超同行20倍+，微米级精度！清华团队突破浮游生物原位监测难题

你可曾想过

可以用手机、电脑实时观测海洋中

比一根头发丝直径的1/10

还要小的生物？

如何穿透浑浊的水域

监测水下的微米级目标

并捕捉微小生命的生态“密码”？

清华大学深圳国际研究生院

蔡中华研究员、程雪岷副研究员团队

“十年磨一剑”

将前沿光学技术与人工智能深度融合

打造出水下监测“透视眼”

用“光与智能”给出了答案

团队在实验室开展研究

监测水下的微米级目标

破解全球行业难题

水中的浮游生物暴发

可能导致水质变差、鱼类死亡等

连锁负面效应

看见水中的微小生物

有助于完整地获取海洋生物数据和信息

制定量化标准

对微小生物实现原位监测

——即从传统的采样化验

转变为用设备进行“实况转播”

对于海洋生态保护来说至关重要

监测水下的微米级目标

相当于看清

一根头发丝直径1/10大小的微小生物

这是一道全球行业难题

面对这一难题

蔡中华团队决定迎难而上

“清华雄厚全面的工科基础

是开展海洋前沿探索的重要优势

深圳国际研究生院的交叉学科特色

也为开展研究提供了宝贵的土壤”

蔡中华团队联合海洋生态、先进制造

生物医学工程、人工智能等多领域专家

以及其课题组博士后应轲臻等人

共同开展跨领域技术攻关

PlanktonScope系列设备（从左至右，从上至下：定点版、浮标版、水渠版、船载版、拖曳版）

在团队的共同努力下

能实现浮游生物原位高频连续监测的

浮游生物成像仪（PlanktonScope）问世

2019年

团队通过技术转化

孵化了深圳市绿洲光生物技术有限公司

公司后来成为深圳高新技术企业

将研究技术成果推向市场

更好地为社会服务

十年磨一剑

从采样化验到“实时直播”

这一突破性研究成果背后

是历经十年的潜心磨砺

2011年

团队开始构思设备设计、选择技术路线

历时三年原理系统方案初具雏形

2015年

开展样机研发

2017年

样机完成，取名为PlanktonScope

同年获得国家重点研发计划

“海洋环境安全保障”支持立项

2019年

完成PlanktonScope工业机的研制

2021年

作为国家重点研发计划

“海洋环境安全保障”重点孵化项目

PlanktonScope商用机问世

具有高速成像、超高浊度成像等特征

全面实现批量生产

PlanktonScope在不同场景下的应用

如今，PlanktonScope的应用

早已不局限于深海领域

而是有效应用于多样化水体监测场景

在水务、海洋、环保、核电等多个领域

都发挥着重要作用

可用于开展核电站冷源致灾生物监测预警

海洋生态监测及灾害生物预警

也成为水库藻华现象、异味、毒素等问题的

有效“监督员”

目前拥有知识产权超过30项

并获得深圳市技术发明奖

PlanktonScope在大亚湾海域投入使用，针对爆发的尖笔帽螺进行原位监测，成功获取了该生物在大亚湾海域的时空分布信息

全球领先

为浮游生物监测领域树立新标杆

2022年3月

依托PlanktonScope申报的

“海洋浮游生物监测传感器的研制及系统优化”项目

通过科技部重点研发计划项目综合绩效评价

设备面向国家重大战略需求

适用于多样化的应用场景

有效解决了

海洋生态监测预警大面积走航监测

长时序定点监测等

多类关键难题

海洋生态监测平台界面

PlanktonScope成果鉴定为国际领先

与国外竞品相比

其技术适用浊度超过20倍

观测量提高30倍

识别效率提高40倍

识别最小尺寸达20微米

这不仅仅是对现有技术的突破

更为全球浮游生物监测领域

树立了全新的标杆

面对每一次科研挑战

团队召之即来、来之能战

“遇到再大的事儿，大家都愿意扑上去”

蔡中华说

“因为学院交叉学科多

老师们平时的互相交流也多

彼此清楚谁擅长什么

所以一旦有需要

大家随时就能撸起袖子一起干

这种协作氛围难能可贵”

更小！更准！

看见更多“看不见”

面向未来

团队将以“更小”和“更准”为目标

——监测到的生物越来越小

数据越来越精准

团队将进一步强化生态成像技术

以此“看到”更深更远的距离

蔡中华接受央视采访

蔡中华说

显微镜的发明

让人类第一次看见了“看不见”的东西

并由此衍生了细胞生物学和微生物学

“发展生态成像技术也是一样

就像在森林中既能看到树木和枝叶

还能看到树枝和树叶的纹理

希望越来越多的人通过我们的技术

能看到更多微小的浮游动物和微藻

甚至其他更细小的生命

将海洋生态的‘显微镜’越做越精

就是这项研究的意义”

蔡中华团队通过一次次突破

将“看见”的广度和深度

拓宽到人类的未知边界

每一次的突破

都不是研究的终点

而是探索水下世界的起点

未来，团队将持续深入探索

推动人类与生命之源的永恒“对话”

来源｜深圳国际研究生院

文｜叶思佳

视频｜央视强国智造系列纪录片《慧视深蓝》

图片｜团队提供

排版｜柳文熙

编辑｜吕婷 王志雄

责编｜苑洁

审核｜刘蔚如

清华大学版权所有

联系邮箱：thuxwzx@tsinghua.edu.cn

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