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最新成果┃《自然·生物医学工程》适用于微创手术的柔性多功能阵列: 张海霞 2020-9-8 10:46; 近日，《自然 · 生物医学工程》（ Nature Biomedical Engineering ）杂志在线发表了题为 “Catheter-integrated soft multilayer electronic arrays for multiplexed sensing and actuation during cardiac surgery” 的论文。文章提出了一种多层柔性阵列结构，可应用于心脏外科手术，实现高密度、多功能的检测和治疗。文章针对当前医用导管上所集成的电子器件在空间密度、与柔软生物界面的匹配、功能多样性等方面的不足，采用微电子工艺和先进集成制造方法相结合的方式，实现了三点突破。首先，采用微电子工艺可以并行化、批量化制备硅基电子器件，实现器件数量和空间分辨率的大幅提升（图一）；图一：温度传感器的工艺流程示意图其次，通过转印工艺可以将电子器件从硅衬底转移至柔性可拉伸的衬底，实现器件阵列的柔性化，从而与生物界面形成可靠的接触，提高检测精度与治疗效果；最后，通过垂直堆叠多层柔性电子器件阵列，可以在保证器件空间密度的情况下实现多功能的集成（图二）。图二：垂直堆叠的多层柔性阵列结构示意图这些多功能电子器件阵列具有轻薄、柔软、可拉伸等特点，可以保形覆盖于医用球囊导管的表面，并随着球囊的形状产生形状的改变（图三）。当球囊收缩时，这些多功能电子器件阵列可以与球囊导管一同以微创的形式植入生物体；当球囊膨胀时，多功能电子器件阵列可与生物组织形成柔软、可控的接触，从而实现多种检测与治疗功能。图三：与球囊导管集成的多功能电子器件阵列；左侧为电子球囊导管插入塑料心脏模型的实物照片，右侧为多种集成了不同电子器件阵列的球囊导管实物照片。这种集成了多功能电子阵列的球囊导管在心脏微创手术领域可以发挥其显著的优势。以治疗心房震颤的微创手术为例，在手术过程中，需要通过球囊导管实现诸多检测与治疗功能，包括评估球囊导管与心肌组织之间的接触情况、检测不同部位的心电信号、通过射频消融（ RF ablation ）改善心房震颤、评估射频消融过程的温度情况等。为满足上述功能，研究人员将电极阵列、温度传感阵列、压力传感阵列以垂直堆叠的方式集成（图四），并在 Langendorff 离体心脏灌流系统验证了多功能电子器件的功能。图四：垂直堆叠的多层柔性阵列结构实物照片本文由美国西北大学 Querrey Simpson 生物电子研究所韩梦迪博士、西安交通大学材料学院陈林博士、乔治华盛顿大学生物医用工程系 Kedar Aras 博士为论文第一作者，美国西北大学 John A. Rogers 院士、黄永刚院士、乔治华盛顿大学 Igor R. Efimov 教授为论文通讯作者。该研究得到了中国国家重点研发计划、法国巴黎的 LEDUCQ 基金会、美国国立卫生研究院等基金的资助与支持。特别说明：论文第一作者韩梦迪博士是Alice Wonderlab2017届毕业生，论文作者陈学先博士是Alice Wonderlab今年的毕业生，祝贺两位优秀的同学！文章链接： https://www.nature.com/articles/s41551-020-00604-w Han, M., Chen, L., Aras, K. et al. Catheter-integrated soft multilayer electronic arrays for multiplexed sensing and actuation during cardiac surgery. Nat. Biomed. Eng. (2020). https://doi.org/10.1038/s41551-020-00604-w; 个人分类: 科研心得|4918 次阅读|0 个评论

张海霞︱iCANX Talks开讲嘉宾John A Rogers: 张海霞 2020-4-16 12:27; 【题记】这个周五(4月17日)晚上8点（北京时间），iCANX Talks（全球前沿科技直播）隆重开播，开场嘉宾就是 John A Rogers，这位美国最年轻的四院院士（美国工程院院士、美国科学院院士、美国医学院院士、美国文理科学园院士），他的讲座是《适用于人体的柔性电子与柔性微流控系统》，将介绍课题组近年来的一些核心技术和概念，欢迎大家在线大牛分享最新成果和科研经验！ Soft Electronic and Microfluidic Systems for the Human Body 适用于人体的柔性电子与柔性微流控系统 John A. Rogers教授生物集成电子中心主任美国西北大学课题组主页： http://rogersgroup.northwestern.edu 学术大牛养成记： John Rogers 谈科研经验【题记】 John Rogers 是柔性电子领域炙手可热的领军人物，美国最年轻的两院院士，几年前请他来北大做过讲座，非常轰动，他的科研经验值得学习，特别是坚持每天早上五点前到办公室开始工作这一点，勤奋是成功的第一要素，古今中外概莫能外！【 John A. Rogers 简介】约翰 A 罗杰斯教授于 1989 年本科毕业于德克萨斯州大学奥斯汀分校，获物理化学学士学位； 1992 年硕士毕业于 MIT ，获物理化学硕士学位； 1995 年博士毕业于 MIT ，获物理化学博士学位。 1995-1997 年，罗杰斯教授获得了哈佛大学 Junior Fellow 的资助。在此期间，罗杰斯教授同时成立了 Active Impulse Systems 公司，用于产业化他博士期间开发的一些列技术。罗杰斯教授在 1997 年加入贝尔实验室，担任凝聚态物理研究部门的技术员，并在 2000-2003 年担任该部门的主任。 2003-2016 年，罗杰斯教授任职于伊利诺伊大学厄巴纳 - 尚佩恩分校，担任 Swanlund 讲席教授（该校最高荣誉），主要任职于材料科学工程系，并在化学系、生物工程系、机械工程系、电子与计算机工程系兼职，同时担任担任纳米科学与工程中心 - 纳米加工分部的主任。 2009-2012 年，罗杰斯教授担任 Seitz 材料实验室主任。罗杰斯教授于 2016 年 9 月加入西北大学，担任 Louis Simpson 与 Kimberly Querrey 教授，任职于材料科学与工程系、生物医学工程系、机械工程系、电子与计算机工程系、化学系、以及神经外科系，同时担任生物集成电子中心主任。罗杰斯教授的研究方向微米纳米加工技术、电子光电子器件、生物集成系统等。他已经发表超过 650 篇论文，获得了超过 70 项专利授权并在各大公司及他所创建的多个初创公司广泛使用。罗杰斯教授为美国工程院院士（ 2011 ）、美国科学院院士（ 2015 ）、美国医学院院士（ 2019 ）、美国文理科学园院士（ 2014 ），电气电子工程师学会会士（ IEEE, 2009 ）、美国物理学会会士（ 2006, APS ）、材料研究会会士（ MRS, 2007 ）、美国科学促进会会士（ AAAS, 2008 ）、美国国家发明家学会会士（ NAI, 2013 ） , 获得的奖项包括： Benjamin Franklin 奖章（ 2019 ）， MRS 奖章（ 2018 ）， Samuel R. Natelson 奖（ 2018 ）， Nadai 奖章（ 2017 ） IEEE EMBS Trailblazer 奖（ 2016 ）， ETH Zurich Chemical Engineering 奖章（ 2015 ）等。访谈： John A. Rogers 谈科研经验 Energist 能源学人近日，能源学人受到 Nature 会议 —— 柔性电子与未来展望会议方（西北工业大学和自然科研共同主办）的邀请，对柔性电子领域的顶级学者进行了专访。能源学人：您在科研中如何获得原创性的灵感或者想法？ Rogers 教授：我不知道，都是来自于上帝（哈哈 ...... ）。不过做有些事情肯定可以增加获得灵感的概率。第一，多与学者交流，参加学术会议，比如这个自然柔性电子会议。与同行交流可以获得帮助和灵感。多听听该领域的挑战，多思考解决方法。比如，对于柔性电子这一多学科交叉领域，一个人很难在很多领域都成为专家，所以团队以及人员合作都非常重要。我对柔性电子在医疗保健方面的应用很感兴趣，那么与医生、护士、病人交流，可以知道医院里是怎么回事，柔性电子可以用在哪里。有时当你弄懂问题的同时也就有答案了，同时还可以帮你找到新的科学研究课题。第二，建设好的团队。有时学生、博士后也会有他们自己的想法，这时你可以在他们想法的基础上得到更好的想法。通常一个好的想法并不是从某一个单一的想法得到的。每一个想法可以给出一个闪光点，这样很多想法叠加在一起，就可以得到很大的进展。如何在科研中获得好的创新想法，是一个很有趣的问题，也不太好回答，这些是对我们来说很好的途径。能源学人：请谈一谈柔性电子在活体应用方面的未来展望 Rogers 教授：我们曾从诊所和病人那里了解到这一领域还有很多方面需要改进。电子器件在活体应用方面有诸多优点，比如成本更低，效率更高，可以在医院外面使用，等等。目前的可穿戴柔性电子器件主要是测试物理信号，比如运动、应力、温度等，都是生物物理方面的。但是在身体化学方面的检测做的还不够好，所以生物化学传感器仍然是一个巨大的领域需要发展。比如，怎样无损检测血液中的化学成分，仍然需要新的技术、新的想法和新的传感器。当然，最终的电子器件是要既能检测生物物理信号，也要能够检测化学信号，这样才能更确切的知道活体的健康状况。不过我觉得没有哪种传感器可以一次就把所有的信号都检测出来，我们需要同时做很多次检测。这是未来硬件方面的一个挑战。除此之外， Rogers 教授觉得数据分析、机器学习、人工智能将能从这些大量的检测结果给出一个健康评估，这也将是一项巨大挑战。怎样从这些精确的检测里得到有用的信息非常重要，不过这些不是我所擅长的，希望将来能够跟软件工程师、硬件工程师一起合作。能源学人：您曾在贝尔实验室的工作过，这一段的经历对您科研有何影响？ Rogers 教授：贝尔实验室的工作经历对我很有价值，因为贝尔实验室建立了一套如何做有影响力科研的成功模式，可以说贝尔实验室对科学家来说是有史以来最成功的实验室。这个从贝尔实验室获得诺贝尔奖的科学家的数量，以及贝尔实验室在电信、晶体管、太阳能电池、激光、 CCD 相机等等很多新技术领域的影响都可以证明。在我的实验室，我们尽力做到贝尔实验室的模式。我们从对基础科学问题的解决过程中发现新的创新性技术，比如新的测试、新的潜能等。贝尔实验室研究晶体管，因为他们想得到更好的转换器。他们研究半导体完全是从纯科学问题出发的，然后看科学问题可带来什么样的技术。我们实验室也会研究很多科学问题，但我们对新技术也很感兴趣。从另一方面说，研究经费是来自于纳税人，我们希望我们的研究成果能提升健康医疗水平。我们所做的不是对已有技术的改进，而是从事基于科学问题的新技术、新发现。另外，贝尔实验室非常注重合作。一般在大学里，每个教授都是自己拥有独立实验室。而在贝尔实验室，做材料、物理、电子工程等方面的研究者们都在一起工作。我觉得这是一种非常有效的工作模式，所以我们实验室通常比其他实验室与外界有更多的合作。我们的工作属于多学科交叉领域，实验室有学材料科学的、生物工程的、力学的、物理的、化学的等等各个领域的，所以我们实验室也像一个小的贝尔实验室。关于如何在多学科交叉领域取得成果，我建议每个人都建立自己的类似 T 型的知识体系，在某一方面深入研究，然后在其它方面有所涉猎，这样大家合作更容易取得大的突破。能源学人：能否谈谈您对 2018 年自然柔性电子会议的期待？ Rogers 教授：通常，科学讨论能够带来新的想法和研究方向。一方面，像自然柔性电子会议，这样的一个国际会议，把不同方向的科学家聚集在一起，可以展示柔性电子不同方面的想法和发展，并有可能产生新的研究方向、改进的材料技术等。特别是这个会议，把中国、美国、德国、英国等不同国家的科学家聚集在一起，不仅是多学科，而且是很国际化，这非常有利于合作，有利于解决健康医疗方面的问题。另一方面，因为这个会议是在中国举办的，那么全球都会知道中国在柔性电子方面的投入，希望这也会给其他国家起到示范带头的作用。在柔性电子方面的研究不仅仅是学术问题，也一定会带来新的商业化技术。由于中国强大的制造能力，那么中国在柔性电子方面的投入，将不仅带动科学的发展，更会在一个很高的层面促进商业化技术的实现，并使其全球化。我个人非常期待看到中国在柔性电子方面的领头作用。我曾参观中国杭州和日本的柔性电子研究中心以及企业的时候，感到很震惊。并且这次会议后，会议结束后，我将会再次前往杭州，希望寻求更多的产业合作。; 个人分类: 科研心得|5099 次阅读|0 个评论

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