打破国外垄断,创新物联技术!海尔生物以科技守护种质资源
作者 | 掌上青岛2022-03-17

3月16日讯 水清鹤吟,山幽虎啸,草木蔓发,群山可望……这是生机勃发的中国,也是一幅以生物多样性勾勒出万物和谐共生的生态图景。

从1992年成为最早签署《生物多样性公约》的缔约方,到如今生物多样性保护取得长足成效,中国作为世界上生物多样性最丰富的国家之一,秉持人类命运共同体理念,一直积极参与全球生物多样性治理。在强化保障能力的过程中,科技已经成为解决方案不可或缺的重要组成。

以科技守护生命演化,在中国水产科学研究院黄海水产研究所的海洋渔业种质资源库,在中国科学院昆明动物研究所的中国西南野生生物种质资源库,在中科院武汉病毒所国家病毒资源库、国家基因库、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)海洋生物资源库等多项国家重大战略工程,青岛海尔生物医疗股份有限公司(以下简称“海尔生物”)依托低温制冷等核心技术,融合物联网、大数据、人工智能等数字技术,将科技创新与生物遗传资源保护、实验室研究等场景相融合,为生物多样性筑起安全屏障。

打破国外垄断,用自主科技守护种质资源

在发展中保护,在保护中发展。2021年10月8日,国务院新闻办公室发布了《中国的生物多样性保护》白皮书,宣布我国持续加大迁地保护力度,系统实施濒危物种拯救工程。相比于传统的迁地保护方法,对配子、胚胎、血液、组织等野生生物种质资源进行冷冻保存可以使细胞新陈代谢和分裂速度减慢或停止、一旦恢复正常生理温度又能继续发育,正在逐渐替代活种保护,成为最有效的迁地保护方式,为种质资源的长期保存、长距离运输提供可能,这既需要超低温冷冻技术保存配子、胚胎、组织等种质资源,实现野生物种的易位保存,需要智慧物联等数字技术的创新融合,也同步应用到种质数据采集、整理、分析、监测等环节,大幅提高实验室运营效率。

中国西南野生生物种质资源库,作为我国生命科学领域首个重大基础设施,是世界上仅有的两个按照国际标准建立的野生生物种质资源库之一,保藏能力达到国际领先水平。其中,在动物种质资源库内,藏有11000多物种、共20余万份动物组织、核酸、细胞样品。

“现在来说,我们不需要保存完整的动物个体,而是取动物个体的一小点血液、组织、毛发等,并保存在一根手指长度的小管中即可。”中国科学院昆明动物研究所工程师表示,这样的保存手段既可以减少对动物的伤害,又可以节省存储空间。

为了更快捷、更安全地保存和管理生物资源,海尔生物与中科院昆明动物研究所联合建成了百万级超低温自动化种质资源库,并开发出拥有自主知识产权的“动物种质资源信息管理系统”。在这套种质库中,机械手臂可在-80℃的环境下,精准挑选单个种质资源样品,还不会对其他样品产生影响。而整个过程,无需让人来操控。

打破国外垄断,创新物联技术!海尔生物以科技守护种质资源

中科院昆明动物研究所动物种质资源库

应用在超低温自动化种质资源库的这套技术,是基于海尔生物自主研发的样本全温域智慧物联解决方案,它创新研发-90℃千瓦级高效复叠低温技术,突破了大冷量超低温制冷技术,并搭载基于5G的样本信息智慧管理系统,配合图像/射频样本精准定位技术,可突破-90℃超低温环境,用“眼睛”实时锁定样本位置,使得采用航天级别材料的机械手能在60秒内从100万份样本中,精确存取任一样本。同时,种质库内采用120℃大温差超稳桁架自动化平台,解决了大温差下“热胀冷缩”引起的结构变形超限影响。

2017年,经中国轻工业联合会专家组一致鉴定,相关技术已达到国际先进水平,并累计申请了118项专利,破解了“卡脖子”核心技术,打破了国外技术的垄断。2021年,由中国制冷学会、海尔生物主导制定的《自动化低温生物样本库》标准正式发布,填补了国内这一领域的空白。

基于此项技术,科研人员在种质资源保护和管理的过程中,让无关样本零暴露、外部环境零感染、精准存取零差错,存取效率提升80%、人员免于低温伤害等成为现实,实现了海量生物资源从入库到出库全流程的自动化、智能化、无人化管理。由此,库内数以万计的珍稀、特有动物种质资源得以高质量保藏,为科研发展及可持续利用提供基础。

“物联网+”实验室,以种质数据护航生物多样性

2022年中央1号文件指出,“加强种质资源保护,加快育种创新”,要求“深入实施种业振兴行动”。作为农业生物种质资源的重要组成部分,海洋渔业生物种质资源是推动国家渔业科技原始创新,助力渔业实现现代化发展必备的物质基础。

2021年11月,随着这座我国迄今投资规模最大、保存规模最大、设施最先进的海洋渔业种质资源库揭牌成立,海尔生物牵手中国水产科学研究院黄海水产研究所,将物联网、大数据、5G等新兴技术融入传统水产实验室科研场景,打造出智慧实验室管理场景方案,助力海洋渔业科研智慧化升级。在海尔生物智慧实验室管理方案支持下,水产实验室一改传统工作模式,科研人员、仪器设备、环境、仓储、项目等多个环节实现了互联互通,破解了传统实验室孤立、封闭、安全隐患的管理难题,形成综合性的智慧管理平台系统,助力国家海洋渔业生物种质资源库现代化建设。

打破国外垄断,创新物联技术!海尔生物以科技守护种质资源

国家海洋渔业生物种质资源库

在实验室智慧大屏“中枢大脑”的监控下,国家海洋渔业生物种质资源库实现了人、环境、设备、样本的互联互通和全流程信息可追溯,让海洋经济种、生态种、特有种、稀有种和濒危种等各种珍贵的海洋渔业生物种质资源,得以安全保存与高质量利用。同时,智能监控平台软件的建立,也让智慧硬件、环境监测仪器、智慧用电管理系统、养殖系统监控等全流程信息集成至监控平台中,实现对设备运行状态、环境指标、活体库养殖系统等信息实时监控,为科研提供精确研究数据,这也为海洋渔业智慧发展,保护生物多样性带来新的探索方向。

从种质资源库建设到种质实验室管理,海尔生物通过自主创新,专注于生物种质资源的保护与管理,凭借全温域智慧物联解决方案对种质资源的360°全方位呵护,以及定制化智慧实验室场景解决方案,还帮助了中科院武汉病毒所国家病毒资源库、国家基因库、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)海洋生物资源库等多项国家重大战略工程,为野生生物种质源保护与管理打造安全稳定方案,筑牢生物多样性保护科技屏障,保护生物多样性,推动可持续发展。


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