12月4日，在第二届国家自然科学基金优秀成果北京对接会上，新材料、新一代信息技术和生物医药三大领域18项国家自然科学基金优秀项目成果参会，其中包含北京大学等9所在京单位的13项优秀成果，以及上海交通大学等4所京外高校院所的5项优秀成果。
这些优秀成果的项目负责人有强烈与企业合作的意愿，项目技术均较为成熟，具有很好的应用前景和市场潜力，且研究处于领域前沿，具有较高的孵化价值。同时，拥有授权国家专利或国际专利，短期内可转化为行业关键技术或在北京地区实现转移转化。
北京市基金办联合北京经济技术开发区邀请了领域对口、对前沿技术需求迫切、转化需求较大并且具有投资实力的孵化器、高新技术企业和投资机构参会，与上述优秀成果进行转化对接。
1.成果名称：钙钛矿层稳定性开发工程化技术
成果所有人：
北京大学工学院材料科学与工程系周欢萍研究员
成果简介：
基于在钙钛矿活性层中引入氧化还原铕离子对的原理，提高钙钛矿的本征稳定性，并在器件的使用寿命期间内循环修复缺陷的机理，优化离子对与钙钛矿材料的作用，使得离子对掺杂的电池在加速老化实验过程中的热稳定性、光稳定性、温度循环稳定性、最大功率输出点稳定性等参数都能达到产业化应用的基础指标。
应用前景:
基于在钙钛矿活性层中引入氧化还原铕离子对的原理，提高钙钛矿的本征稳定性，并在器件的使用寿命期间内循环修复缺陷的机理，优化离子对与钙钛矿材料的作用，使得离子对掺杂的电池在加速老化实验过程中的热稳定性、光稳定性、温度循环稳定性、最大功率输出点稳定性等参数都能达到产业化应用的基础指标。
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2.成果名称：单晶叶片智能生长控制系统+基于固—液界面稳恒推进的单晶叶片定向凝固方法
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上海交通大学材料学院夏明许副教授
成果简介：
本项目从高温合金单晶叶片生长的热场环境出发，建立了单晶叶片定向凝固过程的三维数值计算模型，提出了衡量单晶叶片生长环境优劣的温度场质量指数，以此为指导优化了模壳保温炉膛的三维尺寸，开发了拥有自主知识产权的HRS定向凝固装置及智能控制系统。基于以上，发明了基于固—液界面稳恒推进的单晶叶片定向凝固方法，该工艺的核心是建立了以固—液界面与水冷套的相对位置、固—液界面的极差与临界极差的相对值和固—液界面的推进速率与抽拉速度的相对值抽拉速度调整的判据。实践证明该方法可以有效的调整固—液两相区的高度，减小单晶缘板附近处杂晶出现概率。
应用前景:
本项目开发的拥有自主知识产权的HRS定向凝固装置及智能控制系统，从单晶生长的基础理论出发对传统的凝固装置进行了改革，该设备结构设计稳定、热场环境优良、自动化程度高，能够为高质量单晶叶片生产提供工艺支撑；本项目发明的基于固—液界面稳恒推进的单晶叶片定向凝固方法，使用数值模拟的方法，可针对不同型号的叶片开发特定的抽拉速度曲线，有效的调整固—液两相区的高度，减小单晶缘板附近处杂晶出现概率，本方法效果显著，工艺简单，具有较高的可执行性和应用前景。
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3.成果名称：低成本锌-镍-空气液流电池储能技术
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北京化工大学向中华教授
成果简介：
基于太阳能、风能和潮汐能等可再生能源往往具有不连续、不稳定、不可控等非稳态特性，在可再生能源发电量发生较大波动时，储能系统可以在瞬间吸收或释放电能，避免对电 的冲击，保证用户的用电质量，维护发电机组的正常运行，近年来中美日等国对储能技术研发和产业化应用的支持力度日益加大，其中，美国政府已将大规模储能技术定位为支撑新能源发展的战略性技术，并在资金扶持、补贴机制、投资税收等方面提供强有力的政策支持。日本政府则除直接支持前期研发外，还扶持了大量示范性项目以鼓励大容量储能技术的推广应用。中国国务院也发布了《能源发展战略行动计划2014~2020年》，指出要大幅增加风能、太阳能等可再生能源在能源消费中的比重。而作为能源结构调整的支撑产业和关键推手，储能技术也作为“重点创新领域”和“重点创新方向”之一写入国家级能源规划文件。
北京化工大学开发的锌镍空混合液流电池具有原材料储量丰富、价格相对便宜、能量密度高、氧化还原反应可逆性好，寿命长等优点，是极具应用前景的大规模储能技术之一。经过多年的研发，北京化工大学在关键材料、核心部件、电池结构、电堆系统等方面积累了丰富的经验，开发出高性能锌镍空混合液流电池样机（如图1），其效率＞75%，寿命＞1000小时，成本1500-2000元/kwh，拥有自主知识产权。
应用前景：
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4.成果名称：高效晶硅光伏电池随机微纳米倒金字塔绒面加工技术
成果所有人：
北京师范大学彭奎庆教授
成果简介：
低成本高效太阳电池的发展决定替代传统能源的主要能源是否是光伏以及替代速度。高效晶硅太阳电池的设计与制造方法主要依赖于电池表面陷光和钝化技术。自晶硅太阳能电池开始产业化以来，正金字塔制绒技术一直都是单晶硅电池唯一的产业化制绒技术。作为电池增效的共性关键技术之一，传统正金字塔绒面陷光技术限制了电池效率的进一步提升。在对硅腐蚀十余年深入研究及新现象发现基础上，彭奎庆教授课题组在国际上首次发明了随机微纳米倒金字塔绒面制备技术，实验和理论计算表明这种随机微纳米倒金字塔绒面拥有比常规正金字塔绒面更优越的陷光特性，是高效晶硅电池理想绒面。该技术实施过程简单，与现有光伏产线兼容，有望打破正金字塔绒面对单晶制绒市场半个世纪的垄断。
应用前景：
随机微纳米倒金字塔绒面拥有优越的陷光特性和较低的载流子复合优势，是高效晶硅电池理想绒面。技术属于国际首创，实施简单，有望在光伏产业获得规模化利用。
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5.成果名称：燃料电池与氢能关键催化剂
成果所有人：
北京大学郭少军教授
成果简介：
阻碍燃料电池商品化的最大障碍是阴极氧还原的动力学缓慢。商品化的C/Pt催化剂远远不能满足于实际需求。我们获得了目前国际上最好的低Pt催化剂之一和最好的Pd基催化剂，相应成果发表在Science 2016和Nature 2019，催化剂有望实现批量生产。
应用前景：
将在燃料电池和氢能催化领域具有很好的应用前景
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6.成果名称:固态锂电池用高性能固态电解质材料的低成本、批量化制备技术
成果所有人：
清华大学材料学院汪长安教授
成果简介：
该成果提供两类低成本批量化制备锂离子固态电解质的方法，可用于全固态锂电池使用。技术之一是：氧化物陶瓷固态电解质的制备技术，采用固相合成和常压烧结或者热压烧结工艺，通过优化原料配比和制备工艺，可以制备出致密度高、锂离子电导率高的无机氧化物陶瓷固态电解质。技术之二是：提出了一种无溶剂的有机-无机复合电解质的改性和复合一体化的制备技术，可大规模制备有机-无机复合固态电解质膜。该方法克服了常规的溶剂浇注法成本高、效率低、环境污染、纳米粒子团聚和残余溶剂影响的问题；同时不需要考虑各组分的溶解性问题，既避免了可能的副反应，又杜绝了纳米颗粒因为表面能的差异在溶剂中可能发生的团聚现象，并且对原料选择具有广泛的适用性，可以在很短的时间内混合均匀，且不需要干燥。本成果所得有机-无机复合固态电解质在微观形貌上，无机颗粒分布更加均匀，热稳定性和电化学稳定性更好，对水分敏感的电解质颗粒表面的碳酸锂生成更少。
应用前景：
该项目成果制备的氧化物陶瓷固态电解质具有高的致密度和高的锂离子电导率，可用于固态锂电池使用，或者作为有机-无机复合电解质的无机原料使用。本项目提出的有机-无机复合电解质的制备工艺，可以在不需要溶剂的情况下，在很短的时间内实现无机填料和有机聚合物的均匀混合，可以低成本、大规模制备有机-无机复合固态电解质膜，在锂离子电池、固态锂电池和柔性锂离子电池上都有很好的应用前景。
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7.成果名称:云调度无人机-无人车空地协同控制系统
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北京理工大学夏元清教授
成果简介：
本系统基于智能云服务技术，针对多无人机-无人车空地协同控制问题，将各控制任务上传至云端，利用容器化弹性云计算技术对各控制计算任务工作流进行调度执行，最小化执行时间，设计控制算法，保证多无人机-无人车系统协同完成任务的高效性和稳定性，形成一套空地协同云控制方案。云调度无人机-无人车空地协同控制系统框架
本系统可实现以下目标：
应用前景：
无人机与无人车协同调度云控制技术是未来国家电子信息系统发展的重要方向之一，是实现多系统控制协同，云端服务的重要平台。《北京市“十三五”时期信息化发展规划》明确提出“加快人工智能、认知计算、增强现实、5G、未来 络、空天地一体化 络等前沿的共性关键技术攻关和产业化，培育产业发展新潜力”。 无人机与无人车协同调度云控制系统可以保证对偏远、不利于建设地面基站地区的监测正常进行。在民用方面，可以应用于灾后搜救、森林防护、野生动物监测、3D 测绘、地质勘探；在军用方面，空地协同装备除可用于侦察任务外，还可用于多用途情 、监视和侦察、大范围搜索和摧毁等高危军事任务。无人车可以近距离精准地定位地面目标，并执行相关任务，但视野范围却极为有限；而无人机的飞行高度虽然制约了其对地面目标信息获取的精度，但相比无人车则具有了广阔的视野和更快的速度。因此，可以利用无人机与无人车在通信、负载能力等方面优势互补构建空地协同系统，以显著提高整个系统的灵活性和对未知环境的适应性，极大提高系统的任务执行程度和完成效率。除此之外，无人机与无人车协同还可以有效地构建出空地多层次 络，获得完整的环境感知能力。这使得通过二者间的协作执行任务具有明显优势，对于无人装置完成复杂任务与提高效率有着重要意义
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8.成果名称: 城市污水处理优化运行控制
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北京工业大学乔俊飞教授
成果简介：
城市污水处理优化运行控制技术在基础理论与工程应用方面并重，多项技术指标达到国际领先水平。成果在自动化学 、Automatica、IEEE Transactions on ControlSystems Technology等国内外著名刊物发表；获授权美国/中国发明专利、实用新型专利、软件著作权。并在多家城市污水处理厂成功应用
应用前景:有效解决城市污水处理过程控制的难点（水质与水量波动大，时变与不确定性特征显著），实现全流程动态优化控制，吨水处理电耗平均降低5%左右。对污水处理企业提供控制模块升级，对污水工控集成商提供核心算法模块。可提高我国城市污水处理行业自动化水平。
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9.成果名称:硅基光学神经 络芯片
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中国科学院半导体研究所潘教青研究员
成果简介：
近年来，神经 络技术迅速发展，广泛的应用于图像处理、自然语言处理等领域。芯片技术的进步对于神经 络技术的发展有着重要的推动作用。随着摩尔定律发展减缓以及冯·诺依曼架构瓶颈凸显，传统电芯片技术面临着日益严重的能耗等问题。与电子相比，光子具有高速度、高带宽、低功耗的优势，因此通过光学芯片实现神经 络计算，可以有效的提升计算速度，降低计算功耗。
设计了一款基于相干探测的硅基光学神经 络芯片。芯片共分为五部分，包括光源输入、分束器阵列、输入调制阵列、权重调制阵列和平衡光电探测器阵列。输入调制阵列和权重调制阵列各由64个硅基马赫曾德干涉仪组成。经过调制的光束在平衡光电探测器阵列中实现输入数据与权重参数的光电乘法。芯片共有128个马赫曾德干涉仪和64组平衡探测器，单次可进行128个参数设置。
所设计的硅基光学神经 络芯片系统由光学部分和电学部分两部分组成。光学部分包括光源输入和光学神经 络芯片运算。电学部分包括DAC、ADC、存储模块、控制模块等。通过DAC设置硅基光学神经 络芯片的参数。ADC将硅基光学神经 络芯片计算所得结果进行模数转换。运算模块以电学方式实现神经 络中的加和运算和非线性函数变换，所得结果作为新的输入数据在硅基光学神经 络芯片中进行下一步的处理。控制模块对电学部分的组成单元进行控制，确保神经 络运算的有序进行。
应用前景：
人工智能芯片的市场规模逐年递增，根据Gartner预测，2023年全球人工智能芯片市场大概为340亿美元。光学神经 络芯片具有高速度、高带宽、低功耗等优点，在未来有希望应用于许多面临性能瓶颈的深度学习场景。
在光学神经 络芯片的已有研究工作中，主要利用光学神经 络芯片实现全连接神经 络运算。近年来出现利用光学神经 络芯片实现卷积神经 络运算的概念性探索研究工作，进而完成图像分类、物体检测等任务。
光学神经 络芯片有希望应用于数据中心等云端场景，也有希望应用于自动驾驶、无人机、智能机器人等多个终端场景，如自动驾驶领域的车道线、障碍物、交通标志的识别，智能机器人的信号识别等。
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10.成果名称：光纤激光自混合干涉位移在线测量系统
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北京交通大学谢芳教授
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激光位移传感器在工业等领域应用广泛，有数据显示，我国激光位移传感器市场规模达120亿，且保持20％年增速，但99．87％激光位移传感器市场被国外产品占据。此外，激光干涉仪也应用广泛，需求保持15％年增速，但85%干涉仪市场被国外产品占据。面对激光位移传感器和激光干涉仪大量的需求及市场被国外产品占据的现状，我们在北京市自然科学基金资助下，研究了“光纤激光自混合干涉位移在线测量系统”，此测量系统具有激光位移传感器和激光干涉仪的功能，能够取代国外激光位移传感器和激光干涉仪，促使测量仪器国产化。
本测量系统的原理是：含二个谐振腔的光纤激光器的每个谐振腔内有掺铒光纤，经980nm激光泵浦，发出双波长激光。一波长投射至被测物体并被反射回谐振腔，与腔内光子形成测量自混合干涉信号，测量位移；另一波长被紧邻测量头的光纤光栅反射回谐振腔，与腔内光子形成补偿自混合干涉信号，补偿环境干扰，使测量系统适合在线测量。谐振腔对反射光的放大使系统能测低反射率物体，无需在被测物体上安装合作靶镜；柔性测量头安装方便，适应各种环境。
应用前景：
机械制造、汽车制造、智能设备、医疗设备、仪器仪表、物联 、科学前沿、国防等领域等行业有大量的需求。
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11.成果名称：自驱动心脏起搏器
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北京纳米能源与系统研究所李舟研究员
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植入式电子医疗器件，如心脏起搏器，电子耳蜗等可实现疾病治疗、信号监测、损伤修复等功能，具有重大临床需求和商业价值。目前植入式电子医疗器件主要依赖电池供电，存在电池耗尽、手术更换等风险。本项目对生物体内自驱动能源器件进行了研发，研制的柔性、可拉伸、高“力-电转化”性能的植入式体内供能器件，可解决目前植入式电子医疗器件使用寿命短、易损耗、信号传输受限等问题
应用前景：
基于本项目研究成果的共生型心脏起搏器的样机研制成功，该器件为国际首次实现依赖心脏自身跳动给心脏起搏器供电，目标是解决目前植入式电子医疗器件使用寿命短、易损耗和异物反应等问题，并不局限与心脏起搏器的应用，可作为多种植入式电刺激器、植入式生理信号监护设备和穿戴式医疗器件的持续能源供给，具有广阔的应用前景和向创新医疗器械转化的潜力。
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12.成果名称：低成本高容量去蜂窝大规模MIMO系统
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北京交通大学章嘉懿，艾渤教授
成果简介：
未来移动通信系统需持续提高频谱效率和能量效率，并提供低成本全区域均匀覆盖。以用户为中心的去蜂窝（Cell-Free）大规模MIMO系统突破传统蜂窝系统设计理念，通过拉近用户与天线之间的距离，深度挖掘宏分集增益，大幅提升用户体验，是极具潜力的研究方向。然而，该技术正处在起步阶段，存在硬件性能受限、导频数量受限、计算能力受限和回程容量受限等多维资源受限问题，亟待深入研究。本成果针对导频受限，提出基于图染色理论的导频优化策略；针对计算受限，提出基于深度学习的信道估计机制；针对容量受限，提出基于计算转发的回程链路设计方法，形成较为完整的去蜂窝大规模MIMO系统基础理论和关键技术，并已初步搭建原型系统进行演示验证。
应用前景：
去蜂窝大规模MIMO系统可实现低成本绿色全区域均匀覆盖，以高质量用户体验满足未来移动通信系统持续增长的需求。应用场景包括且不仅限于商场、体育场、车站、校园、游乐场、医院、高铁、工厂等热点区域。
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13.成果名称：自主产权高端化荧光探针
成果所有人：
北京大学陈知行研究员
成果简介：
荧光探针是应用于生命科学科学研究，细胞分选制备和医药开发及检测等领域重要的技术基础与手段。目前，该领域的相关技术主要都掌握在国外公司以及个别实验室中。陈知行团队在该方面已经有所突破，成功开发了新一代线粒体探针，相比于现有化学探针，新一代线粒体探针具有更低的光毒性，在成像效果上表现比现有探针要好5-10倍，相关结果已经发表在Chem Sci（影响因子9.35）。目前陈知行团队正在继续开发其他细胞器探针，金属离子探针，荧光染料探针，最终将实现荧光探针综合性能国际领先，该方向的自主化研发及生产。
应用前景：
用于生命科学研发，细胞分选和医药开发及检测等多场景应用。仅科研领域而言，预计中国2021年在荧光探针方面的需求为5亿元，以年复合增长率13.6%的速度增长，到2025年预计达到8亿元。在医疗及检测领域，预计2020年国内荧光探针的市场约为15亿。
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14.成果名称：基于VEGF-C的新型抗胶质瘤免疫疗法增进剂
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北京大学分子医学研究所罗金才研究员
成果简介：
罗金才领导的北京大学分子医学研究所血管生物学研究室团队揭示脑膜淋巴管具有引流脑肿瘤组织，介导免疫细胞从脑肿瘤迁移至颈部淋巴结，激活抗脑肿瘤免疫细胞等新功能，首次发现淋巴管内皮生长因子-C (VEGF-C）具有显著的抗脑肿瘤免疫疗效。本成果不仅有助于解决脑肿瘤免疫学的几个关键科学问题，而且为脑肿瘤治疗提供了极具潜力的新策略。
应用前景：
脑胶质瘤死亡率高，迄今为止，包括免疫疗法在内的新型生物医药疗效有限。因此，本团队开发的基于VEGF-C的新型抗胶质瘤免疫疗法增进剂应用前景广泛。
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15.成果名称：蛋白微针给药系统
成果所有人：
南开大学/天津工业大学 张拥军教授
成果简介：
蛋白微针给药系统。实现蛋白药物（例如胰岛素）的无痛透皮给药，给药迅速，药代/药效与注射给药相当。
应用前景：
现有蛋白药物均需注射给药。本成果可望取代这一痛苦的给药方式，实现胰岛素等蛋白药物的无痛给药，应用前景广阔。
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16.成果名称：血糖响应的胰岛素可控递送
成果所有人：
南开大学史林启教授
成果简介：
胰岛素等蛋白质在其贮藏及运输时很容易发生错误聚集而导致失活，另外在使用时也容易被体内的蛋白酶降解。本项目利用纳米分子伴侣保护胰岛素并抑制其错误聚集，提高了胰岛素的储存稳定性和热稳定性；纳米分子伴侣的PEG链段则有利于其长循环并减少蛋白酶对胰岛素的降解，胰岛素的体内半衰期提高3倍以上；负载胰岛素的链段在高血糖环境中会发生从疏水性到亲水性的转化，从而实现纳米分子伴侣对胰岛素的葡萄糖响应性释放和开关释放。针对1型糖尿病小鼠模型，负载有胰岛素的纳米分子伴侣表现出良好的血糖调控效果。
应用前景：
动物试验结果明显提高了胰岛素的稳定性和药效，有望用于糖尿病治疗。
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17.成果名称：一种新型高效的抗肿瘤纳米药物CB-PLG-NPs
成果所有人：
中国科学院长春应用化学研究所汤朝晖研究员
成果简介：
目前晚期肝癌治疗主要使用多激酶抑制剂和PD1免疫药物，但是疗效有限，晚期肝癌亟需更有效的治疗药物。本团队开发的康普瑞汀A4（CA4）与BLZ945共载纳米药物（CB-PLG-NPs）可在肿瘤血管周围富集，CA4选择性地破坏肿瘤血管，使肿瘤发生大面积缺血性坏死，同时，释放的BLZ945可诱导M2-TAMs的凋亡，降低肿瘤内M2-TAMs 数量，逆转免疫抑制微环境，从而实现CA4和BLZ945高效协同治疗肿瘤。CB-PLG-NPs是一种新型高效的全身治疗纳米药物，在晚期肝癌治疗领域极具潜力，并且，它与多种药物都具有协同抗肿瘤作用，可作为一种广谱的实体瘤治疗药物。
本团队开发了聚L-谷氨酸接枝聚乙二醇单甲醚药物载体（PLG-g-mPEG）并掌握了公斤级制备工艺技术包，进一步开发了PLG-g-mPEG复合顺铂纳米药物，该顺铂纳米药物技术已经授权给沈阳东星制药有限公司，正在合作开展临床前评价工作。PLG-g-mPEG也是CB-PLG-NPs所用的载体，为本纳米药物的中试放大顺利实施奠定了坚实的基础。
申请了系列与CB-PLG-NPs相关的国内外专利（CN201210391089.X、CN201610379051.9、CN201811572008.X、CN201910371027.4）。并发表了系列研究论文。
应用前景：
肝癌现有治疗药物主要包括三种口服多激酶抑制剂（MKIs）和三种PD1免疫药物。MKIs包括索拉菲尼、瑞格非尼、乐伐替尼。2007年索拉菲尼上市，SHARP研究显示，其相对安慰剂的生存期是10.7个月vs7.9个月，客观缓解率只有3.3%。2017年，瑞格非尼获FDA批准用于索拉菲尼治疗无效的肝癌患者。2018年乐伐替尼在日本、美国和欧洲被批准作为无法切除的肝细胞癌的一线疗法，与索拉菲尼相比，乐伐替尼在OS方面达到了非劣效性的统计学标准。PD1免疫药物包括：BMS的PD-1单抗Opdivo（Nivolumab）、MSD的PD-1单抗Keytruda（Pembrolizumab）、恒瑞的卡瑞利珠单抗（商品名：艾瑞卡）。2020年，卡瑞利珠单抗获批为：接受过索拉非尼治疗和/或含奥沙利铂系统化疗的晚期肝细胞癌患者的二线治疗，这是第一个在国内获批的晚期肝癌治疗的PD1免疫药物。而Opdivo和Keytruda在美国获批肝癌适应症但在国内并未获批。卡瑞利珠单抗虽然开启了我国晚期肝癌的免疫治疗时代，但是相对过往治疗方案，控制率及生存期等关键数据都并没有特别大突破：14.7%的患者肿瘤显著缩小，所有患者的中位生存期是13.8个月。目前晚期肝癌治疗仍然困难重重。
CB-PLG-NPs纳米药物将有广阔应用前景。每年全世界肝癌发病约40万例，中国发病约40万例，其中晚期占80%。目前晚期肝癌治疗总体仍然缺医少药，与现有肝癌治疗药物相比，CB-PLG-NPs具有独特的抑瘤机制，它不仅仅能够通过联合用药提高现有药物的治疗效果，而且可能在现有药物无效的情况下仍然取得显著治疗效果，能够为晚期肝癌患者提供亟需的有效治疗手段。因此，CB-PLG-NPs对肿瘤的治疗广谱、有效，具有广阔应用前景，可以取得较大社会和经济效益。
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18.成果名称：肿瘤的早期检测影像探针
成果所有人：
南京大学蒋锡群教授
成果简介：
通过创新性的设计，利用肿瘤部位的酸性和乏氧，将检测信号串联放大，实现对肿瘤组织和肿瘤转移的特异性检测。该探针也是国际上首个可在实体瘤形成前对活体肿瘤细胞进行成像的超灵敏的高分子光学探针，对活体肿瘤细胞的检测线最低可至1000个肿瘤细胞。该工作被Nature官 选为近年代表性光学影像探针工作之一。
应用前景：
所发明的肿瘤影像探针可实现对肿瘤细胞、肿瘤组织和肿瘤转移灶的超灵敏的特异性检测，在1）肿瘤早期检测、2）手术导航、3）手术样本评估和4）药物治疗效果评价等多个方面具有较高的应用前景。
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