间距统计。

3. 光电关联超分辨成像探针

发展光镜-电镜双模态兼容的超分辨荧光成像探针，解决光电关联成像标记和精确配准难题。前期工作开发了第一个耐常规电镜制样的光控荧光探针mEosEM，首次实现疏水树脂包埋后同层切片的高精度超分辨光电关联成像。在此基础上，设计和发展二代双色成像探针和去背景成像方法，推动常温超分辨光电关联成像向大尺度三维(如脑组织)和双色方向发展。

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图3：Epon树脂包埋后同层切片高精度光电关联成像。(a) CHO细胞切片的超分辨光电关联成像图，其线粒体由mEosEM标记。(b) CHO细胞切片的超分辨光电关联成像图，其核纤层由mEosEM标记。

代表性科研项目

国家优秀青年科学基金 （主持，在研）

国家自然科学基金面上项目（两项，主持，已结题）

北京市重点研发计划（骨干，在研）

国家重点研发计划 （骨干，已结题）

国家重大科研仪器研制项目（骨干，在研）

10篇代表性论文

1. Fu Z.#, Peng D.#, Zhang M.#, *, Xue F., Zhang R., He W., Xu T.*, Xu P.* mEosEM withstands osmium staining and Epon embedding for super-resolution CLEM. Nature Methods 2020, 17(1): 55-58.

2. Zhang M.#, Chang H.#, Zhang Y.#, Yu J., Wu L., Ji W., Chen J., Liu B., Lu J., Liu Y., Zhang J., Xu P.*, Xu T.* Rational design of true monomeric and bright photoconvertible fluorescent proteins. Nature Methods 2012, 9(7): 727-9.

3. Xu F.#, Zhang M.#, He W., Han R., Xue F., Liu, Z., Zhang F.*, Lippincott-Schwartz J.*, Xu P.* Live cell single molecule-guided Bayesian localization super resolution microscopy. Cell Research 2017, 27(5): 713-716.

4. Zhang M.#, Fu Z.#, Li C.#, Liu A., Peng D., Xue F., He W., Gao S., Xu F., Xu D., Yuan L., Zhang F., Xu Z., Xu T.*, Xu P.* Fast Super-Resolution Imaging Technique and Immediate Early Nanostructure Capturing by a Photoconvertible Fluorescent Protein. Nano Letters 2020, 20(4): 2197-2208.

5. Zhang X.#, Zhang M.#, Li D#, He W., Peng J., Betzig E.*, Xu P.* Highly photostable, reversibly photoswitchable fluorescent protein with high contrast ratio for live-cell superresolution microscopy. Proc Natl Acad Sci U S A 2016, 113(37): 10364-10369.

6. Chang H.#, Zhang M.#, Ji W.#, Chen J., Zhang Y., Liu B., Lu J., Zhang J., Xu P.*, Xu T.* A unique series of reversibly switchable fluorescent proteins with beneficial properties for various applications. Proc Natl Acad Sci U S A 2012, 109(12): 4455-4460.

7. Xue F.#, He W.#, Peng D., You H., Zhang M.*, Xu P.* SOGO-SOFI, light-modulated super-resolution optical fluctuation imaging using only 20 raw frames for high-fidelity reconstruction. Fundamental Research 2023 online.

8. Gao S., Xu F., Li H., Xue F., Zhang M.*, Xu P.*, Zhang F.* DETECTOR: structural information guided artifact detection for super-resolution fluorescence microscopy image. Biomedical Optics Express 2021, 12(9): 5751-5769.

9. Han L., Zhao Y., Zhang X., Peng J., Xu P.*, Huan S.*, Zhang M.* RFP tags for labeling secretory pathway proteins. Biochemical and Biophysical Research Communications 2014, 447(3): 508-512.

10. Liu L.#, Zhang M.#, Xia Z. Xu P., Chen L., Xu T. Caenorhabditis elegans ciliary protein NPHP-8, the homologue of human RPGRIP1L, is required for ciliogenesis and chemosensation. Biochemical and Biophysical Research Communications 2011, 410 (3): 626-631.