【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所李備研究員團(tuán)隊(duì)與長(zhǎng)光辰英工程化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)研制的中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)子課題—深海微生物原位分選儀，圓滿完成結(jié)題驗(yàn)收工作。
深海中蘊(yùn)含著極為豐富、鮮為人知的微生物及其他物質(zhì)資源，同時(shí)因其具有高壓、高鹽度、低溫等特點(diǎn)而被認(rèn)為是極端環(huán)境，研究在這種環(huán)境下生存的微生物可以幫助我們理解生命的極限。然而90%的微生物由于脫離原位環(huán)境等原因目前尚不可培養(yǎng)，深海微生物的研究面臨采集、培養(yǎng)、物種鑒定和數(shù)據(jù)分析的多重難題。
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)基于拉曼、光鑷及微流控技術(shù)研發(fā)了能夠原位、實(shí)時(shí)、快速地檢測(cè)并分選深海微生物的儀器設(shè)備，突破了拉曼檢測(cè)技術(shù)和光鑷分選技術(shù)在1500米級(jí)深海的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深海微生物的原位拉曼檢測(cè)與光鑷分選，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外應(yīng)對(duì)深海極端環(huán)境原位檢測(cè)與分選深海微生物設(shè)備的空白。
深海微生物原位分選儀
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)研制的深海微生物原位分選儀專用的干-濕艙組合艙體，解決了耐高壓藍(lán)寶石舷窗與分選儀光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)兼容性問題等眾多深海環(huán)境下檢測(cè)設(shè)備所面臨的工程問題。深海微生物原位分選儀于2024年6月搭載“探索二號(hào)”TS2-38-1航次，在我國(guó)南海某海域完成1500米級(jí)海試試驗(yàn)。
項(xiàng)目研制過程中，攻克了多項(xiàng)適用于深海微生物原位識(shí)別、檢測(cè)、分選和分析的關(guān)鍵技術(shù)，一是模擬1500米海域水體，研制專用型多波段顯微物鏡，為深海微生物的高分辨率、寬視場(chǎng)成像奠定基礎(chǔ)。模擬我國(guó)南海1500米海域水體環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合設(shè)備舷窗形變數(shù)據(jù)，研制出了專用型多波段顯微物鏡，突破了深海環(huán)境下長(zhǎng)工作距離、高數(shù)值孔徑和寬波段的顯微成像技術(shù)，該物鏡的透過率高達(dá)86%，工作距離達(dá)到8 mm，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的最高水平，為深海微生物的高分辨率、寬視場(chǎng)成像奠定了基礎(chǔ)。二是借助深度學(xué)習(xí)算法，成功應(yīng)對(duì)了深海數(shù)據(jù)稀缺和信噪比低的挑戰(zhàn)，為深海微生物原位檢測(cè)與分選提供了支持。結(jié)合深海微生物原位分選需求，引入了深度學(xué)習(xí)中的PGGAN(漸進(jìn)式生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò))和ResNet(殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))算法，有效解決了深海極端環(huán)境下數(shù)據(jù)稀缺及信噪比低等問題，為深海微生物的原位檢測(cè)與分選提供了智能化支持。
多波段長(zhǎng)工作距離專用物鏡
深度學(xué)習(xí)模型框架
浩瀚深海，神秘且未知，通過參研本次先導(dǎo)專項(xiàng)，科研團(tuán)隊(duì)初步嘗試了對(duì)未知深海微生物的原位探測(cè)和分選，積累了深海微生物原位檢測(cè)設(shè)備開發(fā)的理論研究經(jīng)驗(yàn)、工程開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和海試測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，為持續(xù)深耕深海微生物原位檢測(cè)及分選工作提供了理論支撐，為深海微生物資源的開發(fā)和利用提供技術(shù)支持。
中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所李備團(tuán)隊(duì)，與牛津大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)、卡迪夫大學(xué)等國(guó)際頂尖光學(xué)及微流控等領(lǐng)域科學(xué)家合作，專注于細(xì)胞操縱、拉曼光譜、共聚焦成像、微流控和人工智能五大核心領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)室目前擁有近20位碩博士科研團(tuán)隊(duì)，發(fā)表SCI論文60余篇，具備強(qiáng)大的研發(fā)和創(chuàng)新能力。在本項(xiàng)目的研發(fā)過程中，還獲得了中國(guó)科學(xué)院深海工程與技術(shù)研究所張維佳團(tuán)隊(duì)和陳為團(tuán)隊(duì)的全力支持與協(xié)助。在生物樣品預(yù)處理、測(cè)試驗(yàn)證，以及分選儀整機(jī)設(shè)備艙體設(shè)計(jì)、陸上模擬打壓測(cè)試等核心環(huán)節(jié)，上述團(tuán)隊(duì)都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為項(xiàng)目的順利推進(jìn)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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