鑽石舞台

人口老齡化、居家隔離、以及人們健康意識的提高，亟需可用於遠程疾病診斷的可穿戴健康檢測技術，以實現重大疾病的早期預防和管理。目前，電化學檢測是可穿戴傳感器採用的主要技術之一。近年來，有機電化學晶體管（Organic Electrochemical Transistors, OECTs）技術快速興起。OECT技術將傳統電化學檢測技術和微電子晶體管技術相結合，可以利用晶體管的放大功能，在極低工作電壓和功耗下，實現對電化學信號的原位放大。

由於以上技術優勢，基於OECT的電化學傳感器已經被應用於諸多領域，例如檢測糖尿病人的血糖水平，篩查新冠病毒（COVID-19）抗體，以及檢測潛在心梗病人的異常心電信號。然而，可用於OECT可穿戴表徵的小型化分析控制系統仍然缺失，限制了OECT傳感器的可穿戴集成和商用化。小型化無線OECT分析控制系統是集成可穿戴系統中核心模塊之一，其主要開發難點在於，需要橫跨分析化學、電化學、微電子、軟件工程和無線通信等不同學科的定製化開發。同時，需要在實現小型化的前提下，保證測量的精度、速率、以及採樣率，因此開發難度大。

圖1. 面向可穿戴OECT表徵的「PERfECT」（Personalized Electronic Reader for Electrochemical Transistors ）分析控制單元展示。

近日，香港大學張世明教授在Analytical Chemistry上報道了國際上首例可用於可穿戴OECT電學性能表徵的小型化系統：Personalized Electronic Reader for Electrochemical Transistors (PERfECT)（圖1）。PERfECT集成了定製化的低功耗無線通訊芯片，和電化學分析芯片。其尺寸只有硬幣大小（15 mm * 15 mm * 2 mm），重量僅為0.4克（圖2）。通過軟、硬件相輔助的反覆迭代優化，其表徵精度、頻率、以及採樣率均達到了實驗室大型表徵儀器的水平。PERfECT可以滿足不同可穿戴應用場景對傳感器的需求，例如高敏化、輕量化、便攜化、以及個性化。數據處理上，從OECT傳感器收集到的健康數據不僅可以通過無線方式傳輸到移動終端進行遠程健康監控，亦可以通過搭載的微型人工智能（AI）芯片對信號進行原位邊緣計算，可以實現無需人工干預的全閉環疾病管理。

圖2. PERfECT系統的輕質化、小型化、以及無線數據傳輸展示。

張世明教授目前是香港大學電機電子工程系助理教授。香港大學WISE課題組（Wearable, Intelligent, and Soft Electronics）首席研究員（PI）。課題組研究課題得到了香港特別行政區創新科技署（國家重點研發計劃港澳戰略重點專項，主持），深圳市科創委（深港澳協同創新戰略專項，主持），香港大學戰略性跨學科研究計劃種子基金（主持）等資助支持。相關研究工作亦曾獲加拿大自然科學與工程研究委員會項目（主持）以及美國國家衛生院項目（參與）的支持。張教授目前擔任國際期刊《Frontiers in Medical Technology》副主編，《Biosensors》仲裁委員，《MRS Advances》專題編輯。

香港大學WISE課題組網站：

https://web.hku.hk/~beszhang