清華大學深圳國際研究生院以實際行動書寫“科研戰(zhàn)疫”

科技是戰(zhàn)勝疫情的硬核“武器”。3月2日，習近平總書記考察調(diào)研清華大學新冠肺炎防控科研攻關(guān)工作時強調(diào)，要把新冠肺炎防控科研攻關(guān)作為一項重大而緊迫的任務(wù)，綜合多學科力量，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、協(xié)同推進，在堅持科學性、確保安全性的基礎(chǔ)上加快研發(fā)進度，盡快攻克疫情防控的重點難點問題，為打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)提供強大科技支撐。

疫情發(fā)生以來，清華大學深圳國際研究生院快速響應(yīng)，主動作為，周密部署，用實際行動表達了投身“科研戰(zhàn)疫”的意愿和決心。

“AI+大數(shù)據(jù)”助力深圳市南山區(qū)防控疫情科學復(fù)工

馬兆遠課題組與馬嵐課題組合作在新冠疫情爆發(fā)后公布了基于AI技術(shù)對全國疫情擴散情況及高峰期預(yù)測模型，其結(jié)果與國家衛(wèi)計委公布的疫情實時數(shù)據(jù)高度吻合，平均準確率達98%以上；在疫情高峰期、拐點出現(xiàn)時間及總感染人數(shù)三個方面的預(yù)判也與鐘南山院士的判斷互相印證。在此基礎(chǔ)上，課題組不斷根據(jù)最新的數(shù)據(jù)變化調(diào)整參數(shù)、優(yōu)化擬合結(jié)果。目前，課題組已配合深圳市南山區(qū)根據(jù)深圳當?shù)胤党菑?fù)工規(guī)劃、復(fù)工人員輸出地來源、所從事行業(yè)、各企業(yè)用工場所聚集程度等綜合因素，進行AI技術(shù)精準測算建模，協(xié)助當?shù)卣珳省⒖茖W施策，推進在深企業(yè)人員進行有序復(fù)工，開辟社會經(jīng)濟復(fù)蘇的抗疫“第二戰(zhàn)場”。

深圳市“AI大數(shù)據(jù)復(fù)工指導(dǎo)試驗”初見成效，未來一段時間內(nèi)，課題組將結(jié)合北京乃至全國情況，提供更為全面、更為精準的疫情走向分析與科學有效的復(fù)工指導(dǎo)建議。

超聲焊接技術(shù)助推防疫物資高質(zhì)高速生產(chǎn)

口罩、醫(yī)用防護服等醫(yī)療物資生產(chǎn)設(shè)備及技術(shù)是解決抗疫物資緊缺問題的核心驅(qū)動力，而在口罩的生產(chǎn)過程中，超聲焊接技術(shù)是口罩縫制過程中的關(guān)鍵工藝，是助力醫(yī)療物資企業(yè)加速生產(chǎn)的核心突破口。面向防疫需求，深圳國際研究生院智能制造團隊充分發(fā)揮制造領(lǐng)域技術(shù)優(yōu)勢，為醫(yī)療物資企業(yè)提供制造技術(shù)方案及服務(wù)。智能制造與精密加工實驗室主要從事超聲輔助精密加工技術(shù)與裝備等研究，并致力于超聲技術(shù)系列產(chǎn)品的研發(fā)及生產(chǎn)制造，已有十余年技術(shù)沉淀。面對疫情防控，團隊高度重視，迅速行動，第一時間成立了超聲焊接技術(shù)攻關(guān)小組，專注于為合作伙伴提供口罩等超聲焊接技術(shù)、超聲焊接系統(tǒng)設(shè)計解決方案等產(chǎn)品及服務(wù)。

超聲焊接核心零部件制造

超聲焊接技術(shù)攻關(guān)小組不僅為合作企業(yè)提供免費的咨詢服務(wù)，解決“超聲焊接技術(shù)怎么用、怎么用好、怎么不出問題”等具體技術(shù)問題，團隊還成功開發(fā)了自主知識產(chǎn)權(quán)的超聲焊接核心零部件。在設(shè)備制作過程中，馮平法教授團隊專注于超聲焊接工藝及核心零部件制造，王曉浩教授團隊專攻超聲電源控制。在校企產(chǎn)學研合作的推動下，目前第一套樣機已在校外合作企業(yè)完成測試。

超聲焊接的核心部件與控制器

研發(fā)可重復(fù)消毒使用口罩的納米纖維過濾膜材料助力疫情防控

在抗擊疫情的戰(zhàn)斗中，口罩作為最重要的防護用品在市場上供不應(yīng)求。醫(yī)護人員和普通民眾日常使用的一次性醫(yī)用口罩、醫(yī)用外科口罩和醫(yī)用防護口罩均采用荷電的PP熔噴濾纖維作為有效過濾層，在蒸煮消毒之后，靜電被消除導(dǎo)致防護作用劣化，無法實現(xiàn)重復(fù)使用。在這一關(guān)鍵時刻，對高性能口罩的要求凸顯出來。

深圳國際研究生院李勃研究員團隊與清華大學材料學院伍暉副教授團隊近年來一直在合作開發(fā)納米纖維類材料，并在研究中發(fā)現(xiàn)納米纖維膜具有良好的過濾性能。在抗擊新型冠狀病毒肺炎疫情的戰(zhàn)斗中，該團隊緊急啟動了用于口罩中間過濾層材料的納米纖維膜的二次開發(fā)。通過實驗發(fā)現(xiàn)，基于氣紡納米纖維超細的直徑和高的纖維密度可以實現(xiàn)非靜電方式的物理過濾，具有高的過濾效率和低的氣阻，可以滿足一次性醫(yī)用口罩、醫(yī)用外科口罩和醫(yī)用防護口罩的技術(shù)要求，同時重復(fù)蒸氣消毒后仍能維持高的過濾效率和低的氣阻，可以滿足民眾在口罩短缺情況下的應(yīng)急重復(fù)使用需求。目前，相關(guān)材料已經(jīng)加快第三方檢測工作，爭取早日提供市場需要的材料產(chǎn)品。

安全科技助力城市疫情防控

清華大學公共安全研究院廣東分院王飛副教授團隊依托智慧安全佛山一期項目的平臺功能和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，快速研發(fā)佛山市肺炎疫情實時態(tài)勢管理系統(tǒng)，全面歸集市疫情信息，實時匯聚各類疫情防控措施落實情況、救治情況、防疫物資情況、輿論觀點情況等防疫工作數(shù)據(jù)，形成“防疫一張圖”，系統(tǒng)在佛山市防疫工作指揮部和城市安全運行監(jiān)測中心上線運行。團隊借助研究院在城市安全領(lǐng)域積累的科研成果，通過空間信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、風險評估技術(shù)為疫情綜合分析、研判和決策提供及時的動態(tài)信息，為疫情防控工作的科學防治和精準施策提供輔助支撐。

研制全自動血涂片顯微成像儀

深圳國際研究生院何永紅課題組研制了全自動血涂片顯微成像儀，可以對血細胞顯微結(jié)構(gòu)成像、分類、計數(shù)進行分析，利用成像儀對血涂片細胞形態(tài)顯微圖像進行全自動化的大量采集，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對這些高清圖像進行半監(jiān)督學習，進而識別新型肺炎血細胞的特征，用于輔助診斷。

為了盡快將該項技術(shù)應(yīng)用于新冠肺炎的臨床診斷，研發(fā)人員與合作者已組織了臨床實驗，成像儀被應(yīng)用于新型肺炎患者血涂片檢測并發(fā)現(xiàn)了“吞噬細胞變大、淋巴細胞減少、 破裂細胞增多” 異常變化，為新型肺炎快速診斷提供了重要線索。

課題組通過優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進一步大量學習肺炎病人血細胞圖像，形成一套成熟的新型冠狀病毒肺炎血細胞顯微形態(tài)學智能分析快速診斷系統(tǒng)。目前課題組正在加快研發(fā)，進展順利，有望盡快應(yīng)用于疫情防控一線。

偏振光學檢測方法助力中醫(yī)藥研究抗擊疫情

深圳市第三人民醫(yī)院在抗擊新型冠狀病毒肺炎過程中，在廣東省2003年防治“非典”的著名方劑“防感湯”1號方和2號方的基礎(chǔ)上，將結(jié)合中醫(yī)臨床辯證組方而成的“肺衛(wèi)防感湯”加減制成的保健方在預(yù)防和改善患者癥狀方面發(fā)揮了作用，但其作用機制和有效成分尚不清楚。清華大學深圳國際研究生院生物醫(yī)藥與健康工程研究院馬輝教授、何宏輝副研究員團隊與深圳市坪山區(qū)人民醫(yī)院張振宇博士團隊開展合作，運用偏振光學檢測方法助力中醫(yī)藥研究抗擊疫情。

該合作團隊嘗試采用自主研發(fā)的非標記活體動態(tài)偏振檢測技術(shù)，通過細胞和動物模型定量評估“肺衛(wèi)防感湯”在抗2019新型冠狀病毒過程中發(fā)揮的干預(yù)作用及機制，闡明“肺衛(wèi)防感湯”的主要有效成分，并與黃石市中醫(yī)院合作觀察“肺衛(wèi)防感湯”治療新型冠狀病毒肺炎的臨床療效。這一工作將為中國傳統(tǒng)醫(yī)藥治療新型冠狀病毒肺炎提供新的方案和理論依據(jù)。

AI+5G超聲輔助醫(yī)生對新冠肺炎重癥病人動態(tài)評估和治療

新冠肺炎常規(guī)通過病史、CT等進行病情評估，但重癥病房應(yīng)用超聲不便，還需要評估重癥患者的心臟等多器官，然而操作者絕大多數(shù)不是專業(yè)超聲醫(yī)生，這為如何在治療重癥患者的過程中更好地發(fā)揮超聲的作用提出了難題。深圳國際研究生院袁克虹團隊與深圳華聲醫(yī)療技術(shù)股份有限公司合作，用人工智能技術(shù)賦能5G超聲設(shè)備，增添采集心肺關(guān)鍵標準切面的導(dǎo)航以及關(guān)鍵參數(shù)的自動測量等功能，輔助醫(yī)生對重癥病人進行動態(tài)評估和治療。

袁克虹團隊與深圳華聲醫(yī)療技術(shù)股份有限公司1月中旬組成研發(fā)團隊，在已有合作工作的基礎(chǔ)上，針對新冠肺炎重癥患者臨床超聲的迫切需求開展聯(lián)合攻關(guān)，半個月就獲得了較好的成果。該技術(shù)從2月初開始在武漢協(xié)和西院等多家醫(yī)院使用，在一定程度上輔助了醫(yī)生對重癥患者進行疾病的動態(tài)評估和治療指導(dǎo)。

目前該技術(shù)正由國家感染性疾病臨床研究中心（深圳市第三人民醫(yī)院）牽頭開展進一步研究，將完善和改進現(xiàn)有功能，優(yōu)化遠程診斷流程，實現(xiàn)超聲為醫(yī)生治療重癥患者提供更智能、更可靠、更專業(yè)的幫助。

2月8日武漢協(xié)和西院ICU病房的醫(yī)生為新冠肺炎重癥患者做身體掃查

研制強電場調(diào)控的病毒高效消殺裝備

在控制新型冠狀病毒的傳播方面，切斷其傳播途徑是最重要的手段。針對病毒可能污染的環(huán)境物體表面及應(yīng)急醫(yī)院廢水等進行高效消毒意義重大。深圳國際研究生院能源電工研究所張若兵副研究員團隊積極拓展開發(fā)基于強場調(diào)控的致病微生物消殺關(guān)鍵技術(shù)，已初步研制出用于熱敏性固體材料表面消毒的高活性寬幅等離子體便攜式消殺裝備及強脈沖電場調(diào)控的醫(yī)療廢液滅活裝備，有助于解決致病微生物消殺裝備等資源短缺問題，為疫區(qū)醫(yī)院防疫、含病毒醫(yī)療廢水高效消毒提供強化消毒裝備。

目前，團隊正在對系統(tǒng)深入優(yōu)化，并積極聯(lián)合深圳大學總醫(yī)院等合作團隊著手開展后續(xù)效果評價工作，爭取盡早推向應(yīng)用，助力抗疫工作。

除了在抗擊疫情中發(fā)揮作用以外，寬幅等離子體射流陣列和強脈沖電場技術(shù)在新一代精準醫(yī)療裝備、熱敏性材料封裝和智能制造等領(lǐng)域也將發(fā)揮重要作用。

等離子體射流陣列（左）及強脈沖電場電源（右）

研發(fā)基于微流控芯片技術(shù)的便攜式核酸快檢系統(tǒng)

快速準確地對疑似病例進行病原檢測有助于確診病例，盡早切斷傳染源，隔離疑似人員，是控制疫情蔓延的重要前提。深圳國際研究生院彌勝利副研究員團隊與深圳市華邁生物醫(yī)療科技有限公司合作，在前期微流控芯片工作成果的基礎(chǔ)上快速響應(yīng)，積極申報新型冠狀病毒感染應(yīng)急防治專項，開展基于微流控芯片技術(shù)的便攜式核酸快檢系統(tǒng)研究的科研攻關(guān)任務(wù)，致力于研發(fā)并建立一種低消耗、低成本、高通量、自動化操作的微流控芯片及其檢測方法。

該微流控芯片技術(shù)可以大大縮短確診時間，減少人力的投入，以便于醫(yī)護人員更加有序和高效地開展防控工作；同時，該技術(shù)還可作為核酸檢測的通用技術(shù)，在未來廣泛地應(yīng)用于多種疾病的檢測和預(yù)防。目前，樣機的主要模塊已搭建完成，后期將完成軟硬件聯(lián)調(diào)，準備申請醫(yī)療注冊證。

團隊開發(fā)的微流控芯片示意圖

核酸單分子熒光圖像測序智能檢測技術(shù)研究助力疫情防控

深圳國際研究生院張盛副教授團隊在已開展的核酸測序方面的專用圖像傳感元器件關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)上，提出了“基于單分子熒光圖像測序的冠狀病毒核酸智能檢測技術(shù)”重大攻關(guān)項目研究方案。課題組通過遠程網(wǎng)絡(luò)討論與協(xié)作等多種方式，組織了相關(guān)學科的專家多次進行技術(shù)研討，并與深圳市行業(yè)內(nèi)的權(quán)威機構(gòu)合作，在兩周內(nèi)快速進行原理論證，形成技術(shù)方案，完成智能檢測裝置的原型結(jié)構(gòu)設(shè)計及前期研究準備工作。

項目致力于開發(fā)具有核酸智能檢測能力的低成本嵌入式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，為公共衛(wèi)生防疫事業(yè)提供更加有力、且具備“提前生產(chǎn)、快速部署、分散檢測”特點的新型核酸檢測的解決方案，有望實現(xiàn)未來冠狀病毒傳染事件中基因序列的快速發(fā)布與潛在感染者的本地化核酸檢測能力快速部署，幫助醫(yī)護人員和民眾在家庭或社區(qū)對感染或疑似患者進行現(xiàn)場篩查，減少潛在感染者的聚集與交叉感染，快速實現(xiàn)核酸檢測層次的確診檢驗與病癥初篩，助力疫病防控和公共衛(wèi)生領(lǐng)域戰(zhàn)略科技力量的提高和儲備。

微流控結(jié)構(gòu)局部放大示意圖

系統(tǒng)集成示意圖

以智能化隔離系統(tǒng)與高通量非接觸式病患篩查系統(tǒng)為“防疫天眼”

實施有效的隔離監(jiān)測和大規(guī)模人群排查是預(yù)防疾病、遏抑疫情蔓延的有力措施。傳統(tǒng)的檢測手段需要面對面對人員挨個采集，不僅效率極低，而且存在安全隱患。近期，深圳國際研究生院王興軍教授團隊研發(fā)出一套穿戴式智能化隔離監(jiān)測系統(tǒng)和一套高通量非接觸式大規(guī)模疑似病患篩查系統(tǒng)，有望有效解決這一問題。

“自動隔離監(jiān)測系統(tǒng)”采用可貼身佩戴的體溫傳感器，輕巧方便，可以佩戴于額頭或腋下等部位，可實時對體溫進行采集。采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)或手機傳至云服務(wù)平臺進行數(shù)據(jù)整合和數(shù)據(jù)可視化，當出現(xiàn)數(shù)據(jù)不正常或出現(xiàn)被隔離者離開監(jiān)測區(qū)域時，系統(tǒng)都會進行報警。對于在隔離期內(nèi)生理數(shù)據(jù)正常的人員，可以在一定時間之內(nèi)不用重復(fù)測量，避免重復(fù)檢查。

“高通量非接觸式大規(guī)模篩查設(shè)備”可以放置于火車站、地鐵站、海關(guān)等人流密度較高的區(qū)域，利用紅外熱成像設(shè)備和可見光采集設(shè)備，搭配智能算法，可以實現(xiàn)在高人流密度區(qū)域同時對多人非接觸式地、即時地采集體溫和血氧數(shù)據(jù)，及時篩查出疑似患者，預(yù)防輸入性病例。采集的數(shù)據(jù)將上傳至云平臺，用于進行公共衛(wèi)生數(shù)據(jù)統(tǒng)計和數(shù)據(jù)交互。相關(guān)數(shù)據(jù)還能直接對接到衛(wèi)生部門，方便進行后續(xù)的跟蹤觀測、診斷治療。

上述兩套系統(tǒng)可以為疫情隔離監(jiān)測和大規(guī)模排查篩查提供全覆蓋的服務(wù)，猶如“防疫天眼”。目前，產(chǎn)品正在加緊研發(fā)，希望能早日投入實際應(yīng)用，助力抗擊疫情。

穿戴式實時體溫采集設(shè)備佩戴示意圖

智能化隔離監(jiān)測示意圖

高通量非接觸式篩查識別系統(tǒng)使用示意圖

研發(fā)新冠病毒檢測試紙和試劑盒

病毒的快速、靈敏檢測可以縮短疑似病例數(shù)量和病人隔離期，更短時間內(nèi)篩查更多疑似病例，具有重要臨床和公共衛(wèi)生價值。核酸檢測試劑盒檢測耗時長、病毒RNA容易降解、難以檢測小于100bp病毒片段，導(dǎo)致目前新冠病毒檢測假陰性案例很多。清華-伯克利深圳學院（TBSI）助理教授秦培武團隊將通過CRISPR反應(yīng)、高靈敏光譜、單分子成像解決當前新冠檢測面臨的難題。

在以往工作的基礎(chǔ)上，秦培武與羅徹斯特理工杜可教授合作開發(fā)基于Cas12a反應(yīng)的DNA病毒檢測方法，不擴增的條件下可以檢測皮摩爾濃度非洲豬瘟病毒，成果已經(jīng)被Biosensors and Bioelectronics接收。

針對新型冠狀病毒檢測，靈敏度、速度、高通量將是檢測裝置的主要設(shè)計指標。為此將整合光學靈敏度最高的單分子成像與信號放大最好的CRISPR酶反應(yīng)，達到高靈敏、高通量、高特異新冠病毒檢測，將CRISPR反應(yīng)體系封裝到載玻片作為檢測試劑盒使用，加入病毒后產(chǎn)生的熒光信號可通過單分子顯微鏡采集。多個檢測位點可以累計提高信噪比，crRNA陣列覆蓋新冠病毒所有保守區(qū)將最大限度檢測病毒提供的天然檢測靶點。

本項目還將開發(fā)病毒檢測試紙，將CRISPR反應(yīng)系統(tǒng)溶解風干到試紙上。新冠病人咽拭子樣品經(jīng)核酸提取后先用試劑檢測，信號可以目測或者利用高靈敏光譜檢測，如果是陰性再進行試劑盒單分子檢測，實現(xiàn)二級精準新冠病毒核酸檢測。

（清華新聞網(wǎng)3月6日電）

供稿：深圳國際研究生院

編輯：李晨暉

審核：呂   婷