于欣格“電子皮膚”開啟醫療智能新篇章

“在科學上沒有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人，才有希望達到光輝的頂點。”這句話出自馬克思《資本論》。習近平總書記多次引用這句話，鼓勵廣大科技工作者在科學研究的道路上不畏艱險，奮勇攀登世界科技巔峰。

多年來，香港城市大學生物醫學工程系副教授于欣格一直站在電子皮膚與健康監測領域的最前沿，帶領團隊開展柔性智能感知技術研究，推動柔性電子、智能醫療、機器人等領域發展。

于欣格長期從事敏感電子學在健康醫療、智能傳感、軟體機器人等領域的柔性可穿戴電子技術研究，針對該領域信息傳感與反饋的性能單一、準確率低的瓶頸問題，開發了多功能敏感納米纖維材料，實現了體溫、紫外線、呼吸、脈搏等信號檢測一體化的柔性可穿戴器件；設計了柔性傳感-反饋一體化的智能檢測設備，達到近100%的腫瘤活檢定位準確率；構建了皮膚集成的觸覺反饋系統，拓展了可穿戴虛擬現實技術內涵。

“我們期待實現電子皮膚從概念到實際應用的發展，在改善柔性電子皮膚用戶體驗的同時，進一步激發其在臨床監護以及長期健康監測領域的應用潛力，利用先進技術改善人類生活質量。”于欣格說。

奮力攀登學術高峰

1986年，于欣格出生于吉林省長春市。“在那個年代，我的父母接受過高等教育，深刻體會到知識的重要性，對我的學習和教育非常重視。”在家庭的影響下，于欣格勤奮努力、腳踏實地，學習成績一直名列前茅。高考那年，他順利考入位于四川成都的電子科技大學，攻讀光學工程專業。

電子科技大學是國內電子信息領域高新技術的源頭，創新人才的基地。“到學校以后，你不僅需要努力學習知識，更重要的是要培養自己的社會責任感，將來為社會的發展作出自己的貢獻。”臨行前父母的殷殷囑托，于欣格始終牢記在心。

大學期間，于欣格遨游在知識的海洋，不僅努力學習理論知識和實踐技能，還積極參與科研項目，不斷提升自己的專業水平和能力。在這里，他遇到了對自己科研道路影響頗深的于軍勝教授。畢業設計時，他跟隨于軍勝教授團隊聚焦柔性OLED課題展開研究。

“柔性OLED，就是柔性屏幕，由于其具有低功耗、可彎曲的特性，目前廣泛應用于可折疊手機屏幕。但在2000年前后，這個概念鮮為人知，剛剛接觸到的時候，我們都覺得很震撼、很神奇。”于欣格說。

懷揣探索科技未來的美好憧憬，大學畢業后，于欣格決意繼續深造。攻讀碩博學位期間，他在導師于軍勝的指導下，積極開展有機材料和電子學結合的研究。于軍勝教授告訴他：“科研既可以在一個方向上不斷深入，也可以在一個方向學通了之后，多見識幾個方向，然后進行多領域整合。”這句話讓他深受啟發。2012年，為進一步深入研究，開闊視野，通過電子科技大學“優秀博士生培育計劃”的平臺，于欣格遠赴大洋彼岸，在美國西北大學進行博士聯合培養，師從著名科學家美國科學院工程院院士Tobin Marks。

Tobin Marks教授是有機電子領域的領軍人物，他的悉心指導讓于欣格在學術上不斷突破自我。“在讀博士研究生期間，我專注于金屬氧化物新的化學合成法的研發，特別是低溫柔性晶體管和非常規電子器件的研究。”于欣格深入探索了合成方法學和柔性材料器件的基本原理、制備工藝以及性能優化，為日后在智能皮膚電子領域的創新奠定了重要基礎。在此期間，他發現了將科學知識與多學科交叉結合的巨大潛力，這成為他日后研究的方向。

2015年，于欣格來到擁有“公立常春藤”美譽的美國伊利諾伊大學香檳分校進行博士后研究，師從博士后導師——美國科學院、工程院和醫學院大滿貫院士John A. Rogers，進一步深化他在柔性電子和生物醫學工程領域的知識和技能。

“John A. Rogers是全球柔性電子技術研究的創始人，他將柔性電子應用在醫療健康領域，學術成績斐然。除了專業上的啟發，導師謙虛好學的經驗分享，都讓我受益匪淺。”于欣格說，“也正是在博士后階段，我將柔性電子與生物醫學工程領域更加深入地結合，并嘗試利用自身交叉學科的優勢，探索解決生物醫學領域的具體問題”。

于欣格的求學經歷，讓他積累了豐富的科研經驗，并為他日后在智能皮膚電子與健康監測領域的突破性研究打下了堅實的基礎。

搞科研就要啃最硬的骨頭

2018年，胸懷“科技報國”的初心使命，于欣格揮別美國，踏上香港這塊科創熱土，展開科研工作生涯。

談及為何選擇香港城市大學，于欣格坦言，香港城市大學生物醫學工程系在業內享有良好聲譽，研究領域涵蓋生物醫學儀器、再生醫學、生物力學、醫學影像、生物機器人等前沿方向。學系擁有多個尖端實驗室，裝備有先進的科研設施，以及擁有由多位國際知名學者組成的教師團隊，給予科研工作者充分施展拳腳的舞臺。

同時，學校更讓他感到了對人才的重視。“記得我投簡歷當晚，就接到時任生物醫學工程系主任孫東教授的電話，很快經面試后順利入職。”正是在學校的大力支持下，多年來，他帶領團隊在電子皮膚與健康監測領域取得了一項項令人矚目的科研成果。

解決當前可穿戴設備滲透性問題，便是其中的一項重要探索。

“可穿戴電子設備在促進健康和健身方面發揮著重要作用。長時間持續監測生理信號對于全面了解身體的整體健康狀況、早期疾病預測、個性化治療和改善慢性健康狀況的管理至關重要。”于欣格說。

近年來，可穿戴電子設備取得許多突破性進展，但其在廣泛使用和臨床應用方面仍面臨一些重要挑戰。“例如電子設備的滲透性差，導致在與皮膚接觸處積聚汗水，這不僅影響用戶體驗，還會干擾信號收集質量和設備粘附性，進而阻礙了長時間精確的信號檢測。”

目前，對可穿戴電子設備的滲透性研究遠遠落后于對其各種電子元件的研究和應用。在單個集成可穿戴電子設備系統中實現滲透性和多功能性，仍然是一個巨大挑戰。

在于欣格看來，科技創新不可能一蹴而就，必須鍥而不舍、攻堅克難，“搞科研就要啃最硬的骨頭”。為解決可穿戴設備滲透性問題，他帶領團隊披星戴月、日夜兼程，直面困難和挑戰，最終研發出一種從材料加工、器件架構和系統集成的角度出發的綜合滲透性可穿戴電子設備開發方法，該方法基于一種自然啟發的3D液體二極管（3D LD）配置，其表面結構能夠促進液體在特定方向上的自發流動。

“通過結合3D空間液體操縱技術，我們已經實現完全集成的可滲透電子設備，其電路和功能與最先進的可穿戴設備相匹配，并實現卓越的透氣性。3D LD不依賴于獨特的材料，而是在稱為垂直液體二極管（VLD）的平面外排汗通道上方采用了稱為水平液體二極管（HLD）的平面內液體傳輸層。”

于欣格介紹，該研究創建的電子設備能夠將汗水從皮膚向外單向泵出，最大流速為11.6 ml/cm2/min，是運動時生理出汗率的4000倍，從而確保在出汗情況下也能進行持續穩定監測，解決了設備-皮膚界面上汗液聚集導致的信號中斷問題，實現了友好的、用戶舒適性和穩定的信號監測和讀取。

這項研究結果為柔性、可滲透的可穿戴電子設備提供液體操縱和系統集成策略。“我們已經成功將這種技術應用于先進的皮膚集成電子設備和紡織集成電子設備，實現了一周內的長時間可靠健康監測。”于欣格說。

這項研究成果于今年3月28日發表在《自然》雜志上，受到了廣泛關注。目前，該團隊正在推進臨床試驗，進一步確認該技術在現實場景中的有效性。可以預見，隨著這一技術的不斷發展，可穿戴電子設備將會迎來全新的發展機遇，為人們的生活帶來更多的便利和舒適。

柔性電子未來大有可為

在科研征途上，每一步都充滿未知與挑戰。這是一場對智慧、耐心和毅力的考驗，而在這漫長的探索過程中，有一種精神始終貫穿其中，那就是堅持。

對于欣格團隊來說，這種堅持就是面對困難不退縮的勇氣，在失敗中尋找答案的決心，向著科學真理不斷邁進，其動力源泉就是面向國家重大需求，解決生命健康領域的重大問題的責任和使命。

在這種責任和使命的驅動下，多年來，針對柔性電子和生物集成電子在健康醫療、智能傳感、信息反饋等敏感電子學和傳感技術領域的信息傳感與反饋的性能單一、準確率低、系統級集成復雜的瓶頸問題，于欣格團隊在功能材料的開發、柔性傳感器的設計、多功能智能傳感與反饋電子系統的集成等方面，持續進行創新性研究，收獲累累碩果。

針對醫療級別柔性可穿戴電子器件的材料選擇體系復雜繁多與集成條件苛刻的難題，構建了多功能纖維材料結構，低溫制備了柔性金屬氧化物薄膜，研制了可用于新冠病毒等病原體檢測、應力、應變、紫外、有毒氣體的多功能一體化的可穿戴器件。

為克服柔性電子設備與傳統醫療檢測設備性能的差距，關注到傳感精度、集成度和便攜性問題等瓶頸問題，于欣格帶領團隊一直致力于納米材料形態的新型材料的研究，設計了一種基于傳感與驅動一體化的腫瘤靶向智能測量系統，該系統實現了活檢過程中腫瘤靶向精度接近100%；開發了微型機電設備，用于表征深層組織的生物力學，以解決便攜性問題。這些技術顯示出可用于評估各種條件下的皮膚物理特性，例如老化、水合作用損失或相關皮膚病，展示了從基于客戶的產品到臨床相關儀器的巨大市場。

針對應用于醫療級別的柔性傳感技術中信息反饋不足的瓶頸，于欣格帶領團隊首創了基于柔性器件超薄皮膚集成的觸覺虛擬現實（VR）系統，實現了具有觸覺反饋功能的無線化類皮膚式電子VR，在社交媒體、娛樂、培訓和智能醫療機器人等多個領域具有了廣闊的應用前景，填補了柔性可穿戴電子技術在觸覺感知的空白。皮膚式電子VR被認為是近期熱門概念“元宇宙”的基礎技術，該概念榮獲2022年日內瓦發明金獎，被國內外各大媒體爭相報道。

鑒于于欣格在智能皮膚電子與健康監測領域的開創性貢獻，他先后入選2023年香港青年科學院院士、2023年香港RGC Research Fellow、2022年香港城市大學杰出研究獎、2021年自然基金委優秀青年科學基金（港澳）、2020年《麻省理工科技評論》35歲創新35人中國榜單等。他發表SCI學術論文160篇，其中以第一作者和通信作者身份在《自然》《自然材料》《自然生物醫學工程》等國際頂級期刊發表了論文數十篇，在國際和國內學術會議上做大會報告、主題報告或邀請報告100余次，獲授權中國和美國發明專利10項。

讓科研創新與國家需要環環相扣

在于欣格看來，“科技創新，人才是關鍵”。

多年來，從最初只有于欣格一個人，到目前擁有20名博士生、20名博士后，于欣格帶領的這支科研團隊，始終瞄準國際最前沿，對標國家戰略需求，在柔性電子和生物醫療領域攻堅克難、開拓創新。

“于老師在科研工作中的嚴謹態度和創新精神，給我留下深刻印象。”團隊成員李健說，“于老師鼓勵我們追求原創性思維，挑戰現有理論邊界，同時又給我們足夠的鼓勵和成長空間。每次找于老師匯報，他都會積極鼓勵，讓我們在面對挑戰時充滿信心”。

在人才培養方面，于欣格組建了一個高度交叉融合的創新團隊，營造了開放協作的研究環境。每次有新成員加入，他都會安排他們與組內同學詳細交流研究方向，從而促進大家互相學習。“于老師會針對我們每個人的特點因材施教，征求每個人的職業發展意向和個人規劃，致力于培養我們的全面發展。”李健說。

團隊成員黃雅于2020年加入了于欣格課題組。“隨和”“儒雅”是她對于欣格的第一印象。“初次在辦公室討論我的研究方向時，于老師提供了多種選擇，并給予我充分的自主權。在學生的成長與發展上，于老師始終尊重個人意愿，并盡全力幫助每一位組員，每當我們在研究中遇到問題，總是盡力提供建議，幫助我們解決困難。”

于欣格對課題組的研究工作一貫秉持高標準高要求，常教育團隊成員要治學嚴謹，哪怕是對待細節問題，也馬虎不得。

“記得我在寫完自己的第一篇文章初稿后，很著急想投稿，于是馬上交給于老師修改。他耐心地給我指出了大量細節問題，并仔細寫在批注里，囑咐要認真改正，不要著急。”團隊成員姚寬明說：“于老師在研究思路上站得高看得遠，常常能夠洞察我們技術上取得的小小突破中潛藏的對于整個研究領域的啟發性意義，并將其進一步深挖探索，所以在我手中看似簡單的工作往往能在于老師的指導下升華成為出色的研究。他也曾對我說，‘不管做什么事情都要認真對待努力做到最好，精益求精，才是真正的學術精神’。”

在團隊成員眼中，于欣格是課題組“最努力、最忙的人”。為了更好地工作，他甚至搬到了學校對面，常常在辦公室忙到深夜才回家。但無論再忙，他卻從來不會錯過學生的信息，總能抽空響應學生的需求。

于欣格常說，A happy group is a productive group， a productive group is a happy group（快樂的團隊就是高效的團隊，高效的團隊就是快樂的團隊）。在他的影響下，團隊成員都能深刻感受到科研的魅力和探索知識的快樂，而這份對科研工作發自內心的真摯熱愛，也時刻提醒著他們如何成為一位優秀的科研工作者。

“如今，青年科技工作者正處在干事創業的大好時代。”于欣格說，“未來，我們將利用自身積累的良好交叉學科優勢，面向國家重大需求，面向人類健康領域，努力攻克生物醫療和信息技術領域所存在的問題和挑戰，在柔性可穿戴電子技術研究領域勇攀科技高峰，為建設科技強國貢獻青春力量”。

責任編輯 趙漢琪