关节软骨损伤及其退行性病变-骨关节炎给社会带来越来越大的劳动力损失以及患者生活质量的下降。骨软骨生物医学研究日益深入，但另一方面，减少动物的使用又是一个巨大挑战，也是人类文明进步的趋势。因应这一挑战，体外模型，包括多种类器官，被开发出来并用于体外生物医学研究，有效减少了实验动物使用数量，并提升了研究的准确性。本项目通过制备仿生模型，为骨软骨的缺损和再生研究提供了体外、准确的研究手段。

项目成果/简介:一、仿生纳米药物系统的设计构建与应用实例1二、仿生纳米药物系统的设计构建与应用实例2本发明公开了一种纳米药物控释体系的制备方法，包括以下步骤：(1)制备纳米级红细胞膜囊泡；(2)制备具有光敏性的载药氧化石墨烯；(3)制备靶向分子；(4)制备纳米药物控释体系。本发明通过红细胞囊泡的包埋可避免纳米载体被体内某些蛋白包被形成所谓的“蛋白冠”，保证靶向分子的活性；其次红细胞囊膜泡为人体内存在的生物相容性好，无毒副作用，不会引起排异反应；再次红细胞的包埋囊泡可有效降低氧化石墨烯的表面自由能，增加纳米药物控释体系的分散性；而且在氧化石墨烯上吸附了光敏剂吲哚菁绿，可结合光热治疗，进一步增强了纳米药物控释体系的抗肿瘤效果。知识产权类型:发明专利知识产权编号:ZL201711377861.1技术先进程度:达到国内先进水平成果获得方式:独立研究获得政府支持情况:国家级计划/专项类别:国家自然科学基金面上项目，湖南省自然科学基金面上项目获得经费:65.00万元

围绕无人驾驶、智能制造领域，本项目针对传统机器视觉难以同时兼顾大视场、高分辨、实时性的技术瓶颈，从源头打破常规成像规则，鉴于昆虫复眼具有大视场高灵敏的优势，以及人眼视觉具有变分辨率和冗余数据压缩的优势，将两者相结合，提出一种复合仿生三维成像感知方法，通过突破变分辨扫描发射、多通道并行接收、图像重构与成像感知算法等关键技术，形成了具有体系化的前沿技术成果，研发出了诸如收发探测模块，多通道仿生曲面相机系统、在线光电检测系统等实物成果。核心技术受到国家、省部级项目资助5项。

01. 成果简介 本项成果应用于电厂，在电厂凝汽器改造过程中采用该仿生优化管束布置形式，可以实现换热性能增强20%以上。该仿生优化管束布置的凝汽器，其换热管在管板上的布置呈仿生双连树形布置，由仿生双连树疏松树枝管束区管束、仿生双连树密集管束区管束、渐缩空冷区管束等组成；仿生双连树疏松树枝管束区由上部倾斜向上的仿生树枝形管束、下部水平的仿生树枝形管束和底部向下的仿生树枝形管束等组成。本项成果具有管束汽流流场均匀无涡流、壳侧汽阻小、热负荷分布均匀、凝结水过冷度小、凝汽器的传热系数和运行真空度都较高的优点，其换热系数可按HEI计算值高10%-20%，可大幅节能。 图1 仿生优化布置管束凝汽器数值模拟流场  图2 某600MW机组凝汽器施工现场 在国家发改委示范工程项目的支撑下，分别在莱城电厂2台机组、蒲城电厂1台机组（330MW），华电邹县电厂2台机组（600MW）等进行了工程示范，改造后的凝汽器压力降低0.8-1.5kPa，节约标煤约2-4g/kWh，节能效果明显。02. 应用前景 电厂凝汽器改造。03. 知识产权 相关成果已授权中国发明专利2项。04. 团队介绍 团队主要研究领域为传热强化与节能理论技术及工程应用研究, 负责人为副研究员。承担国家十二五重大专项子课题、973课题、重点基金、国家发改委示范工程项目课题、科技支撑计划子课题、国际合作等项目，曾获国家科技进步二等奖、教育部科技进步一等奖。科研成果发表论文80余篇，申请专利70余项。05. 合作方式 商务合作。06. 联系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn

01. 成果简介 仿生体模从力学、声学等物理性质上模拟人体软组织，能够直观反映出组织的影像学特征，因此可广泛应用于超声设备校准、临床操作训练等。针对超声成像和超声弹性成像，目前已经发展了一些体模制备方法。为了克服现有技术存在的问题，如材料毒性，难以降解，以及仿生制备非均匀体模（如肿瘤体模和皮肤体模等）界面强度不够等问题，本研究经过多年的反复试验，在理论分析和数值仿真指导下进行实际制作千余次，发展出一种无毒、可降解多功能仿生体模制备技术，所制备的体模性能参数包括但不限于： 体模尺寸：体模最小特征尺寸可从数毫米到数十厘米之间变化，覆盖各种人体组织的特征尺寸； 体模熔点：体模熔点可在20摄氏度到90摄氏度之间调控，覆盖肿瘤热消融时的升温目标(典型值约为43—65摄氏度)。 体模杨氏模量：体模的杨氏模量可在3KPa到500kPa之间调控，覆盖人体主要组织(如皮肤、血管、肝脏等)的杨氏模量变化范围。 仿生微结构：体模内部可包含直径3mm～20mm的球体或截面直径3mm～20mm的圆柱体。能够仿生模拟含肿瘤、神经纤维等结构的软组织。 可3D或4D打印：实验表明，本体模材料可作为3D或4D打印的打印墨水，从而打印出具有复杂微结构并可对外界激励作出响应的仿生体模。      肿瘤仿生体模   皮肤体模 02. 应用前景 临床医用软材料耗材，超声设备校准、临床操作训练等。03. 知识产权 相关成果已申请发明专利保护。04. 团队介绍 团队主要研究领域为超声弹性成像、软材料和生物材料力学、接触力学、计算力学等，项目负责人为教授、博士生导师。参与和承担973、国家自然科学基金重点项目和面上项目等科研项目多项。科研成果发表SCI论文120余篇，申请专利20余项。05. 合作方式 商务合作。06. 联系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn y-zheng17@mails.tsinghua.edu.cn

关节软骨损伤及其退行性病变-骨关节炎给社会带来越来越大的劳动力损失以及患者生活质量的下降。骨软骨生物医学研究日益深入，但另一方面，减少动物的使用又是一个巨大挑战，也是人类文明进步的趋势。因应这一挑战，体外模型，包括多种类器官，被开发出来并用于体外生物医学研究，有效减少了实验动物使用数量，并提升了研究的准确性。本项目通过制备仿生模型，为骨软骨的缺损和再生研究提供了体外、准确的研究手段。

本发明公开了一种皮肤敷料及其制备方法，所述皮肤敷料以细 菌纤维素为基底，具有皮肤接触表面与导电表面；所述皮肤接触表面 的导电率小于 10-5S/cm，含有 2μg/cm2～20μg/cm2 的药物，所述导 电表面含有 5mg/cm2～50mg/cm2 的导电材料，所述导电材料为导电高 分子或导电纳米材料中的一种或多种；所述皮肤接触表面用于直接接 触皮肤，以对皮肤的创伤进行修复，所述导电表面用于加载电压，以 控制皮肤接触表面的药物的释放速度，同时用于模拟生物内源电场， 间接促进伤口愈合。本发明的皮肤敷

XM-LV4皮肤局部浸润麻醉训练模块   一、功能特点： ■ XM-LV4皮肤局部浸润麻醉操作模块采用高分子材料制成，肤质仿真度高。 ■ 皮肤模块表面有三种印记模拟不同的麻醉范围。 ■ 特殊的有色药液，可精确的观察药物的浸润范围。 ■ 可反复进行练习。   二、标准配置： ■ 皮肤局部浸润麻醉训练模块：1个 ■ 说明书：1册 ■ 保修卡合格证：1张

近几年，硅基集成电路的速度遭遇瓶颈、停滞不前，解决的办法之一是引入光子学器件，部分取代电子学集成电路中的信号处理和互联器件，这就要求光子学器件具有像电子学集成那样的小尺度和三维集成能力，同时具有和电子学集成兼容的制备工艺。这些要求使得光电混合集成面临巨大的挑战，是一个世界性的难题。 光学所张家森教授团队与信息科学学院彭练矛教授团队合作，提出了基于表面等离激元和碳纳米管的三维光电混合集成系统，该系统与现有的COMS制备工艺兼容，可以实现光子学和电子学的三维集成和互联，为解决集成电路的速度瓶颈提供了一种方法。他们演示了几种集成回路，包括在片光操控回路、波长和偏振复用回路和具有COMS信号处理电路的集成模块。Fig. 1. Integration of plasmonic-enhanced detector with carbon nanotube (CNT) complementary metal oxide semiconductor (CMOS) signal processing circuits. a, Schematic of the 3D integrated circuits, consisting of bottom-layer passive WFSAs and metal connection lines, in-between HfO2 dielectrics and Au cross-layer connection lines, and top-layer plasmonic receiver and CNT CMOS signal processing circuits. b, Output characteristics of the plasmonic-enhanced barrier-free-bipolar diode (BFBD) and the normal BFBD under the illumination at "λ" =1200 nm. c, Electric field pattern of the La=320-nm SA. d-e, Transfer (d) and output (e) characteristics of the CMOS. f, VTC curves of the CMOS (blue line) and the 3D integrated circuits (red line). Inset is the corresponding equivalent circuit diagram of the 3D integrated circuits. g-i, Statistical figures of merit of the deep-subwavelength modules, including photocurrent (g) and photovoltage (h) of the BFBD as well as on-state current of the CMOS (i). 这种三维集成系统的优点包括：1. 使用低温COMS兼容制备工艺，可以在单片集成回路中集成光子学模块、电子学信号处理系统和存储系统；2. 利用具有原子厚度的碳纳米管材料以及金属工艺，使得光子学集成和电子学集成在材料上兼容；3. 基于表面等离激元使得光子学器件尺度可以和电子学器件尺度相近，便于集成；4. 碳纳米管的工作波段可以覆盖整个通讯波段，这是硅材料无法做到的；5. 光电探测器工作于光伏模式，可以减小能耗。该工作是首次利用原子厚度材料实现三维光电混合集成，可以实现更小的尺寸、更快的速度和更多的功能，同时，有可能解决电子学集成回路在速度上的瓶颈。 上述实验结果近期发表于最新一期《自然 电子学》杂志。 相关文献：Yang Liu, Jiasen Zhang, and Lian-Mao Peng, Three-dimensional integration of plasmonics and electronics. Nature Electronics 1, 644-651 (2018).Yang Liu, Jiasen Zhang, Huaping Liu, Sheng Wang, and Lian-Mao Peng, Electrically-driven monolithic subwavelength plasmonic interconnect circuits. Science Advances 3, e1701456 (2017).

本项目研究了超材料的电磁特性、基于超材料的反向切伦科夫辐射、基于纳米材料冷阴极的场发射特性以及它们在高效率、高功率和高频率的真空电子器件中的应用。相关SCI论文共计153篇，SCIE数据库中的他引次数为1058次，代表性论文被《自然-纳米技术》、《物理评论快报》、《先进材料》等国际顶级期刊上发表的SCI论文他引157次。这些学术成果解决了真空电子器件所面临的核心科学问题，在国际真空电子学领域产生了重大的影响。