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近期，中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所研究員李備團(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(zhuān)項(xiàng)（A類(lèi)）子課題——深海微生物原位分選儀，完成結(jié)題驗(yàn)收工作。

深海蘊(yùn)含著豐富、鮮為人知的微生物及其他物質(zhì)資源，具有高壓、高鹽度、低溫等特點(diǎn)，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。目前，90%的微生物因脫離原位環(huán)境等原因而不可培養(yǎng)。深海微生物研究面臨采集、培養(yǎng)、物種鑒定和數(shù)據(jù)分析等多重難題。

該團(tuán)隊(duì)基于拉曼、光鑷和微流控技術(shù)，研發(fā)出能夠原位、實(shí)時(shí)、快速檢測(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。

該團(tuán)隊(duì)研制的深海微生物原位分選儀專(zhuān)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(wèn)題等較多深海環(huán)境下檢測(cè)設(shè)備面臨的工程問(wèn)題。2024年6月，深海微生物原位分選儀搭載“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)。

在項(xiàng)目研制過(guò)程中，該團(tuán)隊(duì)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(zhuān)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)。團(tuán)隊(duì)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)，研制出專(zhuān)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(guò)率達(dá)86%，工作距離達(dá)8mm，達(dá)到國(guó)際同類(lèi)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)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。團(tuán)隊(duì)結(jié)合深海微生物原位分選需求，引入深度學(xué)習(xí)中的漸進(jìn)式生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)和殘差神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，解決了深海極端環(huán)境下數(shù)據(jù)稀缺和信噪比低等問(wèn)題，為深海微生物的原位檢測(cè)與分選提供了智能化支持。

該團(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(kāi)發(fā)的理論研究經(jīng)驗(yàn)、工程開(kāi)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)和分選工作提供了理論支撐，并為深海微生物資源的開(kāi)發(fā)和利用提供了技術(shù)支持。

深海微生物原位分選儀布放現(xiàn)場(chǎng)

深海微生物原位分選儀

深海微生物原位分選儀海試

多波段長(zhǎng)工作距離專(zhuān)用物鏡

深度學(xué)習(xí)模型框架