一、所属领域 人工智能，精密自动化，生物分析与检测，环境微生物检测，工业微生物检测，细胞组织分析检测。 二、项目介绍 1. 痛点问题 微生物的识别、计数和定性分析一直是食品、医药和生物行业的重要一环。传统的人工检测方式劳动强度比较大，且检测主观性强，标准难以统一，计数和检测结果不准确；在对环境的微生物监测中，人工方法只能做到抽样检测，无法做到持续性检测。 近两年行业巨头们（如GE，安捷伦，赛默飞等）开始推出图像识别技术的微生物检测设备，其结果来自直观影像，分辨率高，操作难度低。但是这些设备目前采用的光学显微镜倍数都在800倍以下，只能进行计数，如果要完成相关定性分析，需要在800倍以上的放大倍数获得单细胞微生物的清晰图像（如酵母菌，大肠杆菌）。但800倍放大倍数对应的有效视场只有200微米*200微米，对计数和活性统计分析又不具备足够的采样数量。目前国内外设备均没有解决好这个问题，对微生物进行定性分析的准确率低，无法满足市场需求。 2. 解决方案 本项目针对微生物和细胞活体检测中缺乏有效参照物的技术难点，根据显微扫描设备的结构，将全景化视域重构技术和微米级电机结合，解决了镜头大幅平移过程中的自动对焦难题和微生物溶液动态环境中的影像拼接难题，在保证1000倍放大的基础上，获得的有效视场增加到10毫米*10毫米的范围；再通过自动化图像采集和拼接，得到完整的微生物图像；然后结合传统的图像分割以及深度学习图像识别的优势，小样本高精度动态完成微生物的类型识别，计数，活性，死亡率，出芽率等定量定性分析。 3. 竞争优势分析 与国内外的主流检测设备对比，本项目技术优势主要体现在： 1）独创的微生物影像全景化视域重构技术，实现0.5微米的分辨率和20*25毫米的超大视角； 2） 解决微生物影像领域小样本智能识别和智能检测的难题； 3） 检测目标、检测内容、检测流程和逻辑可通过自然语言定制，提高设备功能通用性； 4）计数准确率超过人工计数，准确率超过国内细胞计数仪器一个数量级； 5）第一台按照国家微生物计数检测标准开发研制的微生物计数仪。 本项目的第一代产品样机与国内外同类产品对比，主要性能优势和技术优势如下： 在食品行业，本项目获得了青岛啤酒北京密云分厂的啤酒原液和相关酵母菌种，针对生产用酵母菌采集了大量实拍图像数据，优化后的酵母菌计数和出芽率算法识别率均在95%以上。 4. 发展规划 按照三步走的方式来设定发展规划： 1）基于全景化视域重构技术，构建第一代检测仪器，首先进入门槛最低的食品微生物检测市场，对啤酒和发酵乳企业提供酵母菌检测计数技术和设备； 2） 利用已有技术积累，进入环境微生物检测和高校实验室市场； 3）最后以食品和环境检测市场为根据地，进入门槛最高的生物医药检测市场，提供微生物检测和组织检测的相关设备。 5. 知识产权情况 已申请3项专利。 三、合作需求 1）寻求500-800万元天使投资； 2）寻找高校研究所，食品工业和环境检测领域的客户、渠道伙伴； 3）寻找生物医药，医学临床领域的客户、渠道伙伴和产品测试环境。 四、团队介绍 科研团队： 1）周悦芝 博士 清华大学计算机系研究员，项目负责人，在边缘计算和深度学习等领域有丰富的开发经验和杰出的研究成果，在面向医学影像的AI图像分析方面曾发表多篇论文，申请或获得多项国家发明专利。 2）黄权伟 清华大学计算机系硕士，负责图像分割及细胞识别等相关算法研发。 3）梁志伟 清华大学计算机系硕士，负责深度学习算法加速研究和实现。 五、联系方式 E-mail：ott@tsinghua.edu.cn 成果编号：20230055

        对于难降解工业废水的处理，单独催化臭氧氧化技术存在臭氧剂量大、气体回收难、出水毒性高等问题，而单独生物降解处理难降解有机废水周期长、设备成本高。催化臭氧氧化与微生物降解近场耦合工艺则将按序进行的催化氧化装置和生物挂膜装置两个处理单元合并，利用催化臭氧技术提高难降解有机废水的可生化性，同时采用生物膜技术减少后续处理成本，能够实现低成本提高COD、色度和浊度去除率的效果，同时降低出水毒性，减少环境生物风险。

利用自主筛选、鉴定和保藏的一株产精氨酸脱亚氨基酶（ADI）的恶臭假单胞菌 CGMCC1347，通过发酵培养其微生物细胞，用于转化精氨酸生成 L-瓜氨酸，用 5L 发酵罐发酵 20 小时产酶活力达到 2.17U/mL。采用卡拉胶等凝胶包埋固定化细胞反复分批转化 10 次，酶活力不减。用固定化细胞固定床反应器进行连续转化，连续 30 天以上，连续 30 天 mol 转化率稳定在 90-99％，30 天平均稀释速率 D=0.0735 h-1，固定床反应器生产效率平均 6.34 g L-1 h-1，固定化细胞生产能力 0.0108 g h-1 g -1。本技术的特点是高产精氨酸脱亚氨基酶（ADI）的恶臭假单胞菌菌株能高效转化精氨酸生成 L-瓜氨酸，对底物总摩尔转化率高，转化后的产物纯度高，作为生物催化剂的微生物细胞易于培养且安全无毒，生物转化反应条件温和，环境友好。固定化细胞可反复利用多次，或装柱连续转化。 

丙酮酸是一种重要的有机酸，广泛应用于制药、日化、农用化学品和食品等工业中，微生物发酵法生产丙酮酸具有低成本、高质量等优势。本研究室在自行选育的四重维生素营养缺陷型菌株光滑球拟酵母 CCTCC M202019 的基础上，从代谢能力、鲁棒特性和环境适应性等入手，阐释了影响 T. glabrata 高效积累丙酮酸的关键因素。提出并实践了全局高效调控 T. glabrata 代谢功能的新方法。 

衣康酸是一种不饱和二元脂肪酸。由于衣康酸具有特殊的化学结构，决定了它具有十分活泼的化学性质,既可以自身聚合,也可以和其他分子发生加成、聚合等化学反应,是一种应用前景十分广阔的化学合成中间体，广泛应用与化工、医药、农业等领域，被誉为有机酸领域中皇冠上的宝石。本研究通过诱变和高通量筛选获得一株高产衣康酸的生产菌株。

当前网络安全技术发展的主流是向全息安全(Holistic Security)发展。无论是网关与端点的结合即网络准入控制(Network Admission Control)，还是入侵防御与泄露防范 (Information Leakage Prevention)的共生，无论是无线与有线兼容，亦或信息安全与数据安 全的结合，都是安全防护技术一体化和集成化在不同侧面的具体表现。在这一发展潮流之中， 传统的安全网关也从单纯防火墙的边界保护(perimeter protection)门卫角色，发展到统一 威胁管理(UTM)的区域保护(local protection)首领地位，不但监控经过的各类流量，而 且监控邻域以致虚拟邻域的终端、应用和数据。本项目将自主知识产权的专利技术研究与成熟的工程队伍和技术创新机制相结合，研制 了基于软硬件协同的应用系统，具有完善的多层次协议分析与过滤能力;具备细粒度访问控 制、入侵检测和防御、防病毒、VPN、反垃圾邮件、内容过滤、流量监控、安全策略统一部 署等安全能力。由于单台设备能够承受超过 20G 的系统吞吐量、10G 的安全能力、7G 的内容过滤流量，依照电信 2M 上网带宽的标准，可以为电信提供至少 3500 个用户的接入，效益十分可观。 对于企业来说，通过高性能 UTM 的内容过滤，将大大降低遭受病毒、垃圾、钓鱼等攻击的 危险性，为企业良好的网络运行提供了有力的保障。在 UTM 领域，内容过滤的准确度、内容过滤性能提高和协议兼容性是应用层处理所面 临的共同问题。例如 NAI-McAfee 的防病毒网关每秒最多只能处理几十个电子邮件，防垃 圾邮件处理能力性能更低，其他厂家针对性能的提高提出了各种方案，将性能提升到上百封 的处理能力，但是如何解决慢速网络连接下的协议兼容性和流畅性并未得到改善，局部性能 的提高，并不能在整体上带来好的用户体验。再比如，在 http 协议的处理上，传统代理架 构的方式必将被淘汰，就算在内容过滤上能够做到每秒上 G 的性能，但是代理过程的延时 几乎没有用户可以接受，如何在流的方式下提高并行处理能力，如何在协议允许的范围内提 高反馈能力，都是需要值得延伸的技术研究。应用层安全网关功能的发展呼唤着新的软硬件 解决方案，像 Tarari 这样专门从事内容过滤(特别是 XML 处理)芯片设计的厂商将在短期 内增多并大有用武之地。总之，安全功能在 OSI 协议架构单层上的集成正在完成，多层间 的集成未艾，并需要有新的硬件平台和软件实现来突破性能瓶颈。当前最重要的目标是带动国产 UTM 性能上突破 10Gbps，从而推动国产高端 UTM 产品 的成熟和完善，提高国产高端 UTM 产品的市场竞争力，使自主知识产权的国产 UTM 在高 端市场上逐步占据主导地位，满足国内迅速增长的网络安全产品市场需求，为建设我国信息 安全框架提供基础产品，更好地保障我国网络信息安全。

本项目已建立目前国际领先 的生物养殖、环境污染治理的专 用优势菌群产品生产线，已开发 出拥有自主知识产权的 M D菌群 系列产品及其配套处理工艺与设 备。同时，进 一步DNA分子进化技术对适应性菌群功能优化，激活生物链的顶层输送，进行原生态平衡的自驱动治理和 重建良性的生态系统，促进生物量生产力的提高和水域活力的恢复。 该系列新型MD菌群生态活性剂产品普遍应用于经济动物养殖和水域环境治理等领域，包括水产养殖 的水质调控；高营养饲料添加剂；农业生产中的高效活性菌肥；土壤中毒性有机物及镉、铅重金属离子 污染物高浓度工农业有机废水的处理及资源清洁等。

本项目以发展完整的城市生活垃圾生态填埋处理技术体系为总体目标，主要 研究 内容：①渗滤液好氧生物预处理回灌对加速垃圾稳定化和净化渗滤液污染的机理；②渗 滤液表面回灌覆盖层的减量化过程及植被耐受度；③预处理回灌与表面回灌的实施技术 与环境影响控制；④内层回灌加速填埋气体产生的模式与气体收集利用技术；⑤渗滤液 回灌排出液净化达标技术；⑥填埋场封场与生态化恢复技术；⑦填埋场强化导渗与防渗 结构优化技术。课题研究以集成化生态填埋技术工程示范为主要验收依据。工艺指标为： 渗滤液内层回灌后有机污染削减 70%；表灌减量率约 50%；垃圾有机质降解与填埋沉降 稳定率提高 30%；渗滤液处理达标排放；填埋气体具有发电利用条件。

本成果研究开发了道路径流污染综合处治、旧路面材料全循环再生利用、路域范围雨水强化渗蓄等成套技术；确定各生态渗滤结构的级配组成及结构形式，并采用宏观试验与微观测试手段系统研究不同渗滤材料与结构的去污机理，进而形成道路径流污染综合处治技术；分析旧水泥路面混凝土破碎料特性，提出旧料再生骨料的分级方法，提出旧水泥混凝土再生料全循环利用指导方法。

该成果用整体、协调、 循环、再生、无污染、可持续的原则组织农业生产经营，由生物食物链促成无公害、绿色或有机食品产业链的形成，实现经济、社会和生态三个效益并举的良性循环。 构建和示范推广了“林-草-鹅”和“鲜食玉米-奶牛-沼气-牧草”等典型模式， 牧草施肥推行全营养“测土配方施肥技术”， 林木管理推行“钻孔施药、 施肥”技术，种植牧草养鹅实行“圈养轮牧”等。 实行优质牧草种子（GB6141-6143-85） 和苗鹅统供，鹅饲料部分由示范区内依据配方组织加工厂生产。畜禽粪便、秸秆等资源沼气发酵，