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基于高通量肿瘤转移类器官的精准用药评价平台
【痛点问题】 据世界卫生组织国际癌症研究机构(IARC)报道,中国患癌人数已居全球第一,2020年新发癌症病例457万例,癌症死亡病例300万例,其中死于恶性转移的癌症患者高达90%,因此研究癌症转移分子机制能够进一步探明恶性肿瘤的生物学本质,为精准癌症治疗提供理论依据。 近年来以类器官等拟人化模型为代表的功能性检测技术为临床研究和药物开发带来新的选择。2021年科技部下发的《关于对“十四五”国家重点研发计划6个重点专项2021年度项目申报指南征求意见的通知》中,把“基于类器官的恶性肿瘤疾病模型”列为“十四五”国家重点研发计划中首批启动重点专项任务。2021年国家药监局药审中心发布的《基因修饰细胞治疗产品非临床研究技术指导原则(试行)》中提到,当缺少相关动物模型时,可以采用类器官开展药品有效性和安全性的评估。2022年美国众议院通过法案《2022年食品和药品修正案》,首次将包括类器官在内的微生理系统作为独立的药物非临床试验评估体系纳入法案,与动物模型等视为同等重要的研究手段。 【成果介绍】 本项目组在肿瘤类器官技术的基础上首创癌症转移类器官培养系统,可根据客户提供的不同器官的CT扫描图像,利用3D打印技术制备个性化的支架,模拟相应癌组织的内部三维结构。独创的细胞外基质替代物,可发挥有效的促细胞黏附和分泌蛋白的作用,通过取代昂贵的进口胶原材料大幅降低生产和存储成本。本项目组已开发出第一代基础款骨转移和肺转移类器官培养系统,并完成高通量制备(图1),在骨肉瘤类器官和乳腺癌肺转移类器官的构建上取得成功,在特异性生物标志物的检测上与临床样品的相似度可高达80%以上。使用本产品可在体外完整重现癌细胞在转移中的形变、增殖、运动等全过程,有望逐步取代用于机制研究和药物筛选的动物模型。 核心技术包括: ① 原位癌和转移癌微环境的模拟 根据常见肿瘤转移灶的特点,本项目组使用生物材料模拟对应的组织结构和功能,再进一步进行转移癌肿瘤类器官的构建。目前已经成功构建骨肉瘤原位癌类器官、乳腺癌骨转移类器官和乳腺癌肺转移类器官。 ② 复杂肿瘤类器官的构建 在新鲜肿瘤细胞经体外3D培养的基础上,通过生物医学工程手段构建包含多种细胞和组分的微生理系统,实现对肿瘤实体、免疫微环境和血管化的多角度模拟。 ③ 高通量药物筛选与评价平台 利用本项目搭建的药物评价平台,模拟真实的药物测试环境,可以进行不同类型肿瘤药物的敏感性检测。本项目组开发的第一代基础款的肿瘤骨转移和肺转移类器官培养系统,初步实现了复杂肿瘤类器官的批量化构建。在特异性生物标志物的检测上与临床样品的相似度可高达80%以上,使用本产品可在体外完整重现癌细胞转移的全过程。 【竞争优势】 本项目组开发的肿瘤类器官,旨在实现癌症转移微环境的体外有效模拟,为抗肿瘤药物的个性化筛选提供廉价有效的新方法。凭借“用户友好、价格亲民、存储方便”三大优势(图2),更便于在科研院所、医院、制药企业推广普及。 【资质荣誉】 湖北省博士后创新创业大赛优胜奖(2023); 第九届“求是杯”大学生课外学术科技作品竞赛三等奖(2023); 第四届医学3D打印技术与临床应用全国创新大赛一等奖(2022); 华中科技大学第十二届“求是杯”大学生创业计划竞赛优秀奖(2022)。 【发展规划】 ① 初期 定点选择高校、研究所、医院和制药企业,向从事癌症研究和药物筛选评价的一线研发人员提供免费的试用产品,旨在将“取代动物实验”的新型类器官产品的理念进行有效渗透,同时收集研究人员使用产品后的反馈意见。 ② 发展期 经过初期的产品使用和意见反馈,对产品进行优化调整,形成行业咨询报告;积极推动“基于肿瘤转移类器官的精准用药评价平台”的商标专利和相关生产工艺的知识产权获取的进程;启动融资和生产扩大化。 ③ 壮大期 利用该产品“价格低”、“货期短”、“使用方便”等优势,形成能够与进口Matrigel、Transwell等产品对峙的半壁江山;进行多轮融资,为上市做准备。 ④ 成熟期 一方面将“骨转移和肺转移类器官药物评价平台”发展成国内从事癌症转移研究必备的明星产品,另一方面根据用户需求打造个性化定制方案,实现“基础研究+临床试验+市场推广+用户反馈”全流程服务;完成公司上市。 【专家介绍】 刘熙秋副教授,华中科技大学同济医学院药学院副教授,研究方向为体外疾病模型的构建。华中科技大学海外引进人才、湖北省回国科技人员创业促进会成员、欧洲癌症研究协会大使、中国生物医学工程学会高级会员、广东省精准医学应用学会类器官和器官芯片分会委员。2007年和2012年于中国科学技术大学取得生命科学学士和生物材料博士学位,2012-2016年任法国国家科学院研究员。以第一作者或通讯作者发表高水平SCI论文20余篇,其中包括Advanced Materials, Biomaterials,  Journal of Controlled Release等国际一流期刊,出版英文专著1部。近5年主持国家自然科学基金2项、湖北省自然科学基金2项、华中科技大学校级基金2项,授权专利2项。担任英文期刊《Materials Today Bio》和《Acta Materia Medica》编委、广东省科技咨询专家库候选专家、中国深圳创新创业大赛评委等职务。曾获中国科学院院长奖、2021湖北省科学技术进步一等奖、第三届“花果山英才”创新创业大赛二等奖等荣誉。
华中科技大学 2023-07-11
一种方便转移细胞的细胞共培养培养瓶
本实用新型公开了一种方便转移细胞的细胞共培养培养瓶,培养瓶的瓶体被间隔部件分隔为两个培养室,每个培养室的侧壁上分别设置有培养瓶口,培养瓶口连接密封瓶口的密闭盖,所述间隔部件设置有可连通两个培养室的连通机构,所述连通机构设置可隔断两个培养室通路的封闭机关,所述培养室的侧壁上还设置有可改变培养室内部气压的变压部件,培养室的底面为双层结构,上层结构为位于培养室内的为弹性薄膜,下层结构为位于弹性薄膜下方的刚性支撑板,关闭密闭盖封闭瓶体,且培养室的变压部件使培养室内产生负压情况下,弹性薄膜隆起,在弹性薄膜和刚性支撑板之间形成封闭空腔。该细胞培养瓶能够实现细胞的共培养,同时方便转移瓶体内的细胞。
青岛农业大学 2021-04-13
一种柔性电子制备、转移与封装系统及方法
本发明公开了一种柔性电子制备、转移与封装系统及方法,该系统包括基板转移模块、柔性电子制备模块、激光剥离模块以及封装与装卸模块,基板转移模块用于拾取基板并放置到柔性电子制备模块上,然后将制备好的柔性电子连同基板一起转移到激光剥离模块,最后从激光剥离模块上取回被剥离的基板;柔性电子制备模块用于在基板上完成柔性电子的制备;激光剥离模块用于将制备好的柔性电子与基板分离;封装装卸模块用于将需封装的产品放在封装模块上,并将从基板上剥离的柔性电子封装在产品上,最后将封装好的产品取下。所述方法利用所述系统进行柔性电子的制备、转移与封装。本发明大大缩小了系统的体积,减少了中间环节,节约了空间,提高了生产效率。
华中科技大学 2021-04-14
智能应用片上系统(SOC)系列芯片
项目简介: 针对设备如何正确理解人类的逻辑和时序知识,并将获得的知识便捷的转换为当前计算机体系的执行代码的问题,设计了用于智能应用的SOC芯片。此芯片由当前通用微处理器和相应的固件构成,固件由操作系统、类似人脑树突学习和推理的新型思维模型和通用通信模块构成,SOC系列芯片可以解决认知人类逻辑、时序思维的问题,具备了一定的认知智能。系列芯片可分无带代码编程的控制芯片,无代码编程的总线与网络通信芯片,低代码编程的运动控制芯片,制造业核心控制设备本质安全芯片等几个系列的芯片。 技术的创造性与先进性、创新要点: 01)、提出了类人思维计算理论方法 02)、有别于冯诺曼和哈弗结构的计算机运行架构  a、传统的计算机程序由程序员完成,新的框架和机制要求计算机 程序由使用者经过简单培训便可完成,改变了目前程开发模 式。  b、应用开发过程可直接认知和理解以人类思维描述的开发目标 几乎无需编写代码,与现有单片机、PLC等开发模式完全不同, 具备了认知人类知识和经验的高等级人工智能功。 c、与现有的开发模式和开发工具相比,对开发人员专业技能要求大大降低,应用开发效率极大提高。 03)、以人类思维的视角而非二进制运算的模式进行计算机数据的处理。 获奖情况: 获2016年山东省科技进步一等奖
山东大学 2021-05-11
集成国产处理器的SoPC芯片
目前,国产集成电路“缺芯少减”的现象非常严重,特别是在编程逻辑器件被美国几家著名大公司所垄断.国内与固外差距巨大,可编程器件目前广泛应用于通信航天航空导航遥感遥测。大的应用需R和发展前展。本项目针对嵌入了处理器的SoPC芯片(SystemonPogrammableChip)具有该现状,与成都华微公司合作,研制了完全自主可控的SoPC芯片。
电子科技大学 2021-04-10
LED 芯片高速自动检测机
1.本外观设计产品的名称:LED 芯片高速自动检测机。2.本外观设计产品的用途:用于对 LED 芯片的电性能及光学性能执行自动检测的装置。3.本外观设计的设计要点:检测机的整体形状和图案,及其操控键的形状和分布。4.最能表明设计要点的图片或者照片:立体图。5.该装置的顶面和底面未涉及产品设计要点且不常见,故省略俯视图和仰视图。
华中科技大学 2021-04-11
基于国产芯片的网络分流、过滤设备
近年来,受到国际网络安全环境的影响,网络安全越来越受到关注。对于网络中的关键设备和节点,需要采用高效、可靠的网络数据过滤设备来消除安全隐患。传统的网络过滤设备为了提高性能采用了国外公司的芯片方案进行系统设计,在提高系统有效性的同时却带来了芯片层次的安全威胁。随着相关国产芯片成熟度的提高和芯片层级的安全性威胁的加大,开发基于国产芯片方案的网络处理、过滤设备的紧迫性变的越来越大。由于国产芯片跟国外同类芯片比较性能还有差距,为了提高基于国产芯片的网络过滤设备的性能需要在系统架构和并行处理方面进行更多研究,以满足高速数据处理的需要。 本设备基于国产芯片方案,实现高性能网络分流和过滤,具有和服务器平台交互的PCIE接口,4个千兆以太网接口,具有向万兆网络平滑过渡的能力,设备核心芯片模块均采用国产芯片,设备处理能力达到千兆以上。
济南大学 2021-04-22
智能应用片上系统(SOC)系列芯片
项目成果/简介:项目简介:针对设备如何正确理解人类的逻辑和时序知识,并将获得的知识便捷的转换为当前计算机体系的执行代码的问题,设计了用于智能应用的SOC芯片。此芯片由当前通用微处理器和相应的固件构成,固件由操作系统、类似人脑树突学习和推理的新型思维模型和通用通信模块构成,SOC系列芯片可以解决认知人类逻辑、时序思维的问题,具备了一定的认知智能。系列芯片可分无带代码编程的控制芯片,无代码编程的总线与网络通信芯片,低代码编程的运动控制芯片,制造业核心控制设备本质安全芯片等几个系列的芯片。技术的创造性与先进性、创新要点:01)、提出了类人思维计算理论方法02)、有别于冯诺曼和哈弗结构的计算机运行架构 a、传统的计算机程序由程序员完成,新的框架和机制要求计算机程序由使用者经过简单培训便可完成,改变了目前程开发模式。 b、应用开发过程可直接认知和理解以人类思维描述的开发目标几乎无需编写代码,与现有单片机、PLC等开发模式完全不同,具备了认知人类知识和经验的高等级人工智能功。c、与现有的开发模式和开发工具相比,对开发人员专业技能要求大大降低,应用开发效率极大提高。03)、以人类思维的视角而非二进制运算的模式进行计算机数据的处理。获奖情况:获2016年山东省科技进步一等奖应用范围:2019年工信部的报告中提到,2019年工业互联网产值达4800亿,并拉动2万亿的增长,而我们的芯片可以直接应用于工业互联网物联网,我们的SOC芯片是支撑物联网的基础。此芯片不仅能够为智能制造、高端装备提供不同功能的智能SOC,又可以以此为核心生产智能设备,还可以提供工业互联网物联网领域的整体解决方案;方案已经应用于智能楼宇综合管理系统,智慧建造智能管控系统,办公楼宇智能节能管理系统,智慧气象综合管理系统等,不仅能解决客户的智慧应用问题,还能完全替代国外控制领域的核心产品,从而不被卡脖子。技术成熟度:可以量产
山东大学 2021-04-10
关于硅基光量子芯片的研究
北京大学物理学院“极端光学创新研究团队”王剑威研究员和龚旗煌院士领导的课题组,与英国、丹麦、奥地利和澳大利亚的学者合作,实现了硅基集成光量子芯片上的多体量子纠缠和芯片-芯片间的量子隐形传态功能,为芯片上光量子信息处理和计算模拟的应用,奠定了坚实的基础。相关研究成果于近日发表在国际顶级物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技术,结合了量子物理、量子信息和集成光子学等前沿学科,通过半导体微纳加工制造高性能且大规模集成的光量子器件,实现对光量子信息的高效处理、计算和传输等功能。其中,利用硅基平面光波导集成技术的光量子芯片具有诸多独特优势,包括集成度高、稳定性好、编程操控性优越和可单片集成核心光量子器件等,因此被认为是一种实现光量子信息应用的重要手段之一。 A. 硅基量子隐形传态和多光子量子纠缠芯片的示意图,左上角为集成量子光源的电子显微镜图;B. 量子隐形传态的量子线路图;C. 量子纠缠互换的量子线路图;D. GHZ纠缠制备的量子线路图 北京大学研究团队与布里斯托尔大学、丹麦科技大学、奥地利科学院、赫瑞-瓦特大学和西澳大利亚大学科研人员密切合作,在硅基光量子芯片技术和应用方面取得了突破性进展。研究团队发展了一种基于微环谐振腔的高性能集成量子光源,通过硅波导的强四波混频非线性效应,实现了光子全同性优于90%、无需滤波后处理的50%触发效率的单光子对源,达到了对4组微腔量子光源阵列的相干操控,片上双光子量子纠缠源的保真度达到了92%。团队实现了关键的可编程片上双比特量子纠缠门,可以按照功能需要切换贝尔投影测量和量子比特焊接操作,通过量子态层析实验确认了高保真的双比特纠缠操作。 研究团队在单一硅芯片上实现了高性能量子纠缠光源、可编程双比特量子纠缠门,以及可编程单量子比特测量的全功能集成,进而实现了三种核心量子功能模块——芯片上四光子真纠缠、量子纠缠互换、芯片-芯片间的高保真量子隐形传态。通过对两对纠缠光子对进行量子比特焊接操作,团队实现并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子纠缠的存在;通过对两对纠缠光子中各一个光子进行贝尔投影操作,实现了量子纠缠互换功能,使来自不同光子源的光子间产生了量子纠缠;利用两个芯片间的量子态传输和量子纠缠分布技术,实现了两个芯片间任意单量子比特的量子隐形传态,达到了近90%的隐形传态保真度。 团队研制的硅基多光子量子芯片尺寸仅占几平方毫米,比传统实现方法小了约5-6个数量级,不仅达到了器件的微型化,同时具备了单片全功能集成、器件编程可控、系统性能优越等特点,其中量子隐形传态保真度优于已报道的其它物理实现方法。多体量子纠缠体系的片上制备与量子调控技术,为片上量子物理基础研究和片上光量子信息处理传输、量子计算模拟的应用提供了重要基础。
北京大学 2021-04-11
柔性薄膜组装集成芯片传感器
硅芯片是当代信息技术的核心,当前正向“深度摩尔”(More Moore)和“超越摩尔”(More than Moore)两个方向发展。物联网(IoT)应用是“超越摩尔”技术路线中相当重要的一环,需要数量巨大的集成电路芯片来分析处理来自外部传感器件的海量信号。目前,大多数传感信号采集器件和信号处理单元均为分离设计,将在整体上产生更大功耗并占据更大的空间。由此,复旦大学材料科学系教授梅永丰课题组提出了将信号检测和分析功能集成于同一个芯片器件中的全新概念。作为演示,研究团队将单晶硅薄膜柔性光电晶体管与智能薄膜材料相结合和组装,构造了对不同环境变量进行检测和分析的柔性硅芯片传感器及其系统。这一思路不仅具有优异的可扩展性,还可与当前集成电路先进制造工艺相兼容。5月2日,相关研究结果以《面向智能数字灰尘的硅纳米薄膜光电晶体管多功能集成传感器研究》(“Silicon Nanomembrane Phototransistor Flipped with Multifunctional Sensors towards Smart Digital Dust”)为题发表在《科学进展》(Science Advances)上。研究团队从器件的传感机理入手,利用柔性薄膜组装集成芯片传感器,实现了多种环境参数探测功能的集成。图1:(A) 器件主要功能层示意图;(B) 贴附于曲面上的柔性传感器件阵列;(C) 智能传感器件功能区的光学显微照片;(D)用于湿度传感的集成系统构造图;(E) 氢气通入前后参比器件与检测器件的电流变化,红色为参比电流,蓝色为检测电流。智能材料在环境刺激中可以发生折射率、颜色、晶体结构等方面的光学性质变化,但一般需要光谱设备或比色卡才能进行比对。而翻转的硅薄膜光电晶体管由于没有栅极金属阻挡功能区域的光信号吸收,可以更容易获得高灵敏的传感特性。利用这一点,研究团队将多种智能薄膜材料贴合在器件功能区,智能材料内部物理性质变化引起了微小光学性能改变,从而表现在输出的光电流上,因此可以在同一个芯片上实现对多种不同信号的同时检测。图1A展示了传感器件典型的功能层结构,顶层的智能薄膜材料对环境刺激发生响应,进而改变下方硅单晶薄膜光电晶体管的输出信号。具有2微米厚的热氧化二氧化硅层则作为光电晶体管的封装,对下方器件进行保护。硅薄膜光电晶体管完全由晶圆级先进集成电路工艺方法制备而成,结合了传统硅基光电子器件的高性能和硅纳米薄膜超薄厚度下的优良柔性。图1B是贴附于半径仅为2毫米直径玻璃管上的柔性器件阵列,表现出良好的弯曲性能。图1C是单个器件功能区域的特写,在蓝色虚框部分集成不同智能材料即可实现对不同环境信号的检测。图1D是具有完备传感与数据处理功能的柔性系统合成图,包括传感与参比器件、逻辑与存储单元、信号放大器和电源。研究团队利用该系统实现了对环境中湿度的实时、快速检测,演示的信号为依次减小的三个湿度脉冲。整个过程中直接对环境变化做出响应的信号,即参比器件与传感器件输出电流随时间的变化如图1E中所示。当环境发生变化(如图所示通入氢气),传感器件的输出电流大幅增加,而参比电流保持平稳,再利用差分电路处理,即可给出所检测的环境参数的值。研究团队开发了将智能材料与光电传感结合的新颖传感机制,并将传感模块与后续信号处理等模块集成在一起,展示了其在气体浓度、湿度、温度等多种环境参数检测方面的能力,已经初步具备了未来的“智能数字灰尘”的雏形。该策略也可以应用于其他的数字传感系统,在后摩尔时代中将具有巨大的应用潜力。论文主要由李恭谨博士,博士研究生马喆和尤淳瑜合作完成,并获得韩国延世大学Taeyoon Lee教授和中科院微系统所狄增峰研究员的合作支持。该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委、复旦大学和专用集成电路与系统国家重点实验室等大力支持。
复旦大学 2021-04-11
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