成果介绍重金属离子污染是影响人类生命健康及社会可持续发展的重大问题之一。方便、快捷低成本的重金属离子检测方法及装置的研发仍然是分析化学及仪器分析领域的研究热点之一。近年来开发的低成本纸基微流控芯片逐渐引起了科学家的广泛关注，如何将纸基微流控芯片负载荧光染料后用于高通量筛查水质中的重金属离子，并且可以方便快捷的分析检测结果仍然是一大难题。基于上述挑战，本项目拟研制基于纸基微流控芯片重金属离子检测集成装置，并建立相关分析方法及分析标准曲线。在检测的过程中纸基微流控芯片可以显示不同强度的荧光和颜色，然后利用智能手机通过集成装置捕获光学信号，最后通过建立的分析曲线快速分析样品中重金属离子的含量。从而实现重金属离子高通量快速筛查与定量分析。技术创新点及参数本项目的技术优势在于使用纸基微流控芯片成本较低；负载荧光染料后分析快捷方便无需样品预处理；荧光染料荧光强度及颜色变化明显灵敏度高；使用微型集成装置及智能手机捕获光学信号可现场快速分析检测；集成装置可通过3D打印制作费用较低；检测过程无需大型仪器操作简单能耗低等。现场快速检测是野外水质重金属离子污染检测的需求之一，利用研发的集成装置搭载微型电源即可完成野外现场的快速检测，通过预先建立的分析标准曲线可定量检测水体中的重金属离子含量。另外如果开发分析软件，建立手机内部的分析应用程序即可完成用手机获取光学信号后直观方便的读出分析数据，可以快速方便的分析较大的样品量。市场前景目前重金属离子检测主要依赖大型仪器分析，存在样品预处理繁琐、分析仪器操作复杂、检测时间长和无法现场检测等缺点。本项目研发的基于纸基微流控芯片重金属离子检测集成装置可弥补上述缺点。实现方便、快捷、低能耗、低成本的高通量快速分析检测的目标，并可实现产业化和应用。这一装置将为野外的水质重金属离子污染检测提供方便快捷的检测策略。

基于分布式芯片驱动的 LED 集成化照明模组，将驱动与光源集成为一体化标准模组，克服了开关电源的电解电容寿命瓶颈、可靠性差、成本高等缺点，具有可靠性高、 寿命长、结构简单、模块化设计、安装方便、免维护、智能化、成本低等优点。结合窄带物联网(NB-IoT)、Zigbee、 LoRa 等无线通讯技术，实现了大数据物联网平台的智慧城市照明系统，通过精细化运营管理，可达到 70%的节能减排效果。实现驱动芯片化、模组集成化、通讯无线化、软件智慧化、系统物联化。 

本项目针对国内高端光电子器件严重依赖进口的现状问题，自主研制Tb/s级以上 PDM-16QAM的硅基大规模阵列集成相干光接收芯片。根据本研究组在硅基集成光电子器件、偏振控制器件、光混频器等方面的建模仿真、制备测试基础，依托“先进电子材料与器件”校级平台的先进半导体加工能力，制备了高偏振消光比的偏振分束器、偏振旋转器，高相位精度的90度混频器，大带宽高响应度的探测器阵列，高效硅基芯片-光纤耦合，以及可调光功率衰减器。 通过本项目的实施，在硅基光接收集成芯片、高端光电子器件及其大规模集成的关键技术领域有所突破，建立关键工艺技术与器件标准库，形成硅基光电子器件标准加工工艺流程，实现高端光电子器件的自主制备,改变了我国硅基光电子器件技术无偿地向国外转移的历史，缩短我国光子集成技术与国际先进水平的差距，提升我国光通信产业的竞争力。部分成果获得2014年度上海市发明二等奖。

本成果面向国家亟需的复杂系统集成和功率管理等应用，采用多层次设计的指导思想，研究并突破了系统芯片多层次低功耗关键设计技术，提出了复杂片上网络系统建模、低功耗路由及互连、超低功耗模拟电路 IP 设计技术和高效率集成化功率转换和功率管理技术。提出的系统芯片低功耗多层次设计技术广泛适用于系统集成芯片、数模混合集成以及功率管理和功率转换系统，显著降低了数字信号处理器、多模多频移动基带等芯片的功耗水平，使单片功耗由瓦级降低到毫瓦级，具有广泛的适应性和兼容性。 NOC 模拟器软件支持二维和三维的 Mesh、Torus、Clustered Mesh、Clustered Torus 拓扑结构类型，交换机制为 Wormhole，路由算法为 XY 路由算法，通信模式支持 uniform 和 hotspot 模式，数据包长度可调，片上通信量可配置，最终能评估片上网络系统芯片的跳转延迟等各种延迟时间参数、仲裁能耗等各种能耗参数、实际包产生率、产生成功率、数据包分布等性能和功耗参数。 图1 NoC仿真软件 图2 绿色节能AC/DC功率转换器芯片

TDA（芯片热设计自动化）软件是清华航院曹炳阳教授团队全自主研发的国际首个芯片跨尺度热仿真与设计系统。TDA软件可实现芯片从纳米至宏观尺寸的热设计与仿真，支持芯片微纳结构内部热输运过程的模拟研究，直接提高芯片热仿真精度与结温预测准确度，进而提高芯片性能、寿命和可靠性。

在光通信传输过程中，发射端将电信号转换成光信号，然后调制到激光器发出激光束，通过光纤传递，在接收端接收到光信号后再将其转化为电信号，经调制解调后变为信息，而光电芯片所起到的作用就是，实现电信号和光信号之间的相互转换，是光电技术产品的核心，处于光通信领域的金字塔尖。

1 成果简介随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，环境污染、疾病监测、食品安全等民生热点日益受到人们的关注。如何对上述问题进行简单、快速的监控，将一些危害降至最低，保障人民生活和生产，这就需要一种可实时实地检测、操作简便的多应用传感器件。 表面等离子体波（ SPP）传感器是一种基于光学检测的传感器件，被广泛用于药物筛选、食物检测、环境监测和细胞膜模拟等方面。相对于目前常见的化学、电子、力学等传感器，SPP 传感器拥有实时检测、无需标记、对被检测物无损害、探测方法简单等众多优点。为了降低成本、 稳定性能、减小体积，集成型 SPP 传感器件的成为了现今研究热点。然而现有的集成型 SPP 传感器件普遍存在灵敏度低，探测范围小等问题，限制了其应用的推广。 课题组从 2006 年开始合作从事集成型 SPP 传感器件研究，在清国家 973 项目、自然科学基金重点项目、教育部清华大学自主研究项目等项目资助下， 创新性提出一种基于 SPP-介质波导异质垂直耦合器的可集成生化传感芯片，并对传感芯片的传感特性和应用进行了深入研究和探索。芯片的特点和性能如下：可集成，芯片体积小，可与便携设备集成；可批量生产，价格低廉；灵敏度较传统的集成型 SPP 传感器件高出一个数量级；可实现对传感区域的精确或者大范围调节；可实现对纳米量级大小的物质的探测；传感性能稳定，应用领域广泛。上述优点表明该芯片可以工厂大批量生产经营，也可以用于实验室的科研研究，在化学，生物，医学等多 个领域均有应用价值。查新表明，国内外目前尚未发现有相似原理的器件。 图 1 (a) 集成型 SPP 传感芯片与一元硬币尺寸对比图 (b) 传感芯片的显微镜照片2 应用说明可集成型 SPP 生化传感芯片在实验室经多次验证，可以实现对折射率液体以及纳米级薄层物质的高灵敏探测，并初步应用于对双酚 a（简称 BPA，一种塑料生长常用原料，每年生产将近 2700 万吨含 BPA 的塑料类物质， BPA 具有胚胎致畸性和致毒性）的检测。实验结果表明，该芯片对于 BPA 的探测极限浓度可以达到 0.1ng/ml （欧盟公布食品准则中水含有BPA 的最高浓度为 1ng/ml）。3 效益分析由于目前国内尚无同类产品， 而且此产品在疾病检验，环境监测，药品鉴别等多个领域具有应用价值， 因此本仪器具有较大的市场推广空间。本传感芯片价格低廉，使用简便，对样品无二次污染，性能稳定，甚至对纳米量级的生化小分子探测均具有高灵敏度，相对于其他类型的传感器件， 具有明显的经济和技术优势。

        我国精神疾病发病率高且增长趋势明显，是我国推进国民大健康战略所面临的巨大挑战。然而当前精神疾病临床诊断缺乏发病机制的依据，主要以临床表型为指标。多数精神疾病的发病原因与人体基因新发突变相关，这种不在父代而仅在子代发生的基因变异对精神疾病的临床诊疗极具重要性。         研发团队建立了从患者新发突变基因组学到转录组、蛋白组学的完整生物组学发病机制临床辅助诊断系统，填补了精神疾病临床诊断的组学机制评价空白，系统自动生成辅助诊断报告和用药风险分析，具有显著的临床应用价值，符合领域发展的国际行业趋势，具有巨大的市场推广潜力。         意向开展成果转化的前提条件：中试放大及产业化工艺开发资金支持

由中电云脑（天津）科技有限公司（简称“中电云脑”）联合天津大学共同研发的国产首款脑机编解码集成芯片——“脑语者”是一款拥有完全自主知识产权的国产高集成脑-机交互芯片，可适用于特种医学、康复医学、脑认知、神经反馈、信号处理等脑-机混合智能的重点应用领域。“脑语者”芯片是中国电子信息产业集团（简称“中国电子”）和天津大学

面向日益复杂多样的电子产品应用场景，电子设备的小型化进程不断加快，对于高集成、多模式、多功能的芯片需求飞速高涨。本项研究成果针对生物医疗电子、个人无线体域网、近距离无感支付、车载定位、战场实时感知、无人机导航等应用需求，提出一种超宽带无线通信兼具FMCW雷达测距的复合型收发机创新性结构。收发机采用超宽带射频调频+可再生型鉴频技术，实现通信及雷达的共架构方案；提出多相中频时差测距机理，将分辨率提高2个数量级，达到mm级精确测距，动态范围扩大4倍；射频前端基于电流共享技术，实现射频振荡器+功放、低噪放+鉴频+混频的一体化实现，系统功耗优化40%；提出子载波发生器+频率校正环路的数字化复用结构，发射机可半数字化实现，从而得到一款支持无线数据传输、时差/频差/相差雷达测距的极低功耗复用型收发芯片。 图1.研制的通信+雷达集成收发机芯片显微照片