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同濟大學發布“十大最具轉化潛力科技成果”
2021-01-21 同濟大學、科轉云

  可應用于軌道交通上蓋建筑、減緩地鐵振動的三維震振雙控裝置,用于預制裝配式建筑大型鋼管柱梁節點的高強單邊連接技術與裝備,對路面進行多維高頻檢測與智能養護的裝備與技術,實現無人值守的工業過程在線監測和智能控制的邊緣計算平臺,對工業廢酸進行資源化處置的水處理劑,助力污水處理廠提標擴容的高濃度復合粉末載體生物流化床技術,防止水體富營養化的水體微生物活化原位修復技術,檢測血液自身抗體的肺癌早期診斷試劑盒,治療難治性皮膚病療效顯著的新型實時可控無痛光動力治療智能系統,對癌癥進行高效、靈敏檢測的新型循環腫瘤細胞檢測納米技術……近日,同濟大學“2020年度十大最具轉化潛力科技成果”發布。十大科技成果涵蓋了工程制造、綠色環保和生物醫藥等多個領域。

  1、帶剛度自適應特性的三維震振雙控裝置

  該成果為帶剛度自適應特性的三維震振雙控裝置,其由并聯螺旋彈簧與碟形彈簧組及運動解耦構造等創新工藝組成,從而形成“高靜、低動剛度”的新型震振雙控系統。裝置可提供適應各種上部承載體的豎向剛度,突破了水平與豎向減振耦合技術瓶頸,減小搖擺傾覆風險。成果由同濟大學土木工程學院周穎教授團隊研制完成,相關成果公開美國發明專利1項、授權及受理專利18項,論文獲得國際知名期刊《Journal of Engineering Mechanics》當期Feature Paper。

  此成果可廣泛應用于城市新涌現的軌道交通上蓋建筑,以提高建筑居住或辦公環境舒適度,減輕地鐵振動帶來的潛在健康問題,亦可應用于精密設備,解決三向震振雙控技術難題,推動土木建筑等相關產業發展,帶來顯著的社會效益。

  該成果投產使用后,可實現隔震設計階段上部結構的降度設計,減小結構構件截面,增加商業使用面積或居住面積,顯著降低結構工程造價。此外,所需核心元件皆為工藝成熟的工業產品,裝置性價比高,相比傳統軌道隔振方案,震振雙控成本大幅降低,取得巨大經濟效益。

  當前,在我國推進軌道交通建設的背景下,該成果具有極強市場競爭力,目前已得到多家業主單位與設計單位的密切關注,以及數家震振雙控裝置廠商的緊密跟蹤,具備成果轉化的堅實基礎條件,具有廣闊的應用前景。

  2、封閉截面構件高強單邊連接技術及裝備

  該成果研究團隊以同濟大學機械與能源工程學院簡小剛副教授和土木工程學院王偉教授為核心,依托于同濟大學兩個國家重點學科即土木工程學科和機械工程學科交叉平臺——國家土建結構預制裝配化工程技術研究中心,瞄準我國新型城鎮化建設需求,針對我國預制裝配式建筑產業化過程中存在的大型鋼管結構件裝配困難、難以單邊鎖緊安裝、單邊連接設備嚴重匱乏等關鍵問題,通過學科交叉與融合,成功研制開發出一種能夠應用于預制裝配式建筑領域鋼管柱梁結構件摩擦型高強螺栓單邊連接產品與安裝設備,為我國綠色建筑及建筑工業化實現規模化、高效益和可持續發展提供技術保障與產品支撐。該產品單側安裝、單側擰緊,避免了現場焊接。

  經同濟大學國家土建結構預制裝配化工程技術研究中心的實際對比測試,該成果開發的新產品及其設備已填補國內空白,在主要性能指標上全面領先國際同類產品,有望顛覆國際市場格局,為預制裝配式建筑產業化提供可靠支撐。由于此類產品在預制裝配式建筑、橋梁等封閉式截面高強度單邊連接中消耗量大,其產業化前景十分廣闊。

  該成果已獲授權國家發明專利23項,擁有完全自主知識產權。圍繞所創造的新型安裝方法與裝備,已形成了全套解決方案及相應的專利保護體系,并以此為基礎,基于該產品的裝配式建筑大型鋼構件單邊連接技術已通過專家評審并被列入中國土木工程學會標準。所研制的產品已成功應用于四川成都市新型鋼結構川東民居示范工程項目、中建鋼構的美國關島項目等10多項國內外工程中。

  3、 路面多維高頻檢測裝備和智能養護技術及應用

  同濟大學交通運輸工程學院杜豫川教授團隊研發的路面多維高頻檢測與智能養護系統,利用先進的車載分布式傳感、AI圖像識別、北斗高精度融合定位等技術,打造了一套輕量化的路表損傷自動檢測裝備。面向路內結構破壞、路域設施損壞,建立了基于多尺度探地雷達+高分辨激光雷達的多維度路面健康全息感知系統,實現了包括路面平整度、路表病害、橋頭跳車、結構損壞等參數的高頻率檢測與融合分析。該項目先后獲得中國公路學會科學技術一等獎(2017年)、上海市科技進步一等獎(2019年)、中國產學研合作創新二等獎(2019年),并于今年參展第22屆中國國際工業博覽會,獲得大會創新引領獎(僅10項)。

  產品經國家道橋計量站等單位測試,檢測誤差小于10%,綜合病害識別率大于90%,圖像處理速率大于10張/秒,檢測效率可提高傳統手段的2至3倍,平臺實現了單日數百GB級的養護外場數據高效處理,且費用可降低50%以上,具有明顯的經濟與效率優勢。產品構建了全面的知識產權體系,具有國家授權發明專利10項、國際專利PCT5項,以及軟件著作權6項。

  項目產品在上海這一超大城市形成了規模化應用,并在江蘇、浙江、河北等全國十余省市超過40000公里各等級公路上得到推廣,覆蓋了高速公路、城市干道、農村公路等多等級道路類型,同時也為港珠澳大橋、雄安新區等重大工程建設提供數據支撐,有效地推動道路設施智能養護裝備及管理系統的技術進步,取得了巨大的社會經濟效益。

  4、工業廢酸資源處置與在水處理中的應用

  我國水資源短缺,但工業用水模式粗放、浪費嚴重。為此國家將“節水減排”作為重大發展戰略,“十一五” 規劃開始將萬元工業增加值用水量定為約束性指標,并逐步下調。水處理過程中水處理藥劑發揮重要的作用,適用于多種水處理過程。

  全國水處理劑需求量達到500億元,而且每年以超過10%的比例增長。而我國鋼鐵、化工、金屬加工、電子等行業,產生大量的廢酸,包括硝酸、氫氟酸、硫酸、鹽酸、磷酸等等,其中有些廢酸含有大量的重金屬離子,由于處置不當,無法回用,產生大量的污染。

  同濟大學環境科學與工程學院李風亭教授團隊提出了利用離子膜分離回用酸——三維聚合物沉降分離重金屬聯用的方法,實現了酸的高效回收回用,以及重金屬的分離資源化工藝,從而可以實現上述行業中含鋁含鐵刻蝕和酸洗廢液資源化的完整工藝,達到酸和各種金屬離子資源化的目的。

  基于上述含鋁鐵酸,團隊設計了三維結構的無機和有機聚合物水處理劑,廣泛用于污水處理和污泥處理,以及各種工業水處理。可以實現提升效率超過20%,已經獲得中外發明專利66項,獲得上海市技術發明獎一等獎兩次。

  5、 高濃度復合粉末載體生物流化床技術

  污水處理廠提標擴容一般需要大量投資,尤其是征地投資,技術工藝復雜,投資和運行費用高,建設周期長。

  同濟大學環境科學與工程學院戴曉虎教授團隊研發的高濃度復合粉末載體生物流化床技術,基于污水生物處理技術原理,向生物池投加復合粉末載體,提高生物池混合液懸浮固體濃度,構建懸浮生長和附著生長的“雙泥”共生微生物系統,強化抗沖擊能力,并提高污染物容積負荷和污泥沉降性能。通過污泥濃縮和復合粉末載體回收系統,實現雙泥齡,解決脫氮菌和除磷菌泥齡矛盾,強化了生物脫氮除磷效率。

  相對于傳統污水處理技術,該技術處理負荷提升兩倍以上,投資成本減少20%以上,建設周期減少30%以上,不僅可用于已建成的城鎮污水處理廠提標擴容改造,也可直接用于新建城鎮污水處理廠項目,可有效解決我國污水處理廠的提標擴容征地難、建設周期長和投資費用高的難題,具有巨大的推廣應用價值。

  該技術目前已在10多個城鎮污水處理廠應用,日處理規模達到120萬m3,產值30多億元,相關技術申請發明專利11項,包括PCT4項;得到政府的廣泛關注。現正在編制運行指南、導則及相關標準規范,被列入國家環境保護核心技術名錄,以進一步擴大其推廣應用范圍,提升我國污水高標準處理技術水平。

  6、基于微生物調控的水體原位生態修復技術

  氮、磷過度排放導致的水體富營養化成為全球水環境面臨的挑戰之一,特別是由此引發的藍藻爆發、水體生態功能喪失及飲用水資源危機成為各國政府亟待解決的關鍵問題。如何實現氮磷營養鹽的合理分配和調控,成為防止水體富營養化和構建完善的水體生態系統的核心和關鍵。

  同濟大學環境科學與工程學院柴曉利教授團隊研發的水體微生物活化技術,突破了傳統旁通水處理工藝、水生動植物修復技術的不足,通過激活土著優勢菌種,使之快速增殖,打破原有水體微生態平衡,用水體本身容積代替傳統的有限生物反應器,大大增加微生物的增殖空間,充分發揮微生物對污染物的削減能力,改善生態系統賴以生存的透明度、營養鹽等不利條件,重組、完善水體微生態系統,恢復水體自凈能力,最終脫離人工干預回歸自然,具有重要的實際應用意義。

  基于微生物調控的水體原位修復技術解決了地表水環境輕度污染水體(富營養化)治理的技術瓶頸,引領了低污染負荷飲用水水源地氮素污染控制技術的發展方向,具有重要的社會環境效益。目前該技術已經獲得相關授權專利11項,在全國十幾個省市30多個水生態修復工程項目中得到了推廣應用,累積項目合同額超過3億元。

  7、面向工業系統智能優化與決策的邊緣計算平臺

  同濟大學電子與信息工程學院康琦教授團隊面向復雜工業過程智能運維,深度融合物聯網、大數據、人工智能等技術,設計開發了高集成度與模塊化的邊緣計算平臺。該技術采用云-邊-端一體化的系統架構設計,結合遷移學習、演化計算等智能技術,構建了可持續學習的通用網絡進化框架,針對不同應用場景,通過模型與算法的模塊化管理與輕量化學習,可實現邊緣側模型定制與部署,全面感知系統動態,自適應環境與工況變化,實現無人值守的工業過程在線學習、智能控制與持續優化,顯著降低運行成本,提升企業經濟效益。

  目前該技術已經獲得相關授權發明專利6項,面向鋼鐵冶煉、汽車制造、污水處理、軌道交通等領域,在多個省市的節能控制與運營優化相關智能化工程項目中得到了推廣應用,平均節能達30%,經濟效益明顯。基于該平臺技術對城市污水處理廠生物曝氣過程進行自適應軟測量建模與學習優化控制,實現了多目標聯合優化的在線智能監控系統,年平均節電超過27%。對大型制造企業的多車間冷源系統實現了全自動在線優化與智能控制,系統能效提升一倍,年平均節電36.9%。

  8、新型無痛光動力治療皮膚病關鍵技術及轉化——新型實時可控無痛光動力治療智能系統

  5-氨基酮戊酸光動力療法(ALA-PDT)是一種藥械聯合的新型靶向療法,治療非黑素性皮膚腫瘤、痤瘡、尖銳濕疣等難治性皮膚病療效顯著、副作用小。但ALA-PDT治療過程伴有劇烈疼痛,嚴重影響患者治療感受,是業界公認的ALA-PDT治療瓶頸。此項目團隊在同濟大學醫學院、附屬上海市皮膚病醫院王秀麗教授帶領下,長期致力于ALA-PDT臨床與基礎研究,在國內外率先掌握了“無痛ALA-PDT關鍵技術”,形成相關成果申請國家專利,并將其轉化生產出第一代無痛光動力治療儀用于臨床治療。在此基礎上擬進一步打造個性化、智能化、便捷的新型無痛ALA-PDT,降低對專業醫師的依賴程度,打破技術壁壘,實現無痛ALA-PDT擴大推廣應用,引領“ALA-PDT無痛治療新時代”。

  團隊已將諸多原創性研究成果進行臨床轉化,總結關鍵技術并將其推廣至全國2000多家醫院,直接獲益患者逾100萬人次。

  9、 新型血液自身抗體的肺癌早期診斷試劑盒及應用

  肺癌是我國及全球發病率和死亡率均位居首位的惡性腫瘤,早期診斷對于降低肺癌死亡率具有關鍵意義。目前美國的肺癌低劑量螺旋CT早期篩查醫保項目因陽性率過低,成本效益比存爭議,歐洲則擬采取血清學篩查陽性人群再行CT的路線。隨著我國居民消費升級和健康意識提升,體檢市場呈現井噴發展趨勢。作為肺癌高發國家,我國肺癌早期篩查勢在必行。

  同濟大學附屬上海市肺科醫院在肺癌診斷和治療方面在全國處于領先地位。肺科醫院粟波研究員項目組采用人類全蛋白質芯片,以健康人群和多種肺部良性疾病患者為對照,對肺癌患者進行了血清自身抗體的篩選,獲得一組具有自主知識產權的全新肺癌診斷自身抗體。項目組采用基因重組技術表達了相關自身抗原,作為檢測自身抗體的配偶體,利用反向酶聯免疫吸附測定原理,建立了酶標法檢測血清自身抗體用于肺癌早期診斷的ELISA試劑盒,獲得國家發明專利授權。通過臨床前的回顧性驗證和評估,表明此項目構建的自身抗體檢測和聯合檢測肺癌(含早期)具有較好的敏感性和特異性,聯合檢測的總體特異性為96%,敏感性為77%,診斷性能已超過了目前已報道過的自身抗體類型組合。此項目主要關注體檢篩查和醫學檢驗市場,用于肺癌的早期血清學篩查診斷,或肺部CT小結節的良惡性的輔助預測,及肺癌的復發監控和伴隨診斷,具有較大的社會效益和經濟效益。

  10、新型循環腫瘤細胞檢測納米技術

  新型循環腫瘤細胞(CTC)檢測納米技術,是一項從技術原理、核心試劑及操作流程都具備自主知識產權、完全獨創的腫瘤液體活檢技術。該技術利用癌細胞特殊的代謝特點,以及由此產生的特殊生物物理學特征,實現對白血病及各類實體瘤的CTC高效、靈敏、特異檢測,解決了長期制約CTC行業發展所面臨的瓶頸問題。

  同濟大學醫學院、附屬東方醫院陳炳地副教授聯合劉中民教授和崔征教授團隊研發的新型CTC檢測納米技術,從根本上解決了CTC高效、特異捕獲的瓶頸問題。新型CTC檢測納米技術能從多個盲編的血樣中,準確檢認出癌癥血樣和健康血樣。其檢測敏感度遠遠高于同行其它技術。該技術也是目前世界范圍內唯一一種能夠把白血病癌細胞從血液中捕捉并檢測出來的技術。新型CTC檢測納米技術首次解決了癌癥檢測、癌癥治療中急需解決而又長期得不到解決的問題,即能夠快速、安全、高頻檢測當前的化療效果是否理想,并通過足量的捕獲CTC做藥敏測試,實現對抗癌藥物的個體化精準選擇。

  目前,該技術已經開展初步的科研轉化,在上海組建了專門的研發團隊,在福建組建了市場團隊,在同濟大學附屬東方醫院等三甲醫院開展臨床研究。該技術已獲得多項創業大賽大獎,同時獲得了多項政府人才政策的支持。

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