【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學(xué)院長春光機所李備研究員團隊與長光辰英工程化團隊負責(zé)研制的中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(A類)子課題—深海微生物原位分選儀，圓滿完成結(jié)題驗收工作。
 

　　深海中蘊含著極為豐富、鮮為人知的微生物及其他物質(zhì)資源，同時因其具有高壓、高鹽度、低溫等特點而被認為是極端環(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。
 

　　項目團隊基于拉曼、光鑷及微流控技術(shù)研發(fā)了能夠原位、實時、快速地檢測并分選深海微生物的儀器設(shè)備，突破了拉曼檢測技術(shù)和光鑷分選技術(shù)在1500米級深海的應(yīng)用，實現(xiàn)了對深海微生物的原位拉曼檢測與光鑷分選，填補了國內(nèi)外應(yīng)對深海極端環(huán)境原位檢測與分選深海微生物設(shè)備的空白。
 

深海微生物原位分選儀
 

　　項目團隊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”TS2-38-1航次，在我國南海某海域完成1500米級海試試驗。
 

　　項目研制過程中，攻克了多項適用于深海微生物原位識別、檢測、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、寬視場成像奠定基礎(chǔ)。模擬我國南海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86%，工作距離達到8 mm，達到國際同類產(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(漸進式生成對抗網(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與分選提供了智能化支持。
 

多波段長工作距離專用物鏡
 

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，科研團隊初步嘗試了對未知深海微生物的原位探測和分選，積累了深海微生物原位檢測設(shè)備開發(fā)的理論研究經(jīng)驗、工程開發(fā)經(jīng)驗和海試測試經(jīng)驗，為持續(xù)深耕深海微生物原位檢測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。
 

　　中國科學(xué)院長春光機所李備團隊，與牛津大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)、卡迪夫大學(xué)等國際頂尖光學(xué)及微流控等領(lǐng)域科學(xué)家合作，專注于細胞操縱、拉曼光譜、共聚焦成像、微流控和人工智能五大核心領(lǐng)域。實驗室目前擁有近20位碩博士科研團隊，發(fā)表SCI論文60余篇，具備強大的研發(fā)和創(chuàng)新能力。在本項目的研發(fā)過程中，還獲得了中國科學(xué)院深海工程與技術(shù)研究所張維佳團隊和陳為團隊的全力支持與協(xié)助。在生物樣品預(yù)處理、測試驗證，以及分選儀整機設(shè)備艙體設(shè)計、陸上模擬打壓測試等核心環(huán)節(jié)，上述團隊都發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，為項目的順利推進奠定了堅實基礎(chǔ)。