【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，中國科學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研制的中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項(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)。二是借助深度學習算法，成功應對了深海數(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，引入了深度學習中的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
 

深度學習模型框架
 

　　浩瀚深海，神秘且未知，通過參研本次先導專項，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。
 

　　中國科學院長春光機所李備團隊，與牛津大學、格拉斯哥大學、卡迪夫大學等國際頂尖光學及微流控等領(lǐng)域科學家合作，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)。