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于欣格:在真实与虚拟间感知万物

来源:  发布时间:2021-07-13

李 桐

 

 

熬夜、酗酒、情绪激动,现如今成为年轻人猝死的导火索。不管身体这座石桥多么坚固,疾病还是可以像泄洪一样,以绝对气势冲垮最后一道防线。疾病面前,人类该如何自处?医疗体系又该如何防护?香港城市大学教授于欣格一直在寻找答案。

 

风乍起——柔性电子器件初现

 

俗话说,久病成医。现如今,很多人碰到如感冒等小疾病时,不需要医生,就可以自己做好护理。但在碰到重大疾病时,往往束手无策,无能为力。2020年伊始,新型冠状病毒来袭,人们在疾病面前感染、发热、呻吟、窒息,没有一丝还手之力。崩溃的医疗系统,让很多国家的人民在等待中绝望地离去,至今人人自危。但是,如果人人身边都有一个“医生”陪同,现实会不会是另外一番景象?

以新冠肺炎疫情为例,自疫情起,防备不敢有一丝松懈,之所以余威尚存,关键在于“无症状”和“传染性”的杀伤力太强。很多人根本不知道自己感染,所以无意中,一传十,十传百。但是,如果一开始,患者身边的“医生”就告诉自己已经感染,那即使传染性再强,病毒也可以被扼杀在源头之上。

事实上,除了新冠肺炎,还有很多我们不知道、不了解的疾病在攻击人们的健康,如何改变这一现状?这就需要一批敢想敢做,勇为人先的科学家。于欣格及团队就是那一拨敢于创新的先行者,在他们的努力下,拥有“健康管理师”的时代,正快步走来。

疾病面前,现实与理想之间的矛盾,说到底,是由医疗资源短缺造成的。那该如何舒缓医疗压力,改进医疗体系呢?“柔性电子器件或可实现。”在谈到这一问题时,于欣格不紧不慢地开口说道。

“传统的医疗器械,或者像冰箱一样,很大、很不便携,或者像电脑机箱一样,很硬还有很多线。而如果想要24小时全天候对身体进行监控,就需要一套轻薄可穿戴便携式的系统,这就是柔性电子器件。”过去十几年,从学习到工作,于欣格大部分时间都留在实验室中,致力于柔性电子器件研究,在将不可能变为可能的途中,他和团队面临过多番挑战,但这些困难都被他们成功化解。只不过,成功背后,是他连续8年都没能回老家和父母一起过春节的付出。

“我们最终想要达到的目标是,通过轻薄化、柔性化、小型化和可穿戴化,将传感器或者其他辅助性设备便携地佩戴在人们身上,实现健康状态实时监控。”在理想的道路上,年轻人的冲劲和拼搏,被他牢牢地刻在项目的愿景中。

开发出这样一套实现全民健康监测的系统,必将需要材料、物理、电子、通信、医学、机械、化学等学科的融合碰撞。挑战的难度已然很大,但于欣格对未来的憧憬或许更大。“如果我们能实现健康状态的实时监测,那我们就可以收集到身体状态的信号,然后再利用大数据、人工智能等工具,将采集到的信号进行分类,以此预测潜在的突发疾病。”如此一来,设备不仅能实现健康监控,还能实现生命的红灯预警。

试想一下,如果疾病真能提前预测,那就能避免无数生命在最后一刻才去治疗的悲剧。这也就意味着,这种设备的出现,有可能让新闻中的猝死、心脏骤停、晕眩、心悸等成为过去式。医学的进步,或许不仅在于破解了多少疑难杂症,还在于如何让人类尽可能少地遭受磨难。为此,于欣格正以理想为帆,以技术为剑,穿过层层困难,直击医学腹地。

 

忆往昔——人生步步蜕变

 

科学发展到今天,科学家前辈已经完成了学科的搭建,作为年轻的一批科学家,拓展学科应用发展,成为他们肩上的重担,于欣格身上就有新一代科研人的“智”与“勇”。

本科时期,于欣格学习信息显示与光电技术,虽然初入领域,但在老师的启蒙下,他心里已经有了一道光。而后在研究生阶段,他开始做规划,并追随领域内优秀导师学习有机光电子器件。到了博士时期,他一鼓作气,成功申请到出国机会,前往美国西北大学化学系做联合培养博士,学习无机化学合成。博士后时期,总结前期所学,他全面进军柔性电子器件领域,针对实际应用展开科研生涯。从找到兴趣到从事工作,于欣格踏踏实实,一步一个脚印地在领域疾驰。也是凭借自己的真才实学,工作后,他快速组建一支年轻的团队,并在短短几年内,迅速在领域崭露头角,成为不可忽视的一股力量。

于欣格的成功,除了自己的努力,导师也起到了至关重要的作用。在他心里,研究生导师——四川省显示中心主任、京东方和国家地方联合实验室副主任于军胜,博士生导师——美国科学院工程院院士Tobin Marks,博士后导师——美国科学院、工程院和医学院大满贯院士John Rogers,都是他科研路上的巨大助力。“作为全世界的顶尖科学家,他们从工作生活的各个层面,给予了我很大的帮助和支持。”于欣格说。

他印象尤深的是,博士期间,导师告诉他:“科研既可以在一个方向上不断深入,也可以在一个方向学通了之后,多见识几个方向,然后进行多领域整合。”这番话让于欣格深受启发。结合自身特点,他大胆转换方向,开辟新战场,不断积累材料,补充物理、化学等领域知识。由于多学科交叉的背景,于欣格后来在柔性电子技术项目中身兼多职,如鱼得水,也因此在短短两年内就获得了突破性成果。

除了专业上的启发,导师谦虚好学的经验分享,也让于欣格受益匪浅。

在伊利诺伊大学,博士后导师Rogers教授曾在团队总结会上说过这么一句话:“日常生活中,可以找一个你觉得非常优秀的人,看他的处事态度,借鉴他的工作方式。如果你不知道怎么借鉴,你就直接向他学习,然后再不断改进。”

一直以来,得益于Rogers教授的号召力和影响力,于欣格所在的团队能人辈出。他们目标清晰、执行力强、擅做规划、精于时间管理……优点不胜枚举。如何取长补短,变得同等优秀,是虚心好学的于欣格一直思考的问题。导师的一番话像一道光点醒了他,与其临渊羡鱼,不如以他们为目标,借鉴学习。于是,以博士后阶段为起点,于欣格开始成名前的积累沉淀。

犹如一粒种子,在优质水源的浇灌下,逐渐发芽、开花,长成参天大树。在优秀同事云集的林子里,于欣格的身上也悄然发生着巨大改变。

博士后工作结束后,于欣格回国。在团队成员眼里,他是一个在工作中处处严要求,时时高标准,聪慧理性的主心骨。有时为了攻克一个难题,他能几天几夜不休息,脑子里全在想破解的方法。所以,无论什么时候跟他讨论新点子,他总能立马给出反应,好像脑子永远不会关机。

此外,柔性电子设备涉及学科众多,很多时候,一个领域的细节偏差,会影响整个实验结果。尤其是科研攻关后期,每个人的耐心消耗殆尽,因此,当被告知实验结果出现偏差的那一刻,团队成员或多或少会抱怨、气愤、失望,但于欣格很少有大的情绪波动,他的眉眼间似乎从不表露忧愁,即使结果不尽如人意,他也淡然接受。然后推翻重来,仔细寻找问题所在,直到成功得到实验结果。

春去秋来,不知不觉中,于欣格已经在日常工作中变得越来越有经验,并逐渐向顶尖导师们看齐。前不久,他入选《麻省理工科技评论》35位年度中国科技青年英雄榜,向着柔性电子领域,于欣格开始了自己的新征程。

 

看今朝——皮肤VR三维重建

 

从前,车马很慢,只能见字如面;如今,视频出现,不仅能听见久违的声音,还能看到熟悉的容颜。从听觉到视觉,人们不断模糊时空,明晰五官感知。如今,于欣格也还想再往前跨一步,让触觉变得更加真实,而皮肤VR,就是于欣格在柔性电子领域开启的新征程。

皮肤VR,就是利用VRAR技术,通过皮肤传感器将信息收集起来,然后再通过触觉交互传感器,将信息反馈给用户,让用户感受到“触摸”。这款可以集成在皮肤上的无线触觉反馈系统,能贴附在身体的各个部位,无需电池驱动,利用近场通信(NFC)技术便可实现精确控制。

那这套系统潜在的应用有哪些呢?

首先是社交媒体,假设衣服里面有这种设备,那么屏幕前的双方,就可以通过触摸屏幕,真切地感受到对方的情况;其次是游戏领域,在电子游戏中,操作的选手被对方打了一下,真人身体里也会有真实的痛感;另外还有医学领域,对于装有义肢的人来说,机械臂拿东西的时候感受不到传回来的感觉。但是如果把皮肤VR佩戴在手臂上,他用机器的胳膊去抓某一样物体时,设备的末端就会感受到一定信号,人体就可以感受到真实的触觉。

于欣格因为从事生物医学工程专业,所以在电子领域,他还利用皮肤VR中的触觉反馈技术,研制了一款灵活度非常高的设备——可以探测人体组织和器官的智能活检针。

穿刺活检是判断良恶性肿瘤最准确的方法,目的是确定“是不是癌”“是哪一种癌”“是否是用药敏感的癌”,是后续治疗成败最为关键的一步。

传统的治疗方式是,当在人体内发现一个肿瘤时,医生无法判断肿瘤是良性还是恶性的,这时可以做的就是使用生物医学设备,即利用一跟小小的探针插入到人体当中,获取更多这一部分的组织,然后去检测它是良性还是恶性的。一般而言,这个过程非常依赖医生的经验。因为医生在取样过程中,需要不断地按压探针,直到他准确获得这个组织为止。如果这个过程出现差错,会产生很多问题,比如这个活组织检查并不能够达到肿瘤,或者完全穿过肿瘤,这就没有办法获取组织,准确度会受到影响。另外,肿瘤大小也会影响活组织检查的准确性。也就是说,相当一部分检测没有办法得到一个准确样本,这样的话就会错失一个合理的治疗计划。那如何去增加诊断的准确率呢?

为了解决这个问题,于欣格及团队设计了智能活检针,它有两个功能性组成部件,一个是执行器,另外一个是传感器。于欣格介绍说,当传器感应到肿瘤时,智能活检针的执行器就可以主动工作协助传感器探测肿瘤组织的信息,然后通过传感器进行反馈,最后建模,以此定位身体内部肿瘤的具体位置。两大功能器件的合作,极大地提高了整个检测的准确性和标准性,减少对医生经验的依赖。在后续一系列体内和体外的动物测试中,探针在肺、肝、肾、喉咙等组织中,都能分辨出正常和异常的肿瘤。据统计,穿刺活检成功率可达99%以上。

“这项技术满足了临床需要,而且工具简单,可以在短时间内被外科医生掌握,在不增加手术难度的同时,极大地提高了手术的精确度和安全性。”于欣格自豪地说。业内专家也评论道:“这项技术设备为患者提供了更精确、更快和更安全的手术。”

“电子化学在医学领域还有很多机会和潜力,我们也将更好地发挥它的潜力。”未来,于欣格将和更多的医生,材料、力学等领域专家交流学习,把技术更好地融合在设备中,比如,把机器人等设备整合到皮肤触觉反馈系统当中,以此对诸多疾病问题进行实时监控。

科技的力量无限,科学家的未来同样不设限。怀着一颗赤子之心,于欣格继续以专业为本,在医学领域为人类造福。目前,他的团队有2名硕士、9名博士和3名博士后,他相信在上下团结一致的攻关下,柔性电子技术、生物集成和电子技术很快就能在医学领域大放光彩。“我们对技术这一块还是蛮自信的。”于欣格笑着说,这是他们面向未来继续探索的利器和底气。


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2021年7月中

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