南开成果入选“2023中国智能制造十大科技进展”

南开新闻网讯(记者 刘畅 通讯员 刘曜玮)12月6日,2023世界智能制造大会在南京开幕。会上正式发布了“2023世界智能制造十大科技进展”和“2023中国智能制造十大科技进展”。由南开大学、南开大学深圳研究院、天津市农业科学研究院联合研发的“活体细胞精准操作机器人技术及系统”入选“2023中国智能制造十大科技进展”。该项目旨在利用机器人代替人工实现自动化活体细胞操作,对解决农业育种“卡脖子”问题具有重要意义,目前已在生物医药、脑科学研究等14家单位深入喉咙直接尿进去了示范应用。

细胞是生命的基本单元,活体细胞操作对生物医药的发展、农业育种关键核心问题的解决都具有重要意义,且需求增长迅猛。然而,活体细胞有生命,操作成功率低、操作后成活率低、后续发育率低,这对机器人技术提出了极大挑战。

面向生命科学发展对活体细胞操作的迫切需求,南开大学赵新教授团队展开科研攻关,研发基于最小力的精准定点操作技术、基于最小应变的精准微创操作技术、面向最小去核量的定量去核操作技术,研制出国内活体细胞精准操作机器人系统。

据赵新介绍,面向变形体的机器人精准定点操作技术,针对细胞表面形状不规则、细胞受力变形位置变化、操作工具在细胞内部移动引起目标位置漂移等问题,发明了无接触细胞三维形态测量与最佳接触位置选取方法、基于最小力的机器人化精准细胞拨动方法、基于细胞核动态位置漂移建模方法,实现了精准定点操作,提高了细胞操作成功率。

“机器人化精准微创操作技术,针对操作工具穿入细胞及细胞内施加负压带来细胞损伤等问题,发明了基于压电陶瓷驱动的超声振动显微细胞穿入系统、最佳去核压强的确定方法,实现了精准微创操作,提高了操作后细胞成活率。”赵新说。

赵新表示,机器人化定量去核操作技术,则针对盲法去核遗传物质不可见、细胞姿态影响去核量、去核量实时检测等问题,发明了基于增强现实的定点去核方法、基于细胞姿态的定量去核方法、基于生长域的微管内增量式细胞质速度场检测方法和去核量测量方法,实现了全部去核并减少去核量的目标,提高了细胞后续发育率。

该项目为生命科学研究与成果推广提供自动化细胞操作系统,具有广泛的应用价值。机器人系统操作培育的首批克隆母猪已用于育种生产,在京津冀14家生猪养殖单位繁育后代1.9万余头,经济效益1.3亿余元,为解决我国原种猪“卡脖子”问题提供了原创技术。

据悉,中国智能制造十大科技进展是由中国机械工程学会、中国自动化学会、中国人工智能学会、中国微米纳米技术学会等15家国家一级学会、16家企业、12家科研机构和12家高等院校联合组成的中国科协智能制造学会联合体遴选出的优秀项目。2023年10月,“活体细胞精准操作机器人技术及系统”项目以总分第一名入围。此前,该项目获得2022年度天津市技术发明特等奖。


编辑:韦承金