超同行20倍+，微米級精度！清華SIGS團隊突破浮游生物原位監(jiān)測難題

你可曾想過

可以用手機、電腦實時觀測海洋中

比一根頭發(fā)絲直徑的1/10

還要小的生物？

如何穿透渾濁的水域

監(jiān)測水下的微米級目標

并捕捉微小生命的生態(tài)“密碼”？

清華大學(xué)深圳國際研究生院

蔡中華研究員、程雪岷副研究員團隊

“十年磨一劍”

將前沿光學(xué)技術(shù)與人工智能深度融合

打造出水下監(jiān)測“透視眼”

用“光與智能”給出了答案

團隊在實驗室開展研究

監(jiān)測水下的微米級目標

破解全球行業(yè)難題

水中的浮游生物暴發(fā)

可能導(dǎo)致水質(zhì)變差、魚類死亡等

連鎖負面效應(yīng)

看見水中的微小生物

有助于完整地獲取海洋生物數(shù)據(jù)和信息

制定量化標準

對微小生物實現(xiàn)原位監(jiān)測

——即從傳統(tǒng)的采樣化驗

轉(zhuǎn)變?yōu)橛迷O(shè)備進行“實況轉(zhuǎn)播”

對于海洋生態(tài)保護來說至關(guān)重要

監(jiān)測水下的微米級目標

相當(dāng)于看清

一根頭發(fā)絲直徑1/10大小的微小生物

這是一道全球行業(yè)難題

面對這一難題

蔡中華團隊決定迎難而上

“清華雄厚全面的工科基礎(chǔ)

是開展海洋前沿探索的重要優(yōu)勢

深圳國際研究生院的交叉學(xué)科特色

也為開展研究提供了寶貴的土壤”

蔡中華團隊聯(lián)合海洋生態(tài)、先進制造

生物醫(yī)學(xué)工程、人工智能等多領(lǐng)域?qū)＜?/p>

以及其課題組博士后應(yīng)軻臻等人

共同開展跨領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)

PlanktonScope系列設(shè)備（從左至右，從上至下：定點版、浮標版、水渠版、船載版、拖曳版）

在團隊的共同努力下

能實現(xiàn)浮游生物原位高頻連續(xù)監(jiān)測的

浮游生物成像儀（PlanktonScope）問世

2019年

團隊通過技術(shù)轉(zhuǎn)化

孵化了深圳市綠洲光生物技術(shù)有限公司

公司后來成為深圳高新技術(shù)企業(yè)

將研究技術(shù)成果推向市場

更好地為社會服務(wù)

十年磨一劍

從采樣化驗到“實時直播”

這一突破性研究成果背后

是歷經(jīng)十年的潛心磨礪

2011年

團隊開始構(gòu)思設(shè)備設(shè)計、選擇技術(shù)路線

歷時三年原理系統(tǒng)方案初具雛形

2015年

開展樣機研發(fā)

2017年

樣機完成，取名為PlanktonScope

同年獲得國家重點研發(fā)計劃

“海洋環(huán)境安全保障”支持立項

2019年

完成PlanktonScope工業(yè)機的研制

2021年

作為國家重點研發(fā)計劃

“海洋環(huán)境安全保障”重點孵化項目

PlanktonScope商用機問世

具有高速成像、超高濁度成像等特征

全面實現(xiàn)批量生產(chǎn)

PlanktonScope在不同場景下的應(yīng)用

如今，PlanktonScope的應(yīng)用

早已不局限于深海領(lǐng)域

而是有效應(yīng)用于多樣化水體監(jiān)測場景

在水務(wù)、海洋、環(huán)保、核電等多個領(lǐng)域

都發(fā)揮著重要作用

可用于開展核電站冷源致災(zāi)生物監(jiān)測預(yù)警

海洋生態(tài)監(jiān)測及災(zāi)害生物預(yù)警

也成為水庫藻華現(xiàn)象、異味、毒素等問題的

有效“監(jiān)督員”

目前擁有知識產(chǎn)權(quán)超過30項

并獲得深圳市技術(shù)發(fā)明獎

PlanktonScope在大亞灣海域投入使用，針對爆發(fā)的尖筆帽螺進行原位監(jiān)測，成功獲取了該生物在大亞灣海域的時空分布信息

全球領(lǐng)先

為浮游生物監(jiān)測領(lǐng)域樹立新標桿

2022年3月

依托PlanktonScope申報的

“海洋浮游生物監(jiān)測傳感器的研制及系統(tǒng)優(yōu)化”項目

通過科技部重點研發(fā)計劃項目綜合績效評價

設(shè)備面向國家重大戰(zhàn)略需求

適用于多樣化的應(yīng)用場景

有效解決了

海洋生態(tài)監(jiān)測預(yù)警大面積走航監(jiān)測

長時序定點監(jiān)測等

多類關(guān)鍵難題

海洋生態(tài)監(jiān)測平臺界面

PlanktonScope成果鑒定為國際領(lǐng)先

與國外競品相比

其技術(shù)適用濁度超過20倍

觀測量提高30倍

識別效率提高40倍

識別最小尺寸達20微米

這不僅僅是對現(xiàn)有技術(shù)的突破

更為全球浮游生物監(jiān)測領(lǐng)域

樹立了全新的標桿

面對每一次科研挑戰(zhàn)

團隊召之即來、來之能戰(zhàn)

“遇到再大的事兒，大家都愿意撲上去”

蔡中華說

“因為學(xué)院交叉學(xué)科多

老師們平時的互相交流也多

彼此清楚誰擅長什么

所以一旦有需要

大家隨時就能擼起袖子一起干

這種協(xié)作氛圍難能可貴”

更小！更準！

看見更多“看不見”

面向未來

團隊將以“更小”和“更準”為目標

——監(jiān)測到的生物越來越小

數(shù)據(jù)越來越精準

團隊將進一步強化生態(tài)成像技術(shù)

以此“看到”更深更遠的距離

蔡中華接受央視采訪

蔡中華說

顯微鏡的發(fā)明

讓人類第一次看見了“看不見”的東西

并由此衍生了細胞生物學(xué)和微生物學(xué)

“發(fā)展生態(tài)成像技術(shù)也是一樣

就像在森林中既能看到樹木和枝葉

還能看到樹枝和樹葉的紋理

希望越來越多的人通過我們的技術(shù)

能看到更多微小的浮游動物和微藻

甚至其他更細小的生命

將海洋生態(tài)的‘顯微鏡’越做越精

就是這項研究的意義”

蔡中華團隊通過一次次突破

將“看見”的廣度和深度

拓寬到人類的未知邊界

每一次的突破

都不是研究的終點

而是探索水下世界的起點

未來，團隊將持續(xù)深入探索

推動人類與生命之源的永恒“對話”

速覽！近期清華SIGS科研創(chuàng)新“硬核”捷報！

重磅！深海“最強大腦”齊聚清華SIGS，只為……

“清深”號助力聯(lián)合國“海洋十年”行動計劃！

文|葉思佳

視頻|央視強國智造系列紀錄片《慧視深藍》

圖片|團隊提供

編輯|呂婷 王志雄

責(zé)編|苑潔

審核|劉蔚如 聶曉梅 林洲璐

排版|柳文熙