科创中国
面向精准医疗的无电源脑机接口
成果类型：: 实用新型专利
发布时间: 2023-08-24 14:27:26
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 陈梦竹 | 2023-08-24 14:27:26
“脑机接口”是在大脑与外部设备间建立直接连接通路的技术，可推动医疗健康、神经科学甚至国防军事等领域发生变革性的发展，尤其在“精准医疗”方面它能够助力与大脑有关疾病的早期个性化诊断，还可以结合基因操作技术实现特殊基因转入表达，从而实现高分辨高细胞特异性的脑区操控，并有望达到个性化差异治疗，具有重要的实用价值和科学意义。
针对微型脑机接口系统的供能问题，项目组另辟蹊径：利用人体自身的能量为器件供能。人体本身具有多种能量可以被收集和利用起来，而微型脑机接口系统的体积功耗较小，二者完全可以匹配。项目组从物理学角度出发，在能量转化的过程中耦合多种传感过程，使得单一能量转化过程具有多功能传感特性，进而设计无电源多功能传感器；还制备了能够利用人体生物能供电的自供能能量单元，自躯供能的系统可以解决完全摆脱外部设备独立工作的难题。
项目组将无电源传感系统连接到特定大脑区域将外界信息直接输入大脑，实现了实时参与大脑的感知过程和行为操控。这一新型无电源的脑机接口系统，与人体高度结合，并可受人体自身驱动，像真实器官一样伴随人体长期工作，为感官替代和感官超越提出了新思路。这一新型系统还实现了精准医疗的闭环：实时探测身体生理情况或脑区活动、主动分析传感信息、判断病情、自动对相关脑区进行精准刺激、及时准确干预和个性化治疗。 项目创新成果为：(1)无电源脑机接口的脑感知过程。将无电源多功能传感器重新设计，模仿人体感觉器官的各种感知接收器，兼顾器件柔性和生物探测的特点，模仿视网膜、嗅球、味蕾、耳膜和皮肤等五种感官(如模仿嗅觉上皮组织的嗅球，嗅觉神经束的信息投送)，得到了多种无电源脑感知芯片，把基于压电半导体的压电传感信号进行编码并像生物电一样直接输入大脑的多个特定脑区，其能量属性可以开启这些脑区的离子通道，实时参与感知过程和行为操控。(2)脑机接口的无电源化感觉模拟和信息探测。模拟人的嗅觉、味觉、视觉等感觉以及体液中的多种生理信息，无需外接任何电源，设计制备了多种类型无电源嗅觉、味觉、视觉和生物传感器等，用于脑机接口的信息探测单元。
入选“中西部基础能力建设工程”高校、国家“特色重点学科项目”建设高校、教育部“卓越工程师教育培养计划高校”、教育部“国家大学生创新性实验计划”实施高校、中国政府奖学金来华留学生接收院校、国家级新工科研究与实践项目、黑龙江省国内“双一流”建设高校、黑龙江省首批高等学校课程思政建设示范高校，为CDIO工程教育联盟成员。
无电源脑机接口的自躯供能能量单元。研发了多种类型全固态柔性自充电电池和雨水为燃料的自供能能量单元，将转化的电能存储起来，减少了能量损耗，且便携性高，不需外部充电而是利用环境振动、肢体活动和水蒸发就可自充电，为无电源脑机接口提供了一种新的自供能能量单元。 项目组2014-2019年在SCI期刊上发表相关研究学术论文74篇，影响因子大于10的有18篇，其中5篇代表作他引127次。研究成果得到了中国科学院院士、美国科学院院士、加拿大工程院院士等多位知名专家学者的正面评价。
本项目可以采用技术转让、技术合作等多种形式进行对接，欢迎有需求的企业单位联系洽谈。
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