技术成果

生物过程优化放大及智能生物反应器技术

一、生物过程优化放大技术 以各种发酵产品为对象开展微生物细胞大规模培养过程研究，实现过程优化与放大，由 此形成先进的生产工艺和工程放大技术。针对微生物发酵生物过程的高度复杂性，本研究团 队在长期的研究和实践中，形成了微生物过程多尺度参数相关分析过程优化方法和反应器流 场特性与生理特性相结合的发酵过程放大方法，从工业过程中凝练出科学问题，开展基础研 究、关键共性技术研究与产品技术研究，形成了具有自主知识产权的专用研究设备，以工艺 工程装备一体化为工厂企业服务，形成的研究技术在医药、食品、轻工、农业、能源、环境 等领域发酵产品中广泛应用，为相关的工业生物技术企业技术进步、提升产业技术水平做出 重大贡献。 形成的关键核心技术包括：1）多尺度参数相关过程优化研究技术；2）CFD流场特性与 生理特性研究相结合过程放大技术；3）过程宏观代谢流、传感器配置与在线数据处理技术； 4）发酵过程计算机数据处理与控制软件包；5）稳定性13C微观代谢流测定技术；6）生物 过程大数据与智能分析平台；7）大型发酵罐工程设计与改造技术；8）联动并行多尺度反应 器系列开发技术；9)生物过程在线分析技术（PAT）。

基于非接触式微位移传感器与超精密机床的原位面形误差检测系统

未公开（摘自长春市工信局2019公开汇编目录）

新一代智能化蛋白层析系统

项目简介及特点 新一代智能化蛋白层析系统是基于国家 863重点、中科院重大仪器研制项目 的开发成果，针对我国生物技术产品研制和产业化过程中，最关键的分离纯化装 备长期依赖进口的现状，开展了创新性研制和研究工作。研制和开发了适合生物 分子分离纯化的层析装备和技术，实现了装备和工艺的标准化、工程化、产业化。 智能化蛋白层析系统通用性强、自动化高、操作简便快捷，各项性能指标达到了 进口设备的标准，在系统控制平台、软件数据库等方面的参数已经超过了进口设 备。目前已经制定了企业标准，通过了 ISO9001认证，实现了规模化生产。 专利及进展情况 相关研究成果具有自主知识产权，授权了多项发明专利（ZL201010127899.5; ZL201310062077.7; ZL201310088098.6; ZL201310062061.6;ZL201310198644.1; ZL201310701298.4; ZL201310701299.9; ZL2016100417220）。并荣获中国分析 测试协会科学技术奖“CAIA 奖”2013 一等奖1 项和中国仪器仪表学会2011 科技 创新奖 1项。 产业化前景分析 前我国蛋白层析系统年需求量为 2000余台，市场超过了 10亿元人民币，并 且随着生物产业的发展和技术的更新换代，需求量将逐年升高。本项目的产品已 在包括华兰生物、双鹭药业等 50 余家企事业单位得到了应用。突破了国外进口 同类产品的垄断，获得了良好的评价。并且开发了多柱组合层析和膜过滤集成装 备等一系列先进技术，可以满足生物技术产品生产和分析的不同需求，具有良好 的推广应用前景。

工业测距与防撞雷达系统

采用毫米波探测技术，用于测量长量程各种固体、液体、塑料以及各种石化产品的料位。雷达技术是物位测量领域中一种重要的先进技术，具有非接触、低维护、不挂料、抗粘附、高性能、高精度、高可靠性、使用寿命长等优点，与TDR(导波雷达)、电容、重锤等接触式仪表相比较，具有不可比拟的明显优势。·中心频率：24GHz·距离探测精度：0.1m（距离＞10m，误差1.5%）·最大探测距离：100m·系统供电：9～36V·温度范围：-30～75℃·通信接口：RS485或RS-232串行数据接口，波特率为9600～115200bps可调；支持多用接口协议，并可根据用户需求定制 平台建设单位： 中国科学院科技创新发展局 中国科学院办公厅 国科控股 中国科学院科技战略咨询研究院 --> 中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000006 版权：中国科学院 主办：中国科学院科技创新发展局 承办：中国科学院成都文献情报中心 找错--> 微信小程序 --> 中国科学院知识产权信息

对甲氧基甲苯催化液相选择氧化制茴香醛

茴香醛又名对甲氧基苯甲醛，是《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB 2760）规定允 许使用的食用香料，主要用于配制香草、香辛料、杏、奶油、茴香、焦糖、樱桃、巧克力、胡桃、树莓、草 莓、薄荷等型香精。还用作显色剂、环保型无氰镀锌DE添加剂的光亮剂、合成羟氨苄基青霉素等 的中间体。茴香醛的传统制备方法存在以下问题：（1）茴香脑（对丙烯基苯甲醚）氧化法。该方法原 料为天然产物，来源有限，成本高。（2）苯酚与硫酸二甲酯等反应制得苯甲醚，然后与甲醛、盐酸等 反应制得对甲氧基氯化苄，再与六亚甲基四胺反应后水解制得茴香醛。该方法路线长，设备腐蚀严 重，产生大量酸性废水，后处理复杂。（3）对羟基苯甲醛与硫酸二甲酯进行烷基化反应制得茴香醛。 该方法原料来源有限，难于工业化生产。（4）对甲氧基甲苯经KMnO4 等氧化制得茴香醛。该方法使 用计量氧化剂，成本高。对甲氧基甲苯在V2O5 等催化剂存在下，可通过气相氧化法制得茴香醛，但 反应需要400℃左右高温，易发生过度氧化，原料消耗大，产物选择性低。中国科学院大连化学物 理研究所开发了以空气为氧源，对甲氧基甲苯催化液相选择氧化制茴香醛的催化剂及其应用新技 术，具有反应条件温和、原料转化率和产物选择性高、技术经济性强等优势。

邻二甲苯催化液相选择氧化制苯酞

苯酞又名邻羟甲基苯甲酸内酯，是重要的精细化学品中间体，主要用于生产染料中间体1,4- 二氯蒽醌、1-氯蒽醌，抗凝血药苯基茚满二酮，杀菌剂四氯苯酞、苯氧菌酯，抗焦虑药多虑平，染料 还原棕BR等化学品。苯酞的传统制备方法存在以下问题：（1）邻氰基苄基氯在硫酸作用下可制得 苯酞。该方法原料成本高，设备腐蚀严重，产生大量酸性废水，后处理复杂。（2）苯酐经锌－盐酸等 还原可制得苯酞。该方法采用计量还原剂，成本高。苯酐经催化加氢可制得苯酞，但选择性不易控 制，并且苯酐主要是由邻二甲苯通过气相氧化法制得，反应安全性差，需要 350℃左右高温，易发 生过度氧化，原料消耗大，产物选择性低。中国科学院大连化学物理研究所开发了以空气为氧源， 邻二甲苯催化液相选择氧化制苯酞的新方法，具有反应条件温和、原料转化率和产物选择性高、技 术经济性强等优势。

萘气相氧化制备1,4-萘醌技术

1,4-萘醌又称α- 萘醌，是医药、农药、增塑剂、香料、染料等的重要中间体，是合成树脂、橡胶中 的聚合调节剂，也是用于合成新型造纸蒸煮助剂（二氢二羟基蒽醌钠，DDA）的重要原料。目前国内 生产 1,4- 萘醌的主要方法是萘液相氧化和气相氧化法。相比于气相氧化法，萘液相氧化法工艺较 为成熟，产物转化率和选择性相对较高。在萘液相氧化反应体系中，需化学计量的氧化铬等重金属 催化剂的参与，因此工业生产中会产生大量含重金属的工业废水，处理困难且繁杂，对环境会造成 十分严重的污染。 萘气相氧化制备1,4-萘醌技术采用空气作氧化剂，在催化剂的作用下萘直接氧 化制备1,4- 萘醌。开发了萘气相氧化高性能催化剂及工艺，解决了萘气相氧化法1,4- 萘醌选择性 低的问题。技术指标为：萘单程转化率大于 50 %，1,4- 萘醌选择性大于 90%。该技术可以进行工 业放大试验或直接进行工业化生产。

有毒无机气体现场快速检测仪

有毒无机气体，如氯气、氟气、硫化氢、氟化氢、二氧化硫等常用在生产和科研中，它们的少量 泄漏，如不及时发现，容易造成人员伤亡和重大安全事故。常规检测设备和传感器仅能预警少量有 毒无机气体，且易受温度湿度的影响。针对化学化工企业生产过程中有毒无机气体泄漏快速预警 的需求，我所研制的有毒无机气体现场快速检测仪打破传感器设计常规，创新性地采用可抛型的 设计理念，结合阵列系统，对多种工业有毒无机气体进行现场快速预警，满足科研和生产的需求。 该检测仪具有如下特点：（1）能对八种工业有毒无机气体氯气、氟气、硫化氢、氟化氢、二氧化 硫、氨气、二氧化氮、硝酸进行高毒浓度超标的快速预警，其识别准确度大于 95%,总检测时间（包 括前处理时间）不超过5 分钟。（2）对于提到的有毒无机气体，其最低检测限可达10 ppm（10 分钟 以内）。（3）成本低廉，可便携，可测定气体种类多。（4）传感器膜能稳定保存半年以上，对抗湿度和 温度变化干扰的能力强。（5）功耗低，仅4.5W。该检测仪可实现各大化工企事业单位安全生产过程 中，以及在科研工作中，多种工业有毒无机气体的现场快速检测预警，具有很好的推广应用前景。

便携式高灵敏室内甲醛现场快速检测仪

随着人民生活水平的提高，室内装修越来越普遍。甲醛会随着各种装饰材料及家具进入室内， 对室内空气造成不同程度的污染。甲醛气体对人的健康危害很大，如何准确快速地检测室内空气 中甲醛含量是当前环境和健康领域最受关注的课题之一。目前市场上的甲醛现场检测仪主要采用 半导体传感器或电化学传感器检测原理，抗干扰性相对较差，易受外界环境影响，且价格昂贵，需 要经常标定。针对传统甲醛检测的不足以及当前国内市场的需求，我所研制了一种检测精度高、成 本低、快速、灵敏的便携式甲醛现场检测仪。这种新型检测仪的研制不仅具有重要和实际的社会意 义，而且具有广阔的市场前景。 该检测仪具有如下特点：（1）采用光化学比色的原理，检测精度高，可达到与实验室检测相 似的精度。（2）检测限可达50 ppb，满足相关国家标准对居室空气中甲醛的检测要求。（3）检测时 间仅为数分钟，操作简便，检测费用大大降低。（4）对抗湿度和温度变化干扰的能力强，检测结果可 靠。（5）结构紧凑，携带/使用方便。该检测仪可广泛应用于装修装饰行业、环境监测系统、质检系 统、建筑工程监测系统、大型超市、高档酒店以及高档写字楼和政府机关办公场所等众多行业及场 所，具有广阔的市场前景。

小型激光诱导荧光检测器

小型激光诱导荧光检测器（LIF-D）采用共聚焦结构，以小体积激光二极管（LD）为光源，课题组 自研制的AccuOpt光电放大器为荧光接收器件，全部采用国产滤光片。小型LIF-D的主要技术指 标如下：体积：335 mm×162 mm×255 mm；重量≤10 kg；功耗≤10 W；流动注射分析，75 μm 毛细管，405 nm LIF 对香豆素的检测限为 10-10 M，450 nm LIF 对荧光素 FITC 的检测限为 10-11 M。该 LIF 检测灵敏度与美国 Unimicro 公司水平相当，接近国际顶尖的法国 Picometrics 的LIF性能指标。小型LIF-D已有现货，体积小、功耗低，支持用户订制波长，整机采用模块化设计， 只需更换适配的激发光源波长和滤光片就能检测不同样品。该技术获得 2008 年度大连市技术发 明一等奖，2009 年度中国仪器仪表学会科技创新奖和2010年度辽宁省技术发明二等奖。

环境气氛爆炸预警传感器

爆炸预警传感器适用于环境中可燃性气体、气溶胶或混合气体浓度接近爆炸极限时的检测和 报警。只要环境中的可燃爆气体成分接近爆炸限、存在爆炸的潜在可能，该传感器就会检测到并发 出警报。所研制的预警式爆炸传感器基于微化工原理，不论环境中可燃性气体的组成是什么，浓度 为多少，只要确实可以引起爆炸，在浓度接近但是还未达到环境条件下的实际爆炸限之前，传感器 即发出警报。 【主要技术指标】 预警范围：低于正常燃爆下限30% ~ 0%，或高于燃爆下限1% ~ 30%，可设定。预警气体： 氢气/空气、乙炔/空气、甲烷/空气、液化气/空气、天然气/空气、煤层气以及气溶胶等混合气体， 包括超细煤粉、面粉、纤维、铝粉等。 【技术特点】 该传感器主要由燃烧反应微池、微孔气体通道、点火装置、爆炸检测和报警系统组成。传感器 对环境中可燃性气体或气溶胶或混合气体，在爆炸下限浓度达到设定值时即可报警。

总烃分析仪

仪器基于氢火焰离子化检测器原理设计制造，用于测定气体中的总烃含量，测量结果直接在 显示仪表上显示，具有无人操作、灵敏度高、稳定性好、检测器熄火自动切断氢气并报警的特点。仪 器工作需用燃烧气氢气和助燃气空气或氧气，在氢火焰检测器内形成稳定的氢火焰，样品气以固 定流量进入检测器燃烧，产生离子流被定量检测，得到气体样品中可挥发的烃类总量。 【主要特点】 检测显示最小值：0.1×10^-6 V/V（ppm）检测显示最大值：200×10^-6 V/V（ppm）可测样品： 空气、O2、Ar、N2、CO、CO2 等气体。

高效非球面光学元件加工技术

非球面光学元件包括抛物面、椭球面及双曲面等。非球面光学元件可获得球面光学元件 无可比拟的成像质量，可用来校正像差和改善像质，可以校正场曲外的单色像差。同时，非球面 可以简化光学系统结构及减轻系统重量，基于 Preston 理论，我所采用计算机控制光学表面 成型技术（Computer Control Optical surfacing-CCOS），通过控制去除函数及驻留时间函数 实现非球面高效去除。目前，我所研制的非球面面形精度 PV(Peak-Valley) 可达到 1/8λ，RMS （Root-Mean-Square）达到1/50λ，非球面口径可达到400mm。非球面光学元件在民用光电产品 应用非常广泛，如摄像镜头、望远镜及医疗仪器等，国内市场的空间很大。

便携式烟道气采样器

以污染源废气二恶英类排放连续监测为目标，针对焚烧烟气二恶英类排放监管的技术需求， 特别是垃圾焚烧、钢铁等排放监管需求，开发的一种二恶英类污染源监测技术和便携式采样器。该 设备攻克了焚烧烟气中气体流速和体积精确计量、跟踪采样等关键技术，独特设计的分体式结构 利于搬运携带，使用高品质元器件确保运行稳定性，能在恶劣的环境条件下使用。

半导体金属氧化物电子鼻

常规的电子鼻通常基于商品化的为数有限的半导体金属氧化物传感器单元，其筛分能力受到 很大限制，同时价格昂贵。 我所发明的半导体金属氧化物层层组装构建传感器的方法，可以基于一种金属氧化物，通过 组装方式的改变，得到多个半导体金属氧化物传感器单元，大大拓展了电子鼻的区分能力，可用于 茶叶、烟草、酒、咖啡等生产加工过程中的批次产品质量控制。 该设备具有如下特点： 1、实时在线响应。 2、灵敏度高，成本低，操作维护方便。 3、可自制传感 器单元，按用户需求找寻最合适的传感材料，并通过层数变化，得到众多的传感基元，构建多维传 感器电子鼻。 4、具有自主研发的数据分析系统、聚类分析与主成分分析体系，辅助用户对待检产品 进行筛查。5、可按用户需求定制软件系统。

高稳定性酶纳米胶囊传感器

酶是一类极为重要的生物催化剂，具有显著的选择性和特异性。酶生物传感器是将酶作为生 物敏感基元，通过捕捉目标物与酶之间反应所产生的信号，实现对目标物定量测定的微型化检测 仪器。但由于酶对外界环境例如温度、溶剂、pH 值等高度敏感，且酶的保质期很短，因此限制了酶 生物传感器的更广泛应用。 我们首创了高稳定性酶单分子纳米胶囊传感器，在提高酶传感器存储 寿命和稳定性（耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱）等核心技术方面取得重大突破。作为颠覆性技术可满 足人体可穿戴设备、环境监测、医疗等不同应用场景的技术需求（专利：PCT/CN2019/083332； 201910153430X；201911245173.9）。

便携式广谱危化品检测仪

针对我国消防单兵危化品侦检技术落后，国产装备覆盖对象少、通用性差、信息孤岛化严重和 高端装备由国外垄断的严峻形势，我们开发了便携式广谱危化品检测仪，具备自主知识产权，可为 一线消防队伍在危化事故现场应急处置时提供有价值的化学成分数据。本检测仪采用快速响应的 离子迁移谱与专用型化学传感器联用方案实现不同技术间优势互补，各取所长，能完成广谱危化 品在线实时检测，可检测的物质有：工业有毒有害气体，如：苯、甲苯、二甲苯、氯苯、丁酮、丙酮、 NH3 等；化学毒剂，如：GB、GD、VX、HD等；可应用于环境、消防或化工等领域。

深海荧光传感器

本项目从深海实际探测需求出发，突破了小型高光效光路、低噪音低漂移光电放大电路及明 场检测设计等关键核心技术，研制多种高灵敏、低漂移的深海原位荧光传感器，不仅填补了国内空 白，且在灵敏度、动态范围、稳定性、功耗、体积等指标上优于进口产品，具有良好的推广和产业。主 要技术与性能指标 尺寸Φ61.5×242 mm， 水中重量 1.5 kg， 功耗≤1.2 W， 最大工作水深 4500 m。 微生物检测限30 ng/L色氨酸，CDOM检测限10 ng/L硫酸奎宁，藻类检测限0.5 ng/L叶绿 素a，示踪剂检测限1 ng/L罗丹明。

高灵敏表面离子化检测器（SID）

项目简介及应用领域 SID 检测器是一种对有机胺类化合物具有高选择性和高灵敏度的检测器。它基于表面（热）离子化原理设计，利用有机胺类化合物在金属表面加热电离的特点对其进行检测。检测器适用于任何型号的气相色谱仪，可作为气相色谱专用型检测器。具有体积小、灵敏度高、选择性高的优点；可用于有机胺类和肼类化合物的检测；既可以与毛细管和填充柱气相色谱等系统联用，也可以作为传感器单独使用。【主要技术指标】最小检出量：10～15 g/s（叔胺）选择性：5～7 个数量级（对烃类、酮类） 使用温度：250～300 ℃适用载气：惰性气体，空气（用作传感器）【技术特点】该检测器只对有机胺类化合物响应高，而对烃类、含氧、含氮、含硫、含卤素以及芳烃类有机物响应值极低，响应比值达 10^5～7。SID 对水的响应值仅有胺的 10^-9，因此可以直接分析水中有机胺。投资与收益 适用于各种油品、食品和环境样品中胺类物质的检测，还可用于药物代谢、化工分析等领域中有机胺类和肼类化合物的测定，还适合公共安全领域的神经毒 剂现场监测。市场容量大，具有广阔的推广应用前景。合作方式 技术转让投资规模 小于 20 万 平台建设单位： 中国科学院科技创新发展局 中国科学院办公厅 国科控股 中国科学院科技战略咨询研究院 --> 中国科学院成都文献情报中心 蜀ICP备05003827号-12 京公网安备110402500047号 网站标识码bm48000006 版权：中国科学院 主办：中国科学院科技创新发展局 承办：中国科学院成都文献情报中心 找错--> 微信小程序 --> 中国科学院知识产权信息

叶绿素传感器

项目简介及应用领域 水中叶绿素浓度是水体富养化的重要指标之一，对叶绿素浓度的实时在线监测非常重要，国内现在现场使用的基本是进口的传感器，价格昂贵。同时，高价的进口传感器在稳定性和使用寿命两方面并不令人满意。大连化学物理研究所研制开发出性能指标高于进口产品的自主知识产权传感器，它不仅能够扣除太阳光中与叶绿素荧光相同的本底光，还能扣除太阳光激发的叶绿素荧光，测量叶绿素准确度优于进口产品。该传感器稳定可靠，测定精密度和国标法相近，明显高于美国 YSI 同类产品，完全能够满足水体样品分析的要求。该传感器已交付国家海洋环境监测中心出海实测，并应用于太湖栈桥监测点连续实时监测叶绿素浓度。【主要技术指标】检测模式：双窗口检测参数：叶绿素 a，水体温度温度精度：±0.15 ℃叶绿素 a 检测精度：0.05 μg/L叶绿素 a 检测范围：0.05～100 μg/L；1～500 μg/L精密度：RSD<5 %采样间隔：10 min操作模式：SD 卡存储，RS232 传输【技术特点】传感器以蓝色发光二极管激发水中叶绿素发出荧光，双光纤收集荧光，用光电倍增管检测荧光，同时测量本底荧光值，扣除本底值后得到水体中叶绿素浓度。传感器配有热敏电阻实时检测水温，用于叶绿素 a 浓度的校正。同时， 采用机械刷定期自动清除光纤表面附近的藻类干扰物，适用于连续监测。投资与收益 适用于环境领域河流、湖泊、海洋等水体中叶绿素 a 的连续、实时检测。水体富营养化日益严重，叶绿素 a 浓度在线监测越来越重要；该传感器的性能优于进口产品；技术路线清晰明确，易于产业化推广。市场容量大，具有广阔的推广应用前景。合作方式 技术

柔性化、微型化储能器件及其集成系统研发

可穿戴和便携式电子产品的快速发展，极大的促进了现代社会对高能量密度、轻量便携化、柔 性化储能器件的需求。本项目中利用自主研发的 MXene基高性能、多功能油墨，通过丝网印刷技 术构筑微型超级电容器、锂离子微型电池及压力传感器，并与柔性太阳电池进行功能集成，成功实 现了柔性光电-储-用一体化微系统的构建。同时，开发的双功能二维介孔材料成功用于微能源存 储及氨气监测，实现了自驱动、集成化气体传感微系统的构筑。从柔性微电极制备、高离子电导率 电解质开发、器件组装等几个方面成功开发出柔性化、平面型钠离子微型电池，研制出可高温稳定 工作的微型电池。目前，这些技术正在申请多项中国发明专利。 技术指标：可弯曲且对比容量基本无影响；器件形状、大小可调控；可在宽温区（-40-100 °C）条件下稳定工作；可实现多个器件的模块化集成以及功能性微系统的构筑，无需外加电源可 自驱动传感器；可适于规模化生产。从材料的制备及器件的工艺组装均具有原始创新性，具备自 主知识产权，技术成果达到了国际先进水平。 应用领域：在轻量便携化、可穿戴式、可植入式电子产品等方面均具有很好的应用前景。

基于空间飞行器定位用太阳敏感器电池片

太阳敏感器电池片是一种四象限光电传感器，主要包括光阑和光探测器两部分，可应用于地 面以及外太空的定位准直，自动跟踪等领域。其结构包含衬底、光电转化材料、正电极、负电极和光 学元件。探测器为四个等面积独立的光电传感器，光照条件下均可输出电流电压信号，四个传感器 的对称中心点与光阑中心同轴。工作时，一定角度的入射光通过光学元件经过光阑到达所述传感 器，会在等面积的传感器表面形成不同面积的光斑，进而产生不同的电流（或电压）信号，通过测试 分析即可实现定位等功能。本组结合非晶硅薄膜多结电池开发出卫星定位用太阳能电池敏感片， 该器件采用多结电池进行电流调节和阻抗调节，用薄膜光阑取代金属光阑，并将薄膜光阑直接集 成在光探测器上，实现光阑与光探测器一体化。通过优化非晶硅薄膜制备工艺、背电极制备工艺、 激光刻划以及封装工艺提高了薄膜传感器材料的均匀性、减小了传感器衬底反射、缩小了传感器 体积、重量和制备成本。现本组已研发出具有高精度（>0.5%）、高阻抗（>120KΩ@0-0.2V）、低电流 密度（<1mA/cm2）、低成本(<1万元/个)、轻量化(<100g/个)的光阑器件一体化的新型光传感 器产品，并通过上海小卫星工程中心检测，可用于定位空间飞行器。

锂/氟化碳电池

项目介绍 锂/氟化碳一次电池以金属锂和氟化碳为活性物质的化学电源，具有能量密度高、安全性好、 储存寿命长、环境适应性强等特点，其工作无需氧气环境，可在陆海空天等多种领域使用。 大连化 物所研制的锂/ 氟化碳一次电池，电芯能量密度已达940 Wh/kg，是常规锂离子电池的3倍以上； 可在-55℃~85℃各种极端环境下使用；储存寿命10年以上。 应用领域：便携式电源，无人机，无人车，海上浮标，深海探测，深空探测，免维护智能仪表等。 先进程度：国内领先。

光纤传感类原位测量仪器（温度、应力应变、振动等）

将光纤作为信号传输和感知的载体，利用光敏元件或材料，将被测参量转换 为相应光信号的新一代传感技术。可分为三种典型技术：分布式光纤传感（DTS）； 光纤光栅传感（FBG）；分布式光纤振动传感技术（φ-OTDR）。优势特点：非电传 感、本质安全、无电传输、抗电磁干扰、一纤多点、动态、多场、分布式、点式、 组网测量、柔性安装、形成智能材料、尺寸小、重量轻、寿命长、30年以上。 测量精度高、稳定性好。 目前产品已经满足生产要求，成熟度较高。 在该方向已经申请发明专利和软件登记数十项。

农业重金属智能检测仪器

必要性及需求分析:农田灌溉水是农业生产的源泉，与我国的粮食安全息息相关。然而我国的灌溉用水正面临着严重的安全威胁：据全国第二次污水灌区环境质量状况普查统计显示，目前我国利用污染灌溉水的农田面积为361.84万亩，占我国总灌溉面积的7.33%，占地表水灌溉面积的约10%，该面积比20世纪80年代初第一次污灌普查时的数据高1.6倍。为此国家出台了农田灌溉水质标准（GB5084-2005），严格规定了灌溉水质指标，主要有：水温&lt;35℃，溶解氧&lt;150mg/L，PH=5.5~8.5，全盐量&lt;1000mg/L，氯化物&lt;250mg/L，总汞&lt;0.001mg/L，总镉&lt;0.005mg/L，总砷&lt;0.05mg/L，六价铬&lt;0.1mg/L，总铅&lt;0.1mg/L，总铜&lt;1.0mg/L。拟开发一种基于光电传感器的便携式农田灌溉水重金属检测仪，采用先进传感器技术，具有快速、多通道同时检测的特点，同时项目采用嵌入式系统，开发的仪器小型化，方便在农业中应用与推广。目标及主要任务:目标：开发便携式快速高通量农田灌溉水质重金属检测仪，满足国家高标准农田检测中灌溉水监督监测。主要任务：农田灌溉水质重金属检测仪硬件电路设计、多源传感器接口电路及抗干扰设计、灌溉水质重金属检测仪软件设计、整机系统的软硬件集成与在农场灌溉水质重金属检测中的示范应用。现有工作基础:智能农业信息与环境检测实验室主要从事智能信息处理、数字农业、农业生态环境与农产品安全检测等方面的研究。主要研究领域包括：（1）智能信息感知：光纤传感技术、化学传感器技术、农业水/土/气环境检测、农产品

基于生物传感器的水体中砷污染快速检测技术

目前砷污染检测主要依靠大型分析仪器，费用高、周期长、操作复杂、无法 满足污染现场快速监测的需求，需要在专门的实验室由受过训练的专业人员操作。 利用细菌的天然防御系统开发的高灵敏的全菌以及无细胞的砷检测技术，可以快 速的实现水体砷污染的检测，检测限满足我国、欧盟、美国及世界卫生组织的水 体砷污染检测要求（10µg/L）。该技术绿色环保，无二次污染；操作便捷，操作 人员无门槛；仪器要求低、检测通量高，并有开发时实监控产品的潜力。因此， 该技术不仅非常适合在户外污染现场使用，同样适合在欠发达国家和地区使用和 推广。目前已取得两项国家发明专利。

自主式消防机器人

针对大规模火灾事故中现有消防机器人智能化程度不高的现状，重点突破了 高度动态性、非结构化、水雾、烟雾（尘）环境下消防机器人自主定位、环境建 模与规划控制等关键技术，研究了用户友好型人机交互、高可靠远程通信以及基 于低成本传感器的系统集成等方法，实现了自主式消防机器人的研制。研究成果 可以有效提高消防机器人在灭火救援过程的效率，减少人员伤亡危险。

一种基于G四聚体的荧光法检测纳米银颗粒的方法

必要性及需求分析:纳米银是将粒径制备到1-100nm的金属银单质，其粒径大多在20nm左右，具有广谱杀菌作用，而且不产生耐药性，因此在多个领域中（医疗卫生、纺织、涂料、日用品和化妆品、农业生产等）得到广泛应用。人工纳米银颗粒的大量生产和使用将不可避免的导致其进入环境并在环境中扩散。然而，大量研究表明，纳米银可能对生态环境和人类健康带来潜在的负面影响。例如，纳米银在洗涮过程中很容易渗漏到废水中，从而破坏处理厂处理废水所用的有益细菌；还可以对湖泊或河流中的水生生物造成威胁；纳米银在杀菌的同时，其性能也会影响土壤中环境友好型菌落的生长及繁殖，从而降低土壤的使用价值；纳米银可以与一些代谢酶相互作用，从而对体内代谢途径造成影响；纳米银也对人体健康具有潜在的危害，研究表明，纳米银的毒性与其内部特征及氧化状态有关，最终导致炎症、细胞毒性以及遗传毒性等的发生。日益增加的纳米银的使用逐渐引起大家对其造成的环境危害和潜在健康威胁的重视；然而，对于纳米银的检测很少有报到，而且大都基于传统的质谱、色谱等分析方法，耗时费力并且费用昂贵；因此，急需发展简便快速的方法来检测环境中纳米银的含量。G-DNA是一段富含G碱基重复序列的单链DNA，在钾离子存在的情况下，通过G碱基间Hoogsteen氢键形成G四分体，进而通过非共价的π-π堆积作用形成具有更高结构顺序的G四聚体结构。已有研究表明银离子可以与G碱基相互作用从而破坏G四聚体的结构。利用此特性，已经报道了利用G四聚体生物传感器检测水样中重金属离子的方法。在我们的研究中发现纳米银颗粒也可以破坏G四聚体的结构，并且纳米银粒径越小，作用越明显。然而通过G四聚体无

野外太阳光谱辐射自动观测系列化仪器

必要性及需求分析:针对目前我国高分辨卫星载荷定标应用需求、数值气象预报需求、大气环境及气候变化的观测需求等，具有宽光谱范围、高分辨率、高信噪比的野外太阳光谱辐射自动测量仪器的市场越来越大，这些仪器的开发需求变得非常重要，其作用主要体现在以下方面：（1）为卫星载荷提供全天候、长序列的定标科学数据，减小缺乏实测数据带来的辐射计算误差；（2）获得地面太阳辐射数据、太阳照度的变化规律及分波长的变化趋势，为太阳能观测、气象预报、环境监测提供实测数据；（3）参与国际范围的太阳观测对比试验与宣传工作，为国际市场提供可选择的产品，体现国产仪器的高性能与经济型。在多年进行光谱式仪器开发的基础上，通过需求分析和技术提高，开发了一系列的野外太阳光谱辐射自动观测仪器，包括高精度通道辐射计、可见短波红外大气观测仪、可见近红外大气观测仪、自校准太阳辐射仪，可实现400nm~2450nm波段太阳辐射的多光谱、高光谱测量，占领国内外在该类型仪器的高端市场，培养成可持续发展产业，促进我国卫星事业、能源事业和全球气候变化研究的重要作用。目标及主要任务:已完成的野外太阳光谱辐射自动观测仪器系列样机为基础，进行仪器的技术化总结及成熟化，完成此系列产品的产业化技术攻关，为实施该系列产品的产业化和推广奠定基础。产品主要特点和性能如下：-仪器可实现400nm~2450nm的多光谱、高光谱自动化测量-支持太阳能供电、市电、直流供电方式的工作模式-可实现远程北斗无线通信（无信号区）、GPRS通信、网络FTP上传等数据接收模式-响应度定标不确定度：优于3%@600nm；优于4%@1500nm；优于5%@2100nm-仪器在-30

VOCs高精度在线监测技术

必要性及需求分析:挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOCs）中的许多物质对人体和各种感官有刺激作用，且具有一定的毒性，有些会产生致癌、致畸、致突变的“三致”效应，对环境安全和人类生存产生极大的危害。现有的VOCs检测手段包括大型实验室分析仪器、试剂条传感器，以及传统离子迁移谱仪。大型分析仪器在现场化和检测速度、试剂条传感器在检测范围及定量精度、传统离子迁移谱在检测精度及速度方面现阶段均存在无法逾越的障碍。目标及主要任务:以非甲烷总烃、苯、1,3-丁二烯、甲苯、二甲苯、乙苯、苯乙烯等多种常见VOCs为监测对象，研究基于UV-FAIMS的VOCs现场检测技术。开发相应的FAIMS在线监测系统，解决VOCs泄漏逸散情况复杂、现场检测灵敏度不足等问题，实现VOCs多组分在线高精度检测。现有工作基础:在国家重点研发计划重点专项等项目的支持下，本团队发展了新型的高场不对称波形离子迁移谱（FAIMS），通过无需样品前处理的高效离子化、微型高稳定离子迁移管加工和物质二维高分辨识别谱图识别等关键技术成功解决了多组分VOCs监测中IMS谱图峰混叠问题。现已成功开发出了多台不同应用目标、不同技术参数的FAIMS仪器以及相应的离子源，并实现了数十种挥发性有机物、爆炸物、毒品、农药等的高精度检测以及数据库构建。部分样机已送至国内顶级科研院所和相关公司试用，且已经通过国家863专家组、省级电子产品监督检验所的鉴定，以及中科院中国科学报的报道和推荐。预期经济和社会效益:项目具有良好的经济和社会效益。本成果VOCs高精度在线监测技术主要应用领域之一是环境有毒有害物质的快