第27期“见微知著”培训课程:穿戴式和植入式生物传感器
2020-08-31 21:15:51   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

本课程邀请在穿戴式和植入式生物传感器领域拥有丰富经验的技术领路人、著名高校和研究所专家,为大家讲解生物传感器如何从“小众”走向“大众”,变成“守护健康”的硬核科技。

主办单位:麦姆斯咨询

协办单位:上海传感信息科技有限公司、华强电子网

一、课程简介

全球医疗服务市场规模巨大,近年来,受环境恶化、慢性病年轻化、人口老龄化加剧等因素影响,人们对医疗保健的需求迅速增加。中国医疗服务正经历从传统“医疗服务”向“健康服务”的转型,穿戴式和植入式电子设备越来越多地走进我们的日常生活,例如为健康生活而设计的苹果(Apple)Watch、Fitbit健身手环及各种电子织物。生物传感器是穿戴式和植入式电子设备的核心元器件,决定着电子设备众多监测/检测功能的实现,架起了联接生命、物质世界和人类认知的桥梁。

穿戴式和植入式电子设备应用于人体生理指标监测示意图

穿戴式和植入式电子设备应用于人体生理指标监测示意图(来源:加州大学洛杉矶分校《Wearable and Implantable Sensors for Biomedical Applications》)

生物传感器可将各种生命体征信号(体温、血压、心率、呼吸频率、血氧饱和度,以及心电、肌电、脑电等生物电信号)转换为医疗仪器/设备可用的电信号。对人体的生命体征信号进行监测,实时提供使用者的生理信息,必要时进行相应的保健治疗或预警,可以确保使用者的健康、安全。例如,Apple Watch Series 4集成了心电图传感器,可记录佩戴者的心跳和心律情况,如果心律不齐,即表示可能有心房颤动(AFib)的问题;LifeSignals无线医疗生物传感器LP1250可对双通道心电图和心率数据进行72小时的数据捕捉,帮助改进对病人的诊断;Senseonics皮下植入式连续血糖监测系统Eversense能够提供长达90天的动态血糖值,当血糖过高或过低时,系统都会报警;Neuralink植入式脑机接口设备LINK V0.9通过在大脑中植入的上千根电极丝“读取”脑电波信号,希望“解码大脑”以解决老年痴呆症、中风等脑部疾病。

Apple Watch心电图功能

Apple Watch心电图功能

Senseonics皮下植入式连续血糖监测系统Eversense

Senseonics皮下植入式连续血糖监测系统Eversense

Neuralink植入式脑机接口设备LINK V0.9

Neuralink植入式脑机接口设备LINK V0.9

随着穿戴式和植入式电子设备开始大规模应用,并且朝着小型化、智能化、多功能化和柔性化发展,设备的持续供电问题日益突出,除了提高电池的能量密度以外,最近引起广泛关注的另一种有效方法是能量收集,通过收集环境中的能量实现可持续电力供应。研究人员已经成功研制出多种能量收集器件,包括光伏器件、摩擦纳米发电机(TENG)、压电纳米发电机(PENG)和热电器件等,这些能量收集器件可以与储能装置(电池、超级电容器)、生物传感器结合起来,进一步集成于穿戴式和植入式电子设备之中。

基于摩擦纳米发电机的自驱动可穿戴传感系统

基于摩擦纳米发电机的自驱动可穿戴传感系统(来源:北京大学《Self-powered electronic skin based on the triboelectric generator》)

总体而言,传统医疗检测仪器功能单一,体积庞大,不能满足普适监测与连续移动监测。对于需要长期连续生理参数监测的人群,需要穿戴式和植入式电子设备——利用各种生物传感器能够以无创或微创的形式提供目标分析物水平的连续数据,患者可以在家轻松采集与特定健康状况或疾病相关的信息。如今,穿戴式和植入式生物传感器正在与人类健康建立起更加紧密的联系,凭借更低成本的解决方案,提供更高水平的医疗服务,最终改善人类的疾病控制、健康管理和生活质量。

为满足广大生物MEMS和传感器从业人员对知识的渴求,麦姆斯咨询特开设《第27期“见微知著”培训课程:穿戴式和植入式生物传感器》,邀请在该领域拥有丰富经验的技术领路人、著名高校和研究所专家,为大家讲解生物传感器如何从“小众”走向“大众”,变成“守护健康”的硬核科技。课程内容主要包括:(1)植入式生物传感器技术及应用;(2)微针制备技术及生物医学应用;(3)植入式柔性电极及人造视网膜;(4)穿戴式健康电子技术及应用;(5)柔性可穿戴生物芯片及应用;(6)柔性离电子传感技术及应用;(7)人体可集成的柔性传感器技术;(8)可穿戴能量收集技术及系统。

二、培训对象

本课程主要面向穿戴式和植入式生物传感器产业链上下游公司的技术研发和管理人员,以及高校师生,同时也欢迎其他希望了解生物传感器技术和应用的非技术背景人员参加,如医疗保健行业人员、投融资机构人员、政府管理人员等。

三、培训时间

培训时间:10月16日~10月18日

授课结束后,为学员颁发麦姆斯咨询的结业证书。

四、培训地点

无锡市(具体地点以培训前一周的邮件通知为准)

五、课程内容

课程一:植入式生物传感器技术及应用

讲师:北京大学 教授 李志宏

微米/纳米技术的进步促使各种新型生物MEMS和传感器不断涌现。其中,植入式生物传感器的关键优点是连续测定体内某些随时间变化的重要生理或病理参数,例如氧、葡萄糖、乳酸的浓度等,从而获得更直接、更准确的诊断或治疗效果。近期,马斯克公布的植入式脑机接口设备LINK V0.9掀起了“人机共生(人脑+AI)”新浪潮,该设备采用1024个通道电极阵列记录脑电信号。本课程从微纳电子与生物MEMS的基础理论出发,深入分析植入式生物传感器的核心技术,并结合实例为大家讲解多种不同形式的植入式电极阵列及其应用。

课程大纲:
(1)微米/纳米技术概述;
(2)生物MEMS和传感器定义、范围及发展历程;
(3)植入式生物传感器简介;
(4)植入式生物传感器科研现状和趋势;
(5)植入式生物传感器产业现状;
(6)植入式电极阵列结构设计、材料和制造工艺;
(7)植入式电极阵列应用案例(神经信号记录和刺激、活体组织电穿孔)详解。

课程二:微针制备技术及生物医学应用

讲师:中国科学院深圳先进技术研究院 教授 吴天准

微针是指长度在几十微米到几毫米、尖端直径小于几十微米的微型针头,制作材料包括硅、金属、陶瓷和聚合物等。微针发展的一大驱动因素是其微创输送药物分子进入皮肤的能力。它能有效刺穿皮肤角质层,以微创、无痛、安全的方式实现经皮给药,在医疗、美容等行业发展迅速。本课程将为大家详细讲解微针的材料、结构设计及相应的制备技术,以及微针的典型应用和产业化进程。

课程大纲:
(1)微针基本概念、发展历程和工作原理;
(2)微针基质材料(硅、金属、陶瓷、玻璃、聚合物、糖等)及其性能分析;
(3)硅微针(实心、中空)结构设计、制造工艺、封装和测试;
(4)聚合物微针结构设计、制造工艺、封装和测试;
(5)微针在生物医学领域(如经皮给药、医学美容)的应用分析;
(6)微针科研现状、主要研究机构及成果;
(7)微针产业现状、主要厂商及产品。

课程三:植入式柔性电极及人造视网膜

讲师:中国科学院深圳先进技术研究院 教授 吴天准

作为神经与电子的接口,植入式微电极在生物电子医疗、神经科学、疾患治疗等方面发挥着重要作用。基于MEMS技术的植入式微电极从基质材料上大致分为柔性和刚性两大类,与大多数由惰性金属或半导体材料制备的刚性电极相比,植入式柔性电极在生物相容性、导电性和可靠性上均具有突出优势。本课程将为大家梳理植入式柔性电极的材料、设计及相应的制备技术,并展示植入式柔性电极的典型应用案例:人造视网膜。

课程大纲:
(1)植入式微电极概述;
(2)植入式柔性电极基质材料(聚酰亚胺、聚二甲基硅氧、聚对二甲苯)及其性能分析;
(3)植入式柔性电极结构设计、制造工艺、封装和测试;
(4)植入式柔性电极应用领域和市场前景;
(5)案例分析:人造视网膜对植入式柔性电极的要求(表面修饰、改性、生物相容性、长期稳定性等)及解决方案;
(6)植入式微电极产业现状、主要厂商及产品。

课程四:穿戴式健康电子技术及应用

讲师:中国科学院微电子研究所 健康电子研发中心主任 黄成军

穿戴式健康电子设备是便携式医疗或健康电子设备的一种,强调将健康电子设备“穿”或“戴”在身上,即将生理信息检测技术和人们的日常穿戴相融合,实现对人体的长时间动态监测,提供全面的临床诊断数据或健康信息。本课程将为大家讲解穿戴式健康电子设备的技术详情和产业化突破点,并探讨穿戴式健康电子设备的市场规模和未来发展趋势。

课程大纲:
(1)穿戴式健康电子技术及设备概述;
(2)穿戴式健康电子设备对传感器的要求;
(3)穿戴式生命体征监测技术,包括体温、心率、呼吸、血压、血氧等;
(4)穿戴式生物电信号检测技术,包括心电、脑电、肌电等;
(5)穿戴式生物大分子检测技术,包括血糖、核酸等;
(6)智能化中医辅助诊疗技术、包括中医脉诊、舌诊等;
(7)穿戴式健康电子技术规模及发展趋势。

课程五:柔性可穿戴生物芯片技术及应用

讲师:北京航空航天大学 教授 常凌乾

柔性可穿戴生物芯片主要应用于皮肤或器官生理信号传感、透皮给药、在体基因转染。近年来,微纳米技术的快速发展,使得可穿戴传感器能够在单细胞精度上进行长时间、实时生理参数的检测。另外,基于微纳米结构的在体透皮递送系统可以实现精确分子递送,包括小分子(如葡萄糖)和大分子(如蛋白、质粒)。本课程将从单细胞传感和基因转染两方面出发,为大家剖析柔性可穿戴生物芯片的技术原理、制备工艺、典型应用和产业化现状。

课程大纲:
(1)柔性可穿戴生物芯片基本概念、工作原理;
(2)用于单细胞传感的可穿戴生物芯片;
(3)用于单细胞转染的可穿戴生物芯片;
(4)用于单细胞转染的可穿戴电穿孔芯片的材料、设计、加工、制造;
(5)用于单细胞基因转染的纳米微针的材料、设计、加工、制造;
(6)柔性可穿戴生物芯片的应用(药物输送、细胞治疗、生理参数监测)和发展趋势;
(7)柔性可穿戴生物芯片产业现状、主要厂商及产品。

课程六:柔性离电子传感技术及应用

讲师:美国加州大学戴维斯分校 教授 潘挺睿

柔性离电子传感(Flexible IonTronic Sensing,FITS)机制被国际主流学术界列为新一代(第四代)柔性力和触觉传感机制,它通过利用电极和离子表面之间的压力来感应电容变化。基于独特FITS机制的离电式压力传感器具有极高的灵敏度、分辨率和信噪比,可实现各类基材的触觉智能升级。本课程将为大家揭秘这项全球首创的“黑科技”如何超越人类触觉,并服务于健康监测、可穿戴设备、机器人等应用。

课程大纲:
(1)柔性离电子传感机制及技术特点;
(2)四代柔性触觉传感机制对比分析:电阻式/电容式/压电式/离电式;
(3)柔性离电式触觉传感技术及应用,如健康监测、TWS耳机、机器人;
(4)一体式离电子传感纸及应用,如人机界面、智能包装、健康可穿戴;
(5)柔性离电子传感技术展望。

课程七:人体可集成的柔性传感器技术

讲师:中国科学院上海微系统与信息技术研究所 研究员 陶虎

随着信息技术的不断进步,人类对发展高性能的柔性传感器的需求也不断增加。我们希望柔性传感器可以舒适地穿戴在身上或植入体内,从而能够获得血压、血糖、脉搏等一系列生理参数,并将这些信息收集到智能设备中,帮助医生进行诊断。本次邀请的陶虎老师在高密度柔性脑机接口、植入式可控降解生物芯片、人工智能感知芯片等领域取得多项创新性成果,部分已成功实现技术转化。本课程将教授大家柔性传感器核心技术,讲解以蚕丝蛋白为主的生物材料如何实现柔性传感器的制备,以及可用于脑机接口的柔性神经传感器件。

课程大纲:
(1)柔性传感器技术概况;
(2)柔性传感器概念、特点及研究进展;
(3)柔性电子传感器材料;
(4)柔性电子传感器制备技术;
(5)基于蚕丝蛋白的柔性传感器;
(6)人体可植入可降解传感器;
(7)柔性神经传感器件及应用。

课程八:可穿戴能量收集技术及系统

讲师:中国科学院北京纳米能源与系统研究所 青年研究员 陈翔宇

2012年,美国佐治亚理工学院的王中林教授小组发明了基于摩擦起电效应和静电感应相结合的摩擦纳米发电机(Triboelectric nanogenerator,TENG),能够将机械能转化为电能。摩擦纳米发电机是一项颠覆性技术,与经典的电磁发电机相比,其在低频下的高效能是同类技术无法比拟的。同时它也可以作为自驱动的传感器来感知由机械触发所产生的静态和动态过程的信息。利用摩擦纳米发电机技术,很有可能能够解决全球能源短缺,也能够推动穿戴式和植入式电子设备的发展。本课程首先综述各种微能量收集技术,然后重点讲解摩擦纳米发电机原理、设计、制备及应用成果,最后展望微能量收集技术的应用及市场前景。

课程大纲:
(1)微能量收集技术概述;
(2)摩擦纳米发电机与自驱动系统;
(3)摩擦起电材料的设计与性能调控(起电性能提升与界面修饰、可穿戴材料与可植入材料、可拉伸材料与器件);
(4)摩擦纳米发电机的结构设计、制造、封装和测试;
(5)摩擦纳米发电机应用成果:接触与非接触的运动感知、智能键盘、便携式高压电源、电刺激系统;
(6)微能量收集技术的应用领域和市场前景。

六、师资介绍

李志宏,北京大学微电子学研究院教授。北京大学信息科学技术学院医信交叉研究中心主任。1992年毕业于北京大学微电子专业,1997年在北京大学获微电子学与固体电子学博士学位,同年留校工作。2000年到2004年在美国加州大学戴维斯分校和美国康奈尔大学做访问学者。2004年7月返回北大,继续从事科研和教学工作。多年来一直从事MEMS/NEMS理论、设计和加工方面的研究,在生物微机电(BioMEMS)和微纳流控系统(Micro/Nanofluidics)取得突出研究成果。作为项目负责人主持国家“863”、国家自然科学基金等科研项目10余项,在本领域高水平学术期刊和国际学术会议上发表论文200余篇,做国际会议邀请报告10余次,申请和授权专利24项(授权16项),为5本书籍撰写章节。他担任自然科学基金重大研究计划“纳米制造的基础研究”指导组专家,担任IEEE MEMS、Transducers国际指导委员会委员。

吴天准,中科院深圳先进院医工所研究员、中心主任、博导。2002及2004年分别获得清华大学工学学士及硕士,2006年至2009年在日本东京大学机械系攻读博士学位,其后历任东京大学机械系、大阪大学生物信息系博士后、中山大学物理学院讲师,2013年起任中科院深圳先进院副研究员、微纳中心创始主任,2016年破格晋升研究员。他主要从事生物医学MEMS、微流控及表界面的交叉研究,近期研究重点为人工视网膜植入微系统。他已发表同行评审学术论文100余篇,其中期刊论文40余篇,会议论文70余篇。在JACS、Adv. Mater.、J. Mater. Chem.(A,C)、Lab Chip、J Phys. Chem. C、APL等权威国际期刊发表SCI论文28篇,其中第一或通讯作者SCI论文15篇(JCR一区论文12篇),包括1篇年度亮点论文(JMM 2010)、2篇热点论文(J. Mater. Chem. C 2015和Prog. Chem. 2015)和1篇特邀论文(J. Adhes. Sci. Technol. 2012),平均影响因子大于4.5。EI收录近60篇,其中第一或通讯作者论文45篇。以通讯作者在MEMS领域权威国际会议(MEMS、Transducers、MicroTAS、NEMS等)上发表30余次,曾获最佳海报和最佳论文奖励;担任医工所微纳系统与仿生医学中心创始主任、中国微米纳米技术学会青年理事、中国生物医学工程学会青年委员、标委会委员、IEEE会员、Optofluidics(2016)程序委员会(TPC)委员及人工视觉分会Co-Chair、国家自然科学基金及广东省、深圳市科技项目评审人,以及Sci. Rep.、Lab Chip、Sens. Actuat. B等20余个国际SCI期刊的审稿人。

黄成军,博士,现任中国科学院微电子研究所研究员、博士导师,健康电子研发中心主任;中国科学院大学未来技术学院岗位教授、生物芯片教研室主任。2006年于华中科技大学光电学院获博士学位,2007~2013年在比利时欧洲微电子研究院(IMEC)任高级研究员,2014年起在中科院微电子所工作至今。黄成军博士长期从事微纳传感器、Bio-MEMS技术、移动医疗与健康电子方面研究。近年来发表学术论文90余篇,国际、国内发明专利30余项。目前主持或参与了国家自然科学基金、863计划项目、中科院项目及企业横向等多项科研项目,现为国家重点研发计划主动健康专项项目负责人。作为首席讲师,在中国科学院大学开设了《生物芯片技术》、《生医医学电子电路、器件及系统前沿》等研究生课程。其所在团队近年来在健康电子核心技术、数据平台、健康终端和特色芯片方面开展了大量富有特色的工作。

常凌乾,北京航空航天大学生物医学工程学院教授,博导,共同创建了北航单细胞工程研究所。2016年博士毕业于美国俄亥俄州立大学(Ohio State University)生物医学工程系。他曾于2017年9月至2018年12月在美国北德克萨斯大学(University of North Texas)生物医学工程系担任助理教授(Tenure Track)。常凌乾入选2017年国家高层次人才计划。他担任共同主编,编撰英文专著1部(Springer Nature出版),发表SCI学术论文50余篇,如Nature Nanotechnology、Nano Letters、Small等,通讯/一作论文30篇,其中4篇论文当选ESI高被引论文,被Chemical Review等顶级综述期刊亮点报道,并被Science Translational Medicine专题报道。申请和授权中国专利5项、美国专利3项;主持新型柔性贴皮纳米电穿孔系统用于高效基因检测与编辑、病毒快速核酸及免疫学检测技术、患者快速筛查模型的构建等相关检测技术研究、北京市高精尖中心——单细胞工程研究所等项目。他担任中国生物医学工程学会纳米医药分会青年委员,多个SCI期刊的副主编或编委;第二届国际细胞生物信息学研讨会大会主席;在IEEE-Nano、IEEE-NSENS等国内外会议上做主题报告或特邀报告10余次。他获得学术奖励主要包括:2016年俄亥俄州立大学博士最高奖Presidential Fellowship,2018年Microsystem and Nanoengineering Summit青年科学家等。

潘挺睿,美国医学与生物工程院和英国皇家化学学会会士,现为美国加州大学戴维斯分校生物医学工程系、电子与计算机工程系,以及机械与航空工程系的终身教授,钛深科技(深圳)有限公司创始人。他创建了加州大学微纳创新实验室(MiNI Lab)并担任首席科学家,并担任加州大学微纳米制造中心(Center for Nano and MicroManufacturing)主任,同期创立了加州大学“宏伟”国际研究交流(GREAT)计划并兼任主任教授。潘挺睿教授同时兼任两份顶级国际生物医学工程核心期刊IEEE Transactions on Biomedical Engineering和Annals of Biomedical Engineering副主编,并担任美国微纳米技术 应用大赛(uCAN)的共同主席、美国科学基金会(NSF)的评审组专家。他同期被聘为北京大学和中国科学技术大学的客座教授及中国科学院深圳先进技术研究院的客座研究员。潘教授本科毕业于清华大学,毕业后留美深造,先后获明尼苏达大学生物医学工程系硕士、电子工程系博士和医学博士后。其研究方向主要集中于研发新一代柔性触觉传感技术、数字微流控与芯片技术、穿戴式健康与个性化医疗技术,其跨领域的原创性科研成果包括:柔性离电传感技术(Flexible IonTronic Sensing/FITS)、微流控自适应打印技术(Microfluidic Adaptive Printing/MAP)、表面微纳流体技术(Interfacial Microfluidics)和生物纳米材料与加工(Bio-Nanomaterials and BioNanofabrication),受到国际媒体及学术界广泛的关注与报道。潘挺睿及其领导的团队在高水平期刊和会议杂志上发表论文超过100余篇(其中包括Nature和Science子刊、Advanced Materials、Lab Chip和Biomaterials等高影响力杂志),同时获得了20余项国际专利授权。鉴于潘挺睿教授在其领域取得的突出学术及创新贡献,他荣获了包括美国科学基金会(NSF)杰出青年奖(CAREER)和科技前沿创新奖(EFRI)、施乐(Xerox)基金会奖、加州大学杰出贡献奖和杰出青年教授奖等诸多重要奖项。

陶虎,中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员、博士生导师,传感技术联合国家重点实验室副主任。科技部重大项目首席科学家,国家优秀青年基金获得者,国家海外高层次人才入选者,中科院上海分院杰出青年科技创新人才,中科院优秀导师,中国电子教育学会优秀导师,上海市优秀学术带头人,上海科技大学特聘教授,复旦大学附属华山医院特聘教授,张江实验室脑与智能科学研究院特聘研究员,上海脑科学与类脑研究中心特聘研究员,中国科学院青年联合会第四届委员。2003年本科毕业中国科技大学精密仪器与精密机械系;2006年获得中国科学院电子学研究所物理电子学硕士学位;2010年获得美国波士顿大学机械工程博士学位,同年获得最佳博士论文奖、国家优秀自费留学生奖学金;2010-2014年在美国塔夫茨大学生物医学工程系先后从事博士后和助理研究教授工作;2014年回国到中国科学院上海微系统与信息技术研究所工作。长期从事半导体技术和生命科学的交叉融合研究,在高密度柔性脑机接口、植入式可控降解生物芯片、人工智能感知芯片等领域取得多项创新性成果。在Science、Nature、PNAS、Advanced Materials等期刊上发表论文70余篇,17篇被选为封面文章。发表文章总引用10000余次。23篇论文单篇引用过百,5篇论文单篇引用超过500次。国内外专利20余项,包括美国授权专利5项,部分已成功实现技术转化。

陈翔宇,中国科学院北京纳米能源与系统研究所青年研究员。2007年获清华大学电机系工学学士学位,2010年分别在清华大学材料系和东京工业大学电子物理系获得工学双硕士学位,2013年获东京工业大学电子物理博士学位。2013年加入苏州大学功能纳米及软物质研究院,担任副教授。2014年5月调职到中国科学院北京纳米能源与系统研究所,加入王中林院士的研究团队,任副研究员。2017年6月,陈翔宇被提拔为青年研究员,独立领导课题组,入选北京市青年拔尖人才、北京市科技新星、北京市特聘专家。他主要从事聚合物功能材料及纳米能源器件的相关研究,包括纳米发电机、固液界面电荷转移机理、智能形变材料与器件、微流控器件、可穿戴传感器件等方向。陈翔宇作为第一作者和通讯作者在Nat Common、EES、Adv Mater、Materials Today、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Nano Energy等杂志发表SCI学术论文共50余篇,影响因子大于10的文章28篇。目前作为项目负责人主持国家自然科学基金的青年基金和面上基金,主持北京市面上基金、科技新星和高创计划。

七、培训费用和报名方式咨询

请发送电子邮件至WUYue@MEMSConsulting.com或GUOLei@MEMSConsulting.com,邮件题目格式为:培训报名+穿戴式和植入式生物传感器+单位名称+人数。

麦姆斯咨询
联系人:吴越
电话:15190305084
E-mail:WUYue@MEMSConsulting.com

联系人:郭蕾
电话:13914101112
E-mail:GUOLei@MEMSConsulting.com

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