基于三維組裝微針離子傳感器的生理離子波動透皮監測可穿戴系統

傳感新品

【中山大學：基于三維組裝微針離子傳感器的生理離子波動透皮監測可穿戴系統】

新品亮點

1、降維加工法將片狀微針組裝成三維微針陣列；

2、基于三維微針陣列的離子傳感微針陣列系統包含離子傳感陣列、輔助電路和應用程序；

3、能實時、原位地監測皮下鈉、鉀和鈣離子的濃度變化。

研究背景

人體健康監測和早期疾病檢測在現代醫學中意義重大?；?a href="http://www.qd573.com/v/" target="_blank">智能傳感器的可穿戴健康監測系統可以附著在人體上，實時檢測健康特征，并提供及時的預警和反饋。近幾十年來，隨著新技術的出現，科學家們在基礎研究和臨床醫學方面取得了喜人的進展?？纱┐魇絺鞲衅骺梢暂p松地貼附到人體上，采集一系列生理信息，如脈搏、血壓和血糖水平等，并將數據傳輸到智能設備，加以提取和分析疾病概況。近年來，多種可穿戴傳感器被用于人體健康信息的無創檢測。盡管這些非侵入性傳感器具有極好的生物安全性，但因為只能接觸到皮膚表面的物質，所以無法直接測量體內的生化分析物。

目前這些可穿戴傳感器的測量目標主要限于物理信號，如脈搏、心電圖、生理壓力，或分泌物如汗液、淚液中的分子。人體內的生化標志物如離子（Na+、K+、Ca2+、pH值）和代謝物（葡萄糖、乳酸、尿酸），是人體生化檢測的重要指標，但皮膚作為身體的保護層，會阻礙外部設備對體內生化標志物的檢測。組織間液存在于細胞間隙中，其所含小分子分析物，如代謝物（葡萄糖、乳酸）和電解質較血漿內的濃度接近。目前測量離子濃度多通過金屬針頭取血，容易造成創傷，導致疼痛和感染風險，因而阻礙了對體內離子波動的長期和連續監測。長度為500-800微米的微針頭可以穿透皮膚角質層但不接觸血管或神經，引起了很多人的關注。然而，基于微針陣列的可穿戴檢測設備，尤其是同時檢測不同離子的器件很少。這是因為，相比平面電極，在三維微針陣列上制備不同功能的傳感器的加工要求更高。同時，在間隔緊密、結構緊湊的微針針尖上的修飾難度也更大。

在文章中，作者基于降維加工技術，將片狀微針集成為三維微針陣列，開發了一個離子傳感微針陣列系統，用于實時連續檢測皮下離子。通過激光微機械加工制造的片狀微針，并加以組裝，解決了制造具有多個電極通道的三維微針結構的局限性，也解決了將間隔緊密的微針尖修改為不同功能類型的電極的難題。離子傳感微針陣列系統在檢測鈉、鉀和鈣離子濃度的實時變化方面具有足夠的敏感性，并表現出良好的線性響應范圍、傳感檢測選擇性和持續穩定性。結果表明，離子傳感微針陣列可以實時監測大鼠皮下組織液中鈉、鉀和鈣離子的濃度變化。作者將這些微針電極集成為一個可穿戴的監測系統，該系統可作為實時監測人體健康的重要工具，并有可能為與生理離子變化有關的疾病提供信息反饋。

圖文導讀

圖1：用于連續離子監測的微針傳感器的原理圖和制備流程。

(a)用于檢測的微針陣列傳感器示意圖?？纱┐魑⑨槀鞲衅魍ㄟ^皮膚進行微創檢測，測量組織液中不同離子的濃度。檢測信號由微針傳感器傳輸到輔助電路，由微處理器進行數據處理和圖形化展示。(b)微針陣列傳感器的制備方法。利用激光技術制備片狀微針，在微針尖端分別修飾導電層、粘附層和傳感層獲得微針工作電極，實現了對離子的選擇性檢測?；诮稻S加工法將微針工作電極與微針參比電極、微針對電極集成，形成離子傳感微針陣列，并可進一步與印刷電路板結合成離子傳感微針陣列系統。

圖2：不同修飾情況下片狀微針的表面形貌表征。

(a)從左至右: 空白片狀微針、金層修飾過片狀微針、PEDOT 離子轉換層修飾后的片狀微針的不同放大倍數的電子掃描顯微鏡圖像。(b-c)微針離子電極的光學和電子掃描顯微鏡表征: (b)鈣離子傳感微針電極, (c) 鉀離子傳感微針電極, (d)鈉離子傳感微針電極。

圖3：離子傳感微針電極對不同離子的電化學響應。

(a)經染色的離子傳感微針電極的熒光圖像;

(b)經染色的離子傳感微針電極穿透后豬皮的熒光圖像;

(c)離子傳感微針電極的體外連續監測實驗裝置圖;

(d)離子傳感微針電極對各個濃度不同離子的線性響應圖;

(e)-(f)離子傳感微針電極對各個濃度不同離子的平行實驗；

(g)離子傳感微針電極檢測不同種類離子的相對穩定性及統計分析；

(h)離子傳感微針電極檢測不同離子的靈敏度；

(i)-(k)離子傳感微針電極對不同離子的特異性響應。

圖4：離子傳感微針陣列用于在體連續監測大鼠皮下組織液中的離子波動。

(a)-(c)用離子傳感微針陣列檢測大鼠皮下各種離子(Ca2+、K+和Na+)的電位信號，并將其轉換為離子濃度。使用商業儀器獲取大鼠血液中 Ca2+，K+和Na+的參考值，并根據參考值(圖中紫色星號)校準檢測結果；

(d)各大鼠皮下組織液中離子濃度隨時間變化的波動情況；

(e)各大鼠皮下組織液中離子濃度隨時間變化的相關性分析；

(f)離子傳感微針陣列在檢測各大鼠體內不同類型離子時的檢測準確度的誤差網格分析；

(g)在體連續監測實驗中，離子傳感微針陣列對不同類型離子檢測的平均誤差。

圖5：用于離子傳感微針陣列系統輔助電路的電路設計和功能驗證。

(a) 印刷電路板的電路實現和版圖設計；

(b) 離子傳感微針陣列輔助電路的系統框圖；

(c) 印刷電路板的實物圖；

(d) 印刷電路板對不同輸入和輸出電壓信號的相關性校驗；

(e)-(f) 離子傳感微針陣列分別連接印刷電路板與電化學工作站時，檢測不同類型離子的歸一化響應的對比和回歸分析；

(g) 佩戴在人體模型手臂上的離子傳感微針陣列系統；

(h) 檢測數據經過藍牙傳輸并實時形成的離子波動檢測應用程序界面。

傳感動態

【年產40萬臺監測傳感器和應急大腦云平臺建設項目落戶這里高新區】

記者8月15日從市高新區獲悉，湖北飛邁科技有限公司年產40萬臺監測傳感器和應急大腦云平臺建設項目正式簽約落戶市高新區。

湖北飛邁科技有限公司是一家專注于隧道、邊坡、基坑、橋梁、大壩、地下管廊等巖土工程領域傳感器和自動化安全監測儀器研發與生產的高新技術企業，擁有巖土工程監測傳感器、試驗設備、工程材料、自動化采集系統、組網傳輸模塊、遠程通信模塊及一體化監測模塊等產品百余種。產品在安全監測領域得到廣泛應用，遠銷東南亞、歐洲、中東等世界各地。

據悉，該項目總投資5億元，達產后預計可實現年產振弦式傳感、MEMS型傳感器、壓阻型傳感器等工程監測類傳感器40萬套，年產值10億元以上。

該項目的引進落戶是市高新區推進第二、三產業融合的典型示范。未來，高新區將圍繞該項目打造集“智慧應急大腦”大數據應用、技術研發、產品生產、檢驗檢測、項目運營管理、展覽展示于一體的產業綜合基地，圍繞安全產業相關領域，通過產學研融合，促進企業、院校之間優勢互補、資源共享，為企業引進專家技術人才提供支持，為院校搭建人才培養、科研成果轉化渠道，打造引領行業發展的標桿型平臺，填補國內在該領域的空白。

【柯力傳感戰略投資灣測，其客戶有富士康、寧德時代等】

8月15日，柯力傳感（603662）（603662）旗下子公司深圳市柯力智能傳感產業發展有限公司與深圳市灣測技術有限公司（簡稱“灣測”）正式簽署增資協議，完成了對灣測的戰略投資。參與本輪增資的還有同創偉業、凡創資本以及老股東線性資本等知名投資機構。

深圳市灣測技術有限公司成立于2020年，總部位于深圳，是一家以研發及品質為核心的高端工業傳感器創新企業。

灣測創始團隊均來自世界500強企業，深耕工業傳感器領域10余年。公司創始人此前任職于富士康，并在日本歐姆龍工作8年，德國西克工作3年，擔任中國區高管，對工業傳感有深厚的行業認知和市場經驗。聯合創始人兼產品總監此前任職于日本基恩士和德國西克。研發總監此前任職于華為海思半導體和速騰聚創。

根據中商產業研究院數據顯示，中國工業傳感器市場規模由2016年的267.5億元增長至2021年的455.2億元，年均復合增長率11.22%，2022年的市場規模達到500億元左右。但長期以來，這一市場主要被基恩士、歐姆龍、西克等進口品牌占據，國產品牌存在缺乏核心技術、產品偏低端同質化等問題。

目前，灣測的傳感器產品和解決方案涵蓋精密測量、工業安全和通用傳感三大領域，廣泛應用于3C、半導體、新能源、汽車和傳統制造業等多個行業，近年來，灣測已經成功導入富士康、寧德時代（300750）、立訊精密（002475）、大族激光（002008）、BYD、中創新航等知名企業客戶。

本輪融資完成后，灣測將進一步提升研發實力、品質管理能力和客戶服務能力，同時公司也將于2023年末整體入駐到柯力傳感在深圳光明區的智能傳感產業園區。

展望未來，柯力將在研發、市場、供應鏈等方面與灣測進行深度合作，助力灣測持續快速地高質量發展，打造具有全球綜合競爭力的高端傳感器民族品牌。

【博士近百人、碩士3000余人！歌爾股份多維度集聚創新資源】

近年來，歌爾股份有限公司（以下簡稱“歌爾股份”）圍繞國家產業發展戰略，堅持“創新是第一動力”理念，充分發揮創新主體作用，將自主創新、融通創新作為推動企業跨越發展的“關鍵一招”。通過集聚創新資源、引育創新人才、攻關核心技術、布局前沿產業等舉措，打造企業技術領先優勢，提升市場競爭力。在全球范圍內集聚產業上下游創新資源，加快科技成果轉移轉化進程，大力引育頂尖人才和青年科技人才，建立差異化發展通道和個性化成長路徑，以人才推動科技創新，引領企業跨越發展。目前，擁有研發管理人才2萬名，省級以上重點人才15名，博士近百人、碩士3000余人，入選國家產教融合型企業，3次獲評全省人才工作表現突出單位，連續6年奪得中國電子元件百強研發實力榜冠軍，是國內唯一進入全球微機電領域十強的企業，上榜中國企業500強。主要做法和經驗啟示如下。

拓展全球人才引進渠道，譜寫人才創新“新篇章”。加大人才招引力度，將人才戰略上升為企業重要發展戰略，織密引才網絡，面向全球引才，匯聚國內外創新人才資源。推動各事業群（部）設立人力資源部，構建上下貫通引才機制，加強人才舉薦激勵，設立“伯樂獎”，累計發放引才獎金2000余萬元。創新“六國二十地”引才模式，瞄準世界科技創新前沿，在美日韓、京滬深等地分別設立研發中心、人才飛地，形成全球化引才體系，就地識別吸納聲光電類專業人才200余人。設立人才“全球招募官”，獵聘行業頂尖人才，從美國引進光學技術專家，推動歌爾光學事業實現“開天辟地”式發展，打破國外在AR顯示模組方面的技術壟斷，推薦入選國家級重點人才，獲評2022年度省科學技術青年獎。實施“歌爾之翼”引才計劃，聚焦VR/AR、聲光學、微電子等前沿技術領域，重點引進世界TOP100、“雙一流”高校畢業生，累計吸引高校畢業生近萬名，其中“雙一流”畢業生3000余人

校企合作共引共育，搭建人才成長“立交橋”。整合教育資源，著眼科技創新、產業培育與人才培養體系協同發展，強化科教融匯、產教融合、協同育人。與曲阜師范大學、哈爾濱理工大學、山東理工大學等15所高校合作共建現代產業學院。與南京大學、山東大學等高校合作定向培養工程碩士、本科卓越工程師，年培養高技能人才1500余名。入選首批國家產教融合型企業，歌爾工學院獲批省級產業學院，正與山東大學共建山大歌爾元宇宙現代產業學院、山大歌爾研究院。強化內部人才培育晉升，圍繞工程師、技師、班組長等條線，設立G-plan干部培養、精英人才計劃等分類分層專業培育體系，助力一批技師、工藝師、制造工程師快速成長，培育省級以上重點人才15名、鳶都產業領軍人才14名。打造“1+1+1”匠造班人才培養體系，即第一階段在校學習、第二階段進入歌爾匠造培訓中心學習、第三階段到歌爾頂崗實習，在機械制造、機電一體化、自動化等專業領域與50多所學校密切合作，建設40多個校企合作專業，學生畢業后雙向選擇，畢業即入職、上崗即勝任，持續輸送人才3130人。

瞄準前沿核心技術，打造科研攻關“強引擎”。堅持“創新是第一動力”，推動校企產學研深度合作，以技術創新引領產業高質量發展。搭建高能級平臺載體，創建虛擬現實領域唯一國家級創新中心，建成博士后科研工作站等9個省部級創新平臺。與中科院、北航、清華大學等聯合建立研究院，5年投入130億元鼓勵人才創新研發，生產的MEMS聲學傳感器市場占有率位居國內第一，成為唯一進入全球微機電領域前十的中國企業。探索校企共建科研團隊，與斯坦福大學、麻省理工學院、清華大學等知名高校和科研機構開展產學研合作，引導各類人才領銜參與創新課題。2022年，與高校和科研院所達成12項開放課題，涉及光學、新材料等技術領域，項目經費合計936萬元。實施重大科技專項，先后承擔12項“國字號”重大專項、20余項省級專項，參與揚聲器聽音實驗、語音通信用傳聲器和虛擬現實等多項國家和行業標準制訂。累計申請專利2.9萬項，其中PCT及國外專利3300項，連續6年奪得中國電子元件百強研發實力榜冠軍。

【英特爾放棄收購以色列代工芯片制造商，因中國未批準？專家回應】

英特爾和以色列代工芯片制造商高塔半導體16日表示，由于未能及時獲得監管機構批準，雙方擬議的54億美元收購交易已被終止。路透社、彭博社等多家媒體稱，未批準這筆交易的是中國監管部門。

去年2月，英特爾宣布和高塔半導體達成最終收購協議。彭博社稱，收購這家以色列公司是英特爾進入快速成長的半導體代工市場計劃的一部分。首次宣布這筆交易時，英特爾表示需要“大約12個月”完成。到去年10月份，這家芯片制造商表示，它的目標是2023年第一季度完成收購，但隨后在今年3月警告說，這個日期可能會推遲到第二季度。知情人士說，交易的最后期限是加州時間8月15日午夜，兩家公司都預計不會得到中國的批準。

路透社稱，英特爾首席執行官格爾辛格曾表示，他正努力讓中國監管機構批準收購高塔的交易，上個月他還訪問過中國，與政府官員會面。但格爾辛格也表示，無論交易結果如何，英特爾都要投資芯片代工業務。

《華爾街日報》稱，大規模的全球收購通常需要主要市場多個監管機構的認可。在中國，如果交易中的兩家公司在中國的年收入合計超過1.17億美元，則合并將引發反壟斷審查。

美媒渲染稱，這是中美商業關系緊張的最新跡象?！都~約時報》稱，在中美緊張的經濟關系中，科技是主要戰場。美國主導一系列措施限制向中國出售具有軍事用途的最先進計算機芯片，以及制造此類芯片的工廠設備，這令北京深感不安。中國譴責這些舉動是華盛頓遏制其技術發展和減緩其經濟增長的努力。

通信行業專家項立剛16日對《環球時報》記者表示，高塔半導體一些業務在中國開展，相關并購案需要中國監管部門批準。如果并購行為會導致壟斷，形成對中國產業的沖擊和影響，不被批準是正常的，其他并購案中也出現過相關情況?！皩χ袊a業不利，我們當然就不會批?！表椓傉f。

去年，杜邦公司放棄了以52億美元收購電子材料制造商羅杰斯公司的交易，原因也是未能獲得中國監管機構的批準。

《紐約時報》說，盡管中美兩國之間存在著緊張關系，但兩國經濟仍然高度關聯，依賴彼此的供應鏈、技術和投資資金。對英特爾來說，中國既是一個主要的市場，也是一個主要的業務所在地：2022年，該公司在中國雇傭1.2萬多名員工，收入超過170億美元，約占其全球總收入的27%。

【天津大學成功研發高性能毫米波芯片套片 實現從“跟跑”到“領跑”的突破】

近日，天津大學微電子學院博士生創業團隊“芯靈科技”成功研發高性能5G多頻段多標準兼容毫米波芯片套片。該芯片套片在國際上率先實現多頻段多標準融合，實現5.5G/6G國際通信標準中主流通信的多頻段多標準覆蓋。

5G通信正成為人們生活的重要組成部分，對5.5G/6G基站和手機而言，高速率、高容量、低延時的毫米波芯片是不可或缺的技術“心臟”。天津大學微電子學院博士生創業團隊“芯靈科技”基于標準商用硅工藝，成功研制高性能5.5G/6G全頻段毫米波芯片套片。

該芯片套片突破多項關鍵技術?！斑@一系列引領性技術創新和研發成果，將有助于我國在5.5G/6G毫米波通信領域擺脫依賴進口的局面，實現從‘跟跑’到‘領跑’的突破?！痹搱F隊學生負責人王志鵬說。

審核編輯 黃宇