项目精选140期北京科研机构精选科技

项目1：无线光遗传学刺激装置

项目2：高灵敏、快速生物检测系统

项目3：生物实验专用光源技术

项目4：植物育苗光源技术

项目5：植入式带温度感知RFID芯片及智慧畜牧系统

项目6：身份认证技术

项目7：二维有序胶体晶体高效制备技术

项目一：无线光遗传学刺激装置

项目简介

近年来，光遗传学技术得到飞速的发展，在动物实验和医学疾病研究上的研究成果越来越多。该项目研发了一款半植入式无线光遗传学系统，包含无线控制驱动器和光探针两个部件。

系统采用蓝牙4.0无线通讯协议，可通过智能终端远程控制MicroLED光探针，空旷地带最远控制距离可达50米，无线调节MicroLED光探针的光功率、光频率、发光波长；系统内置传感器模块，可实时获取佩戴该装置的实验体的运动状态，进行行为分析；系统内置电源管理及指示灯模块，可有效检测装置开关机状态、充电状态，可采用通用MicroUSB接口对装置进行充电。非实验状态下，无线控制驱动器可取下，进行充电和减轻实验动物体的负载重量，实验体只保留光探针接口。

技术特点

1.实验体自由活动，无线缆束缚；

2.LED光探针直接发光（非光纤耦合），蓝光波长nm/nm可选；

3.蓝光单点发光单元面积50um×30um，单点发光面积可定制，最小可达20um×20um；

4.探针顶端度全角度发光；

5.高精度时钟，事件时间精度1us，光频率最高可达10MHz，占空比任意可调；

6.双通道光源刺激，无线遥控；可提供蓝光、绿光、橙光、红光，具体波长可定制；

7.运动传感器数据获取，可记录和分析局域范围内的运动轨迹；

8.无线驱动控制器重量最轻2.5g，正常工作下，续航能力10h；

9.探针长度可定制；探针直径最小um；

10.配套的智能终端软件（手机Andriod/IOS、平板、台式电脑），可进行光功率、光周期、光波长的无线调节，运动状态数据的获取，以及各项实验数据记录与收集。

专利情况

申请专利5项，授权3项。

市场前景及经济效益预测

本项目的光控神经技术属神经科学的基础研究领域，有很大的应用市场，可为国内数万名神经科学家提供革命性的研究手段，使活体观察动物神经系统活动成为可能，这也是最近十来年该领域最大的科学突破之一。

系统应用领域涵盖多个经典实验动物种类，例如鼠类、猴类以及蝇类等；神经科学生物健康36研究方面，可为神经系统疾病的治疗提供手段，临床医疗研究者也在近几年尝试利用非侵入性的光遗传学手段来治疗各种疾病，例如嗜睡症、抑郁症、恐惧、焦虑、疼痛、帕金森综合症、失明、学习记忆、行为学研究以及光遗传学相关病毒研究等。

合作方式

技术转让、技术开发等。

项目二：高灵敏、快速生物检测系统

项目简介

生物检测系统将生物信息转换为可定量测量信号，对生物物质敏感。近年来，重大疾病预警、流行性传染病有效控制、食品安全和口岸监测等领域迫切需求高灵敏、快速生物检测仪。微纳谐振式生物传感器不仅灵敏度高、响应快，而且在环境依赖性、体积、成本等方面具有显著优势，在高灵敏、高通量、现场快速检测方面潜力巨大。

本项目在微纳谐振式传感器的设计、大规模制作、封装和系统集成等关键技术上取得了重要突破，已完成高灵敏、快速全自动生物检测系统研制。

微纳谐振器阵列芯片：真空Q值高达，可直接转移至代工厂批量生产，成品率大于95%。

图1高Q传感阵列芯片

主要技术指标及优势

1.免标记分析技术：操作步骤简单。

2.性能：灵敏度pg/Hz量级、检测下限ng/mL、响应时间30~60分钟。3.微纳谐振器阵列芯片：实现多种标志物联合检测，高检出率；可直接转移至代工厂批量生产。4.全自动化检测仪器：体积小、适合于现场、实时实地检测。

专利情况

在试剂盒设计、微纳加工、系统集成和封装等方面已申请专利7项，授权3项。

应用领域及市场前景

快速、高灵敏便携式生物检测仪是目前迫切需求又极度缺乏的检测仪器，不仅可应用于口岸关防、检验检疫、大型医疗机构，也可应用于急救现场、医院、环境监控等多种场合。基于高频、高Q微纳谐振传感器这一共性技术，通过改变传感器表面的功能层，可构建一系列新型试剂盒，在疾病检测、食品安全、环境监测、气体检测等方面均有广阔市场前景，预计未来市场估值将达每年数百亿美元。

图2全自动生物检测系统

图3检测癌症标志物和病原微生物结果

合作方式

技术开发、技术转让等。

项目三：生物实验专用光源技术

项目简介

现代光动力疗法对试验器具提出了越来越高的要求，也在医疗健康领域需求旺盛。目前大部分细胞实验都需要采用普通灯泡等进行实验，存在效率低下、剂量控制能力不足、发热量大、实验精度难以提高等问题。高通量LED光照系统替换此类产品，能够大幅度降低实验成本。

技术特点

本项目以研究光对生物细胞活动的影响为目标，可以设定两个或多个功率密度，大于5个不同照射时间；

可以用于标准的96孔细胞实验板；整个LED阵列基于单一波长；采用不同光谱光强排列组合，构建了高通量基LED生物效应的实验方法和工具。

市场分析

光生物实验是近年来快速发展的研究领域，随着可控光源成本的迅速下降，我国的需求也日益旺盛，我国也是全球对于低成本普惠医疗需求最为迫切的国家，大量光医疗方案必须依靠高通量实验技术进行筛选。作为高通量实验LED光源，其节电性极好，准确度高，相对传统滤光模式实验器具具有绝对优势。

合作方式

技术服务、技术转让。

项目四：植物育苗光源技术

项目简介

种苗快繁组培必须依靠人工光源进行生产，光源的成本以及光源的电力消耗，损坏维修更换，以及光源散热导致的组培车间空调费用占生产成本的一大部分。目前大部分组培厂所用的人工光源是T8或者T5的荧光灯，耗电量高，每年损坏替换率30%以上，发热量大。所以采用适用于快繁植物工厂的LED光源替换传统光源不仅有节能环保的优势，还能大幅度降低生产成本。本项目完成将会提升我国设施农业人工光照的装备水平，并提供技术支撑能力，引领设施农业进一步向绿色有机、节能减排、低成本、综合技术集成和规模环保化生产方向发展。

技术特点

本项目通过研究光对植物生长发育的影响，权衡不同光谱光强排列组合的利弊，构建了基于LED应用的高光效理论；针对产业化组培生产中的重要类群，优化LED光源组合，建立了高效的LED集成组培和炼苗架培养系统，并在多家生产厂商进行了示范性试验。与传统光源相比用电量降低50%左右，出苗茁壮，性状稳定。

市场分析

我国国际上重要的花卉种苗生产基地，植物种苗快繁组培需求旺盛，同时大田作物，如甘蔗、马铃薯等作物也需要相关技术进行生产，木瓜、香蕉、草莓、铁皮石斛等经济作物也必须依靠组培技术进行种苗的培育。作为植物用特殊LED光源，其节电性极好，市场需求量极大，采用该技术不仅可以节约电费，且LED光源使用寿命长，相对荧光灯1-2年的寿命具有绝对优势。

合作方式

技术服务；对于致力LED农业应用的企业可以考虑技术转让。

项目五：植入式带温度感知RFID芯片及智慧畜牧系统

项目简介

中国是畜牧大国，年我国生猪存栏万头，奶牛存栏万头，但畜牧业的发展面临着一系列的问题，其中动物体温监测难度大、疫情防控不及时是困扰畜牧业多年亟待解决的重要问题之一。动物体温可以表征动物健康，预警动物疾病，加强动物体温监测对畜牧疫情防控、保障动物福利具有重要意义。年，由于疫情监测力度不够，导致“非洲猪瘟”在中国蔓延，造成了大量经济损失。传统动物体温检测方法精度差、非实时性、无法实现自动感知，且需要消耗大量人力资源。另外，人们对食品安全问题的重视，也导致食品溯源的需求日益旺盛。

本项目设计的具有温度感知功能植入式RFID芯片，植入动物体内，可以实时感知、自动采集动物体温，及时发现问题，可成为强化畜牧疫情防控的重要手段，也为食品溯源提供了硬件支撑。芯片结构包含射频模拟前端、数字基带、温度传感器和存储器，如图1所示。其中，射频模拟前端用于将天线接收到的交流电压转换为供电电源，解调其中包含的数字命令并提供给数字基带信号，同时提供上电复位信号和时钟信号；数字基带处理来自读写器的命令，并返回相应的数字信号；温度传感器检测温度，并产生对应的数字信号输入数字基带；存储器用于储存芯片的身份信息，必要时存储温度信息。

本项目研究成果，包括温度感知RFID芯片射频前端和温度传感电路两个模块的MPW流片。

技术特点

1.系统结合RFID技术和温度传感器技术，设计一款植入式低功耗带温度传感器RFID；

2.芯片可实现远程身份识别和体温检测；

3.芯片整体采用小型化设计，方便植入式应用；

4.结合了植入式芯片和互联网技术，智慧畜牧系统极大提高了畜牧产业的管理效率，减少了人工投入，缩短了劳动周期。

专利情况

适用于无源低功耗RFID芯片的上电复位电路；低功耗温度传感前端电路。

应用领域及市场前景

基于所设计的带温度感知RFID芯片，结合互联网技术，可实现一套智慧畜牧系统，如图2所示，可用于养殖管理、疫情预测诊断、产品溯源、生物资产管理、代系管理、保险公司调查等。未来将形成整个畜牧产业的数据联网，迎来畜牧业的变革。

1.动物疫情智能监控系统。通过植入带温度感知RFID芯片，远程识别身份信息和温度数据，达到监控牧场每一只动物的健康状况，减小了人力劳动的同时保证了信息的实时性。从而实现以最小的人力资源实现最大程度的疫情预防监测。目前该应用市场需求较大，具有较好的经济效益。

2.食品溯源。在实现统一标准后，全国每一只牲畜对应一个身份编号，结合互联网云平台，上传数据统一管理，实现每一只牲畜的全程跟踪，达到食品溯源的目的。食品溯源保证了肉类食品来源的安全可靠性，消除顾客购买高档肉类产品的后顾之忧，具有较大市场效益。

3.保险公司调查。通过植入式芯片，将每一只牲畜资料都上传到云平台统一管理，跟踪其健康状况，保险公司可以更加容易判断牲畜丢失、病死等索赔的真实性，对保险公司来说具有较大的市场意义。

图2植入式芯片方案

图3射频模拟前端和温度传感前端芯片

合作方式

技术开发、技术转让。

项目六：身份认证技术

项目简介

本项目利用人脸、指静脉等生物特征进行身份识别，或通过相关个人信息匹配可靠的身份证明材料。实现的主要功能包括：指静脉识别，利用静脉血液中的血红蛋白对近红外光的吸收特性获取图像进而进行身份判定；OCR身份证识别，对身份证图像进行分析处理，识别出图像中文字信息。这些文字信息包括姓名、性别、民族、出生、地址和身份证号等；基于人脸识别的人证合一系统，对持证人与证件信息的一致性核验，通过比对持证人的面部信息与证件存储的人脸数据来验证持证人的身份。

图1采集模块指静脉智能门锁

图2人证合一系统样机

技术特点

指静脉识别技术，实现了简单高效的特征表示算法：

单张图像处理速度30ms；识别精度：1:.5%1:N识别（用户指）95%。

OCR身份证识别算法，包括检测和识别两部分。检测算法可准确定位不同民族及场景下身份证中文有效信息。识别算法部分，在本地数据集上准确率99%以上。

基于人脸识别的人证合一系统，人脸检测准确率99.0%；基于普通可见光摄像头的单目静默人脸活体验证，等错误率96%；人脸身份验证等错误率99.3%；人脸特征信息量64Byte。

专利情况

已申请3项发明专利。

应用领域及市场前景

指静脉识别技术，可用于公安、司法、刑侦、信息安全、智能家居和社保系统的身份认证。

OCR身份证识别技术，为需要对身份证进行识别的行业，如航空、银行、信用社、保险、电信等部门，提供身份识别技术。

基于人脸识别的人证合一系统，可用于门禁系统、机场安检、口岸检查、互联网金融、互联网政务等领域。

合作方式

技术开发、技术服务

项目七：二维有序胶体晶体高效制备技术

项目简介

低成本微纳米加工技术的研究是各国争相发展的方向之一。纳米球刻蚀（Nanospherelithography,NSL）利用尺寸分布窄的纳米胶体球，如聚苯乙烯微球，通过自组装手段形成高度有序的二维结构作为掩模来实现超微细图形的转移。利用纳米球刻蚀技术可以开发出具有特定功能的微纳米结构材料，如减反射光学表面，二维光子晶体，二维量子点阵列，功能生物界面等。在规模化的民用领域，如增强LED的出光效率、太阳能电池表面减反方面，这一技术的优势尤其突出。

纳米球刻蚀技术的核心是制备二维有序胶体晶体，产业化应用的关键在于高效地制备大面积二维有序胶体晶体。在各种制备方法中，气-液界面自组装技术在获得大面积，确保无叠层缺陷这方面具有非常显著的优势。

本技术将有助于控制胶体粒子的自组装过程，研究二维有序胶体晶体形成的物理机制，改善二维胶体晶体的质量，获得大面积、高质量的二维有序胶体晶体。将纳米球刻蚀技术应用于固态照明和太阳能等再生能源领域，可低成本地在发光二极管（LED）和多晶硅太阳能电池中引入纳米结构，更好地提高发光效率和光吸收效率。并且二维胶体体系可以作为模型体系来进行二维材料的熔化、结晶等基础研究。

技术特点

当前研发装置可以实现纳米球尺寸从nm-0nm范围纳米球制备，尺寸可以实现6英寸以上。利用制备的纳米PS球进行聚焦曝光，获得了尺寸可控的纳米周期图形，并成功应用在提高LED效率上，目前已经开展的工作包括光子晶体、金属等离激元、纳米图形衬底以及纳米柱LED等多个方面，这些研究为纳米球刻蚀技术产业化应用奠定前期基础。

专利情况

授权发明专利3项。

市场分析及应用情况

我们研制的用于纳米球刻蚀的大面积二维有序胶体晶体的高效制备装置，目前在国内外尚无同类型商用装置，本装置将有助于控制胶体粒子的自组装过程，研究二维有序胶体晶体形成的物理机制，改善二维胶体晶体的质量，获得大面积、高质量的二维有序胶体晶体。将纳米球刻蚀技术应用于固态照明和太阳能等再生能源领域，低成本地在发光二极管（LED）和多晶硅太阳能电池中引入纳米结构，具有广泛的市场应用前景。

合作方式

技术开发

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