填補空白！我國成功研制1500米級深海微生物原位分選儀
深海是地球上最后未被人類全面系統(tǒng)感知和利用的地理空間,其充滿著許多科學之謎，也蘊藏著人類社會未來發(fā)展所需的各種戰(zhàn)略資源和能源，成為國際海洋科技發(fā)展的熱點和焦點。
近日，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聯(lián)合研制出深海微生物原位分選儀。該研究成果填補了國內(nèi)外應對深海極端環(huán)境原位檢測與分選深海微生物設備的空白。
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人們理解生命的極限。然而，90%的微生物一旦脫離原位環(huán)境等原因就不可培養(yǎng)，深海微生物的研究面臨著采集、培養(yǎng)、物種鑒定和數(shù)據(jù)分析等多重難題。
鑒于此，項目團隊基于拉曼、光鑷及微流控技術研發(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備，突破了拉曼檢測技術和光鑷分選技術在 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備的空白。
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)結(jié)構兼容性等眾多深海環(huán)境下檢測設備所面臨的工程問題。
項目研制過程中，團隊攻克了多項適用于深海微生物原位識別、檢測、分選和分析的關鍵技術。
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。模擬我國南海1500米海域水體環(huán)境數(shù)據(jù)，結(jié)合設備舷窗形變數(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，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。
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)和ResNet(殘差神經(jīng)網(wǎng)絡)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。
據(jù)了解，這款深海微生物原位分選儀已于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了1500米級海試試驗。
深海微生物原位分選儀的成功研發(fā)是海洋儀器領域的一次重要突破。未來，隨著生產(chǎn)工藝的進一步優(yōu)化，這款儀器有望得到更加廣泛的應用，發(fā)揮其獨特的作用，為人類探索深海奧秘貢獻力量。
素材來源：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
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