本期特邀分享：英国帝国理工学院Ali K. Yetisen副教授，胡余冰博士与四川大学姜楠研究员合作在生物传感领域知名期刊《Biosensors and Bioelectronics》发表了题为Wearable Artificial Intelligence Biosensor Networks的综述论文。该综述严详细回顾了人工智能辅助的可穿戴生物传感设备和基于智能手机的生物传感系统在临床诊断和日常健康检测领域的最新发展。该论文的第一作者为帝国理工学院张逸涵博士生，通讯作者为胡余冰博士后和四川大学姜楠研究员。

— 思路来源 —

      随着人们对健康和优质生活方式需求的增长，可穿戴生物传感技术已经引起了学界和工业界的广泛关注。用户可以佩戴这些可穿戴生物传感设备从他们的日常生活中获取数据以深入了解他们的健康状况。目前对可穿戴生物传感器的研究重点已转移到以医疗保健为导向的生化数据和疾病诊断，例如糖尿病管理、高危患者的远程监测以及对各种疾病的早期干预。多路复用可穿戴生物传感器可实现多种分析物测量，从而更全面、更深入地了解个人健康状况，已成为开发可穿戴生物传感技术以寻求更全面应用的普遍趋势。柔性电子和设备制造技术的最新进展促进了这些可穿戴传感技术与各种配件的结合以改进佩戴时的舒适性。可穿戴生物传感器与其他新兴概念结扩展了其功能，例如与人工智能、数据处理、无电池技术和无线通信的结合。基于智能手机的生物传感和读取系统进一步提高了可穿戴生物传感器的可及性，并加速了个性化医疗服务的发展。物联网(Internet of Things, IoT)概念的引入催生了人工智能辅助的可穿戴生物传感器网络（WAIBN）的发展因为多设备数据融合可以显着提高诊断准确性。

— 主要工作 —

       在可穿戴生物传感设备的开发过程中，设备的功能已经扩展到从用户获取生理信息、无线通信、处理和存储数据以及提供交互式用户界面。人工智能辅助的可穿戴生物传感器通常由传感模块、无线通信组件、处理器、存储设备、显示器和能量供给组件组成（图一）。这些AI辅助可穿戴生物传感器为基于血液的侵入性诊断提供了一种替代方案以帮助用户完成无创健康检测。首先，作者分析了在现实生活中普及可穿戴生物传感器遇到的问题：1）人体通常分泌很少量的体液，如汗液和泪液等且这些体液极易挥发从而影响到传感模块对其中标记物的测量；2）受限于可穿戴设备的体积和重量，其供电能力非常有限，因此持续使用时间非常受限；3）为了保证佩戴时的舒适性，设备的制造需要依赖于柔性材料，而对于这些材料的了解不多；4）生物传感器采集的大量高维数据分析难度较大，难以得出有用的健康信息并以此做出临床决策的依据。

图一：人工智能辅助可穿戴生物传感系统的功能组件。

       针对上述问题，作者总结了有助于解决上述问题的近期研究成果，包括1）可以应用在可穿戴设备中的传感模块原理，例如光学（如荧光，全息和色度），电化学（安培系统，电位系统）以及两者的结合电化学发光（ECL）传感器；2）微流控技术的最新进展以及其在体液实时采样领域的应用；3）无线充电和自供电最新的进展和在可穿戴设备中的应用及目前应用中遇到的瓶颈；4）应用于可穿戴设备的柔性材料的最新研究成果与进展；5）AI在生物传感器领域的发展与应用，即通过AI算法来处理生物传感器收集到的高维健康大数据（图二）。

图二：人工智能算法在生物传感领域的应用及未来研究方向。

     作者接下来进一步提出了以智能手机为基础的生物传感系统，因为智能手机在全球范围内的迅速普及。智能手机开始在用于医疗保健数据处理、存储、共享、用户界面和云端互连的AI辅助生物传感系统中发挥重要作用。作者针对近期智能手机在可穿戴生物传感系统中的应用进行综述：第一，智能手机提供了多种无线通信方式，例如蓝牙，NFC和5G蜂窝网络。其中低耗能无线通信技术可用于可穿戴设备与智能手机互联，远程通讯技术可以实现手机与云端互联。第二，智能手机在接收到可穿戴传感器收集的所有医疗信息后，可以使用嵌入式处理器处理数据。手机处理单元旨在提供强大的数据处理能力，以分析许多流式生物传感数据，并在检测到异常时及时发出警报。手机处理器的最新进展实现了更高的计算速度、更低的功耗和更小的体积。第三，智能手机可以利用5G蜂窝网络与云端服务器实现互联以利用其大数据存储容量和强大的计算资源（图三）。

图三：未来的医疗系统基于基于云的临床决策支持系统（CDSS）、无线通信技术、可穿戴生物传感器和雾运算。

      在以智能手机为基础的生物传感系统的基础上，作者进一步提出了WAIBN的概念。WAIBN的基本架构由多个AI辅助的可穿戴生物传感器、本地个人设备和云服务器组成，其中可穿戴生物传感器可以多方位收集大量病理和生理信息，通过各种无线通信技术上传，并通过嵌入云端服务器的AI算法进行处理和分析，并最终在个人设备上开发的用户界面中以交互方式显示给非医疗背景用户。

      最后，作者概述了该领域目前面对的挑战以及对未来发展的展望：首先，在医疗领域实施AI可以显着降低治疗成本并提高诊断准确性，而未来的研究应侧重于AI 模型的自适应学习以它可以减少错误结果和错误的可能性，提供更可靠的临床决策过程；其次，AI 模型的可解释性也应引起研究者的重视以帮助医生和患者系统地正确理解结果以获得更好的性能，并消除人工智能-人类团队（AI-Human team）中人为因素所带来的失误；第三，人工合成医疗数据的应用的可靠性需要更多的研究、分析与评估以填补人们对于罕见疾病和人口亚群所掌握数据的空白；第四，由于医疗保健相关应用的特殊性，WAIBN 需要具有更高的效益、更长的使用寿命、更低的延迟和更高的可靠性；最后也是非常重要的一点，在WAIBN使用过程中产生的数据隐私和安全问题亟需解决。

— 个人感悟 —

      WAIBN作为人工智能、可穿戴生物传感器和物联网概念相结合的产物，将为疾病诊断、健康状况和体能监测提供一个有效的替代方式，以提高诊断的准确性和可靠性，降低医疗成本。其总体目标是建立一个能够提供持续、实时、准确和无创的生物标志物和生命体征监测、智能人机环境交互、循证临床决策支持、远程医疗服务和准确、当检测到异常时，及时向用户发出健康警报。WAIBN的广泛部署将把现有的传统医疗系统转变为针对个体的个性化远程医疗系统，为用户的健康带来十分有利的影响。

课题组简介

张逸涵，伦敦帝国理工学院化工系博士生。2020年本科毕业于伦敦帝国理工学院化工系，2021年硕士毕业于伦敦帝国理工学院化工系。毕业后，同年加入伦敦帝国理工学院生物光学传感器中心攻读博士学位。博士研究课题为基于可穿戴全息传感器的伤口愈合监测技术。

胡余冰，帝国理工学院化工系博士后，博士生助理导师，光学生物传感中心管理员。2016年本科毕业于浙江大学高分子材料与工程专业，2020年博士毕业于香港科技大学化学系，师从唐本忠院士。主要研究方向为可用于智能化光学诊断的穿戴式和植入式传感设备。2020年入选香港科技大学“Oversea Research Award”，2021年入选帝国理工学院“Julia Higgins Postdoc Research Award”，2022入选麻省理工大学”MIT Chem Eng Rising Stars”。目前以通讯/第一作者在 Matter、Adv Mater、Adv Funct Mater、Biosens Bioelectron等知名学术期刊发表论文15篇，在Nature、Elsevier等多个国际会议作海报和口头报告。

姜楠，研究员、博士生导师，国家海外高层次青年人才、四川省特聘专家，四川大学双百人才，教育部、科技部和省市科技项目评审专家。四川大学“生物打印与生物传感”研究室负责人。主要研究方向为利用柔性光学传感、3D生物打印和微流控等技术，开发一系列柔性生物材料和光学传感器件，以期望解决疾病的即时诊断、长期监测和精准治疗等方面的科学问题。相关研究以通讯/第一作者在Matter、Adv Mater、Adv Funct Mater、Trend Biotechnol、ACS Nano等国际高水平期刊近40篇，包括封面论文、高被引论文和热点论文6篇，并被包括Nat Rev Chem、德国Wiley杂志社MaterialsViews、哈佛大学HARVARD GAZETTE、麻省理工科技评论DeepTech、CNN、Forbes、BBC网站等国际知名媒体多次突出报道。荣获国际可穿戴计算顶级会议（ISWC）“Honorable Mentions”奖、国际先进材料学会（IAAM）“Young Scientist Medal”奖及哈佛医学院 “Excellence in Innovation”奖等奖项。担任The Innovation期刊青年编委、Biosensors期刊专题编辑、期刊Micromachines客座编辑、并兼任Adv Mater、ACS Nano、ACS Cent Sci等20余本国际期刊通讯审稿人。

Ali K. Yetisen，帝国理工学院化工系副教授，光学生物传感中心主任。2015年在剑桥大学化工学院取得博士学位，2015-2017年在哈佛大学-麻省理工大学联合健康研究院进行博士后研究。荣获多种国际奖项及荣誉，包括 IChemE Nicklin 奖， Birmingham Fellowship， MGH ECOR Award, 洪堡研究基金奖, Carl Friedrich von Siemens Fellowship Award, 并获得英国皇家化学会会士、Institute of Materials, Minerals and Mining会士、Institute of Physics会士、Institute of Engineering & Technology会士等荣誉称号。

— 招聘信息 —

一、四川大学华西基础医学与法医学院姜楠研究员课题组诚招特聘副研究员、博士后和科研助理

1. 特聘副研究员（1名）（可随时申请进站）

招聘要求：

（1）诚实守信、身心健康、年龄35岁以下（学校要求）；

（2）研究计划符合实验室整体研究方向，能独立开展研究并协助指导研究生实验。

（3）以第一作者发表科研论文至少3篇或者发表高水平科研论文1-2篇。

（4）具有光学传感、3D打印、微流控、人工智能等科研背景者优先考虑。

岗位待遇：

（1）按照四川大学相关规定执行；

（2）完成四川大学博士后聘期任务，由学院额外给予丰厚绩效奖励；

（3）合同期满表现优异者，可申请转聘为副研究员；

（4）具体细节请向负责人咨询。

2. 博士后（1-2名）（可随时申请进站）

招聘要求：

（1）诚实守信、身心健康、年龄35岁以下（学校要求）；

（2）研究计划符合实验室整体研究方向，能独立开展研究并协助指导研究生实验。

（3）以第一作者发表科研论文至少2篇。

（4）具有光学传感、3D打印、微流控、人工智能等科研背景者优先考虑。

岗位待遇：

（1）按照四川大学相关规定执行，学院给予额外科研经费支持；

（2）完成四川大学博士后聘期任务，由学院额外给予丰厚绩效奖励；

（3）合同期满表现优异者，可申请转聘副研究员；

（4）具体细节请向负责人咨询。

3. 科研助理（若干名）（可随时申请）

招聘要求：

（1）诚实守信、身心健康；

（2）研究生学历；

（3）具有光学器件应用、3D打印、微流控等科研背景者优先考虑。

岗位待遇面谈

课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/Bioprintsensing

个人主页：

      http://jcfy.scu.edu.cn/info/1061/6480.htm

应聘方式：

邮箱：

      jiangnansophia@scu.edu.cn; 

      jiangnansophia@gmail.com

      来信中请注明申请的类型，包括研究助理、博士生和博士后，另外可以同时发送微信或者QQ号，以便交流沟通。

二、帝国理工学院化工系光学生化传感中心Dr Ali K. Yetisen课题组招聘

      课题组致力于发展面向更多种更精确的多路复用、实时检测智能化可穿戴式和植入式光学诊断设备。欢迎具有生物化学传感材料、光学诊疗仪器、人工智能诊断等相关研究背景的博士进行博士后申请，欢迎相关领域的学者进行访问交流。欢迎对生化传感和智能诊断方向感兴趣的学生进行博士申请。

光学生化传感中心主页：

https://www.imperial.ac.uk/yetisen-group/

邮箱: Dr Ali K. Yetisen: a.yetisen@imperial.ac.uk

 Dr Yubing Hu: yubing.hu@imperial.ac.uk

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.bios.2022.114825

撰稿人：帝国理工学院 张逸涵、胡余冰/四川大学 姜楠

责任编辑：西北大学 罗泽伟