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01. 成果簡介 世界上有數以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復方法，其通常需要安裝在口內喉部，由肺部發出的氣流經過舌、唇的調制，引起人工喉膜片振動，使其發出語音信號。然而，現有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發音模糊，訓練周期長，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優異的新型人工喉的器件及系統研究。 本成果團隊研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發系統集成、動作監測系統、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發聲系統方面有了雙重突破，實現了石墨烯的器件級應用至系統級應用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統和發聲系統連接起來，實現了聲音輸入到輸出的閉環，并可以通過示波器實時觀測喉部運動情況。接著，通過與單片機的結合，該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音，實現了動作發聲系統。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實現了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進行體積更小及功能更多的集成，有望實現像“創可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。圖1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統02. 應用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發聲于一體，可直接貼附于失語者喉部，并將喉部的不同動作轉化為對應聲音，有望幫助失語者正常與他人“交談”。在未來，該器件將與聲紋識別、機器學習等技術結合，在語音識別、家庭醫療等領域具有廣闊前景。03. 知識產權 已獲得國家發明專利授權2項。04. 團隊介紹 本成果項目團隊負責人為任天令教授，清華大學信息科學技術學院副院長，教育部長江學者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，清華大學環境與健康傳感技術研究中心副主任。擔任IEEE電子器件學會副主席（中國大陸首次）、國際微電子領域頂級學術會議IEDM執委（中國大陸首次）、IEEE電子器件學會教育委員會主席（中國大陸首次）、中國微米納米技術學會理事等。近年來，承擔國家自然科學重點基金、國家重大科技專項、國家公益性行業科研專項、國家重大儀器專項、國家863計劃、國家973計劃等多項國家重要科技項目，做出一系列具有重要國際影響的創新學術成果。主要研究方向為智能微納電子器件、芯片與系統，包括：智能傳感器與智能集成系統，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統，智能信息器件與系統技術等。在國內外重要學術期刊和會議發表重要SCI期刊論文400余篇，國際微電子領域頂級學術會議IEDM論文11篇；獲國內外發明專利70余項，入選2018年愛思唯爾（Elsevier）“中國高被引學者”（微電子領域唯一入選者）。獲2018年電子學會自然科學一等獎，“石墨烯智能人工喉”榮獲科技導報評選的2017“中國十大重大技術進展”，“人工智能微納電子器件”榮獲2017“清華大學十大重大學術成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全國科技活動周被評為“最受公眾喜愛項目”，還入選2018年中國國際智能產業博覽會十大“黑科技”創新產品（從1082項創新產品中脫穎而出）。團隊成員有副教授、助理教授、助理研究員等7人。05. 合作方式 技術許可。06. 聯系方式 郵箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

團隊以深地工程地質災害預警與防控為切入點，將微震監測、智能云與新型支護技術相融合，打造了一套從底層算法到頂層智能物聯網算法完整的解決方案，最終實現了 “精準監測”到“云端預警”再到“智能防控”。  一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 李想 環工院/土木水利 2020.09-2023.06 曾俊 環工院/建筑與土木工程 2019.09-2022.06 馬佳驥 環工院/地質工程 2019.09-2022.06 吉翔 環工院/土木水利 2020.09-2023.06 盧向前 環工院/地質資源與地質工程 2020.09-2023.06 喻妮 環工院/土木工程 2020.09-2023.06 代坤坤 環工院/土木工程 2021.09-2025.06 文倩 商學院/應用經濟學 2019.09-2022.06 彭豐 環工院/土木工程 2020.09-2024.06 李超飛 環工院/地質工程 2020.09-2024.06 宋濤 環工院/地質工程 2017.09-2023.06 張航 環工院/土木工程 2016.09-2022.12 鄧葉林 環工院/土木工程 2019.09-2022.06 馬俊杰 環工院/地質工程 2019.09-2022.06 朱玥 商學院/應用經濟學 2021.09-2023.06 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 馬春馳 環工院/ 無/副教授 隧道與地下工程 李天斌 環工院/ 院長/教授 隧道與地下工程 朱星 環工院 無/副教授 邊坡工程 崔圣華 環工院 無/講師 地質工程 楊曉軒 環工院 無/助教 無 趙偉華 環工院 系主任/副教授 邊坡工程 四、項目簡介 團隊以深地工程地質災害預警與防控為切入點，將微震監測、智能云與新型支護技術相融合，打造了一套從底層算法到頂層智能物聯網算法完整的解決方案，最終實現了 “精準監測”到“云端預警”再到“智能防控”。 根據國家西部大開發、扶貧開發、川藏鐵路、國防重大專項深地工程項目等重大戰略相繼開設，未來將有超過5.2萬億元的市場容量。①自主研發一套以傳感器—采集站—便攜檢測儀—云平臺為一體的高精度的微震監測系統。②基于智能云構架+MOC多輸出技術+BIM，研發了深地災害智能預警與防控云平臺。 ③自主研發了深地災害新型支護裝置。已完成智能預警與防控云平臺的研發設計，以及四個核心設備+三種新型支護裝置的小規模生產，具有專業背景的數據分析團隊已通過云平臺遠程處理監測數據。本項目正對硬件產品進行投入生產，計劃于2023年完成軟硬件的升級，2024年上線深地工程地質災害大數據云平臺，2025年實現掌上云技術。學生團隊已發表30篇高水平論文，申請發明專利18項，新型實用專利12項，軟件著作權5項，獲10余項國家、省部級創新創業類競賽獎勵。依托學校平臺已完成或參與國家、省部級項目10余項，合同總價值超千萬元，并獲得央視報道，引起了國內外社會的高度關注。

該成果榮獲2009年度重慶市自然科學獎一等獎,項目建成了世界最大和最豐富的家蠶突變基因資源庫, 共保存遺傳系統700余個，覆蓋國際現存的95% ;新建立家蠶資源系統400個;發現新突變基因60余個，占 同期國內90%以上、國際70%以上。通過對重要突變基因資源的研究取得了重要創新結果，包括闡明65個新 突變基因的遺傳模式，確定了50個的所屬連鎖群（染色體）,定位40個基因；建立了27連鎖群的標記基因; 建立了230多個形態基因的連鎖標記體系等。構建了世界第一套完整的家蠶近等位基因系，首次建立了3個重 要品系高純度近交系，繪制了家蠶SADF. RAPD, AFLP. SSR等分子連鎖圖譜6張，構圖分子標記2756 個，繭質性狀QTLsll個，研究了一批重要突變基因的功能等。項目所取得的研究成果使我國家蠶遺傳資源研 究整體上達到國際領先水平,并為我國蠶業科學研究提供了強大的資源支撐。目前每年有大約50個機構索取 基因庫資源進行科學研究，年使用頻率超過500份次。家蠶基因資源庫建立和突變基因研究奠定了蠶學基礎 研究、產業研發、高層次人才培養的重要基礎，將對家蠶功能基因組學、實驗生物和鱗翅目害蟲模式等前沿 研究產生深遠影響。

該技術可利用人體自身存在的機制進行RNA的單堿基編輯，避免了任何由于表達外源效應蛋白而引起的潛在問題。 新型基因編輯技術（魏文勝團隊） 　　LEAPER (Leveraging Endogenous ADAR for Programmable Editing on RNA)是一類具有我國自主知識產權的新型基因編輯技術，該技術可利用人體自身存在的機制進行RNA的單堿基編輯，避免了任何由于表達外源效應蛋白而引起的潛在問題。LEAPER技術具有高精度、易于遞送、長時效、高安全性等多種優點，并在包括遺傳性疾病治療方面展現出了可觀的優勢及潛能，成功為生命科學基礎研究和疾病治療提供了一種全新的工具。 　　 LEAPER技術原理 　　近年來，以CRISPR/Cas9為代表的基因組編輯技術在生物醫學等諸多領域產生了深遠的影響，但存在的一系列問題使該技術在臨床治療應用中遭遇瓶頸。根源之一在于當前的基因編輯體系依賴于外源編輯酶或效應蛋白的表達，從而造成 (1) 蛋白分子量過大使得通過病毒載體進行裝載及人體內遞送十分困難；(2) 由蛋白過表達引起的DNA/RNA水平的脫靶效應；(3) 由外源蛋白表達引起的機體免疫反應及損傷；(4) 機體內的預存抗體使外源編輯酶或效應蛋白被中和從而導致基因編輯失敗等。 　　為解決上述問題，擺脫傳統技術依賴于外源蛋白表達的桎梏，2019年魏文勝團隊建立了具有我國自主知識產權的名為LEAPER的新型基因編輯技術。與RNAi類似，LEAPER充分利用了細胞中天然存在的機制：僅用一條RNA 就實現了精確高效的RNA單堿基編輯，從而避免了任何由于表達外源效應蛋白而引起的各種潛在問題。研究人員利用LEAPER成功修復了來源于Hurler綜合征病人的缺陷細胞，為未來相關疾病的治療奠定基礎。此外，LEAPER還有希望衍生出多種延展型技術，為生物醫學等研究提供新型工具。

可降解聚合物多孔支架的研究工作受到江蘇省高技術研究項目資助。目前，在國際上塊狀可降解聚合物多孔支架的制備仍然是組織工程研究中的難點。本課題組以冰微粒為致孔劑，應用粒子濾出－冷凍干燥復合工藝，開辟了制備可降解聚合物多孔支架的新途徑，解決了塊狀支架制備的難題。特點：(1)采用冰微粒為致孔劑，多孔支架無致孔劑殘留、無污染；(2)整個工藝過程在低溫進行，可滿足在支架中加入藥品和生長因子等的需要；(3) 孔隙結構良好、孔隙率高、材料分布均勻。性能：孔徑可根據需要在控制在300-1000?m范圍；孔隙率≥90%。用途：在骨、軟骨等再生、修復治療中具有廣泛的應用，大塊狀的聚合物多孔支架，尤其在長骨的大段缺損的修復中具有明顯的優勢，也在腔道類器官的狹窄、修復等治療中作為臨時支架應用，可簡化手術程序，降低患者痛苦。

1、化工過程高級工程師2、材料高級工程師

水凝膠仿生軟骨材料顯示出各向異性的微觀結構，并表現出優異的力學性能，拉伸強度為10.65 MPa，韌性為52.2 MJ/m3，壓縮強度為4.86 MPa，高于其他的各向同性水凝膠以及大多數報道的水凝膠材料。

本成果面向國家/地方植入醫療器械的重大戰略需求，緊跟國際研究前沿， 圍繞生物材料生物功能性及植入體藥械結合的研發主線，基于細胞外微環境原理, 探究生物材料界面微環境特征如何調控骨/骨關節修復的核心科學問題，系統地 研究生物材料界面微環境特征與細施相互作用規律及分子機制，提供生物材料表 面功能化關鍵技術，最終為骨/骨關節修復提供新材料。植入體與宿主的生物反應首先發生在材料界面，誘發細胞粘附到組織形成的 生物級聯反應。如何構建生物功能性界面并賦予植入體主動刺激細胞/組織功能 的性能，提高其使用壽命，是醫療器械研發關鍵科學問題之一。本項目創建生物 功能性界面與骨髓基質干細施雙向“交流"調控的理論假說。利用雙酸腐蝕及陽 極氧化等技術制備系列鈦基多尺度微米、微/納米、納米結構，揭示微/納米結構〉 納米結構〉微米結構的生物學響應規律。率先將層層組裝技術（LBL）技術引入到鈦 基生物材料界面工程，獲專利授權。進而，利用LBL技術構建生物因子插層多層 結構，調控骨髓間充質干細胞的分化，并促進植入體的骨整合性。首次在鈦材表 面構建“三明治”界面結構，調控成骨細施/破骨細施動態生長平衡，開發出具 有骨質疏松治療功效的鈦基新型植入器械。