桑蚕丝是一种历史悠久的纺织原料，你知不知道桑蚕丝还能做传感器原材料？中科院上海微系统所副局长陶虎研究者不但把蚕丝蛋白用在了脑机接口和植入式医疗机械，仍在产品研发仿生技术类的人工智能技术传感器与集成ic。

很多年来，陶虎一直专注于信息科技和生物科学的基础性最前沿交叉式科学研究，将桑蚕丝从传统式纺织原料取得成功转换为新式医疗和信息内容新型功能材料。他已在国际性著名刊物《科学》《自然》以及子刊等发布期刊论文80余篇，在其中当选封面图文章内容26篇，毕业论文总被引超出15000次。

日前，陶虎喜获2020年度上海青年人高新科技优秀荣誉奖。

【最大限度地运用大脑，最小限度地损害大脑】

“人们的大脑如同一个高性能计算机，成年人大脑有800多亿元个神经细胞，构成了一个巨大繁杂的互联网，但不可思议的是，大脑的功率仅有20瓦，跟一个灯泡类似。怎样运用大脑自身来开展一些新探寻，十分关键。”陶虎告知释放日报·上观新闻新闻记者。

脑机接口，做为人们大脑和外部机器设备立即联系的方式，能够载入脑，管控脑，是时下国际性神经科学最前沿科学研究的主要专用工具，也是脑作用探寻和脑病症诊疗的关键核心技术。脑机接口技术性的关键难题之一，取决于如何最大限度地运用大脑，此外最小限度地损害大脑。

殊不知，当今的脑机接口技术性遭遇“嵌入外伤大”“安全通道数不够”“长期性纪录可靠性差”三大挑戰。脑电波收集一般是是非非入侵方式，但数据信号品质非常差，从大脑最深处根据脑膜，脑积液，头骨，头发等传送出去，衰减系数透射得强大，因而它的频率稳定度，時间屏幕分辨率和空间分辨率都不足。假如要完成一些更为错综复杂的作用，或是要做植入式，但也许会产生外伤，除此之外还需要确保嵌入后在身体内长期性的安全系数和可靠性。

能不能从原材料下手，来改进脑机接口技术性？“蚕丝蛋白不但纯天然抑菌，生物降解，并且物理性能好，真是便是与生俱来的传感器原材料。”陶虎说，他以往一直和微纳元器件相处，掌握到蚕丝蛋白可用作生物医学工程上的机构恢复后，瞬间脑洞大：蚕丝蛋白能不能和传感器紧密结合呢？

把蚕丝蛋白用在电极上，陶虎精英团队开发设计出了“免开颅手术微创手术植入式高通量测序柔性脑机接口系统软件”，现阶段已完成运用于鼠，兔，猴等多种多样细胞模型。

绘图：江海昕

“埃隆马斯克企业研制的脑机接口技术性中柔性电极必须 缝衣针輔助插进，大家独特的这些体系能够把柔性电极临时硬底化，在头骨上打个微孔板后电极能够自身插进，不用缝衣针的輔助，而电极插进头部后又会变松，对大脑的伤害不大。”陶虎说，这类柔性电极能免开颅手术微创手术嵌入脑部，外伤直徑低于0.7mm。

下面，她们期待能进一步把植入式伤口直徑减少到0.5mm。临床医学上一般觉得伤口直徑低于0.5mm，身体可治愈。这也是一个什么定义？大家平常到医院抽血化验用的针管便是直徑0.45mm尺寸。

陶虎表露，实际上她们的柔性电极总宽仅有不上0.1毫米，而薄厚仅有0.001毫米，但受制于麻花钻自身的限度，因而她们已经设计方案生产制造直徑更小的机械设备麻花钻，同歩仍在考虑到激光器打孔。“大家定的职业目标是伤口直徑0.3mm下列，这与针灸针头的直徑类似，也是大家广泛能够进行的水平。”

绘图：江海昕

除开减少嵌入创口，提升网络带宽也很重要，网络带宽越大，载入和管控的神经细胞就越大。这类柔性神经系统电极已完成圆晶级大批量生产制造，单元器件最大可集成化过千安全通道脑电子信号收集通道。电极嵌入后可以完成手术后亚急性数据信号数据采集和长时间平稳神经系统数据信号追踪。

“大家协作的几个头顶部医院门诊已经申请临床实验，假如顺利，今年底会做大脑深层的电极实验，2022年就可以在更规模性群体上进行实验。”陶虎详细介绍，到时候它们将对于咽喉癌患者的言语作用和半身不遂患者的活动作用进行目的性科学研究。

【蚕丝蛋白不但可包囊药品，并且可控性溶解】

“蚕丝蛋白制成纺织产品，其增加值仅有好几倍，而变成植入式医疗机械的高档耗品，其增加值提升了成百上千倍，养蚕技术的农村人也因而创收了。”陶虎说。

植入式医疗机械是生物科学与网络技术的结合，陶虎精英团队研发了系列产品根据蚕丝蛋白的嵌入生物降解，身体可吸附的微结构电子器件和光电器件，完成了蚕丝蛋白在脑外科，脑外科等临床医学专业行业的运用。

一直以来，临床医学上许多植入式器材，全是不可降解塑料的金属材料类电子元器件，例如支抗钉，一旦嵌入人体还要二次手术治疗再把它取下来。

对比金属材料类电子元器件，蚕丝蛋白不但微生物兼容模式更强，可包囊药品，并且可控性溶解，溶解的生成物是碳水化合物，对人体并不会造成伤害。

蚕丝蛋白支抗钉。访谈目标给予

“说白了可控性溶解，便是能够调整溶解時间，从好多个月到两年不一。例如，大家和上海第九中心医院协作，整形美容用的鼻鼻子假体必须 在身体内很长期也不溶解，而脸部线雕则必须让它短期内溶解。”陶虎详细介绍，除此之外，她们与第四军医大学西京医院协作已在骨裂患者的身上干了数例临床实验，2022年年之内将进行上数百位脑外科患者的临床实验，“开朗可能，更快到2024年，争得拿到三类医疗机械商标注册证。”

“医疗机械跟人的身心健康密切相关，假如这一方面的核心技术也被‘受制于人’，可能十分处于被动，大家期待能在高档医疗机械层面做一些有利探寻。”陶虎说。

【蚕丝蛋白被制成仿生技术类传感器的底材】

“无论是人工智能技术优化算法或是集成ic，实际上都受限于数据收集的根源传感器。大家如今揣摩的是对这种数据的分析，也就是前面的优化算法，偏‘软’一点。”陶虎还有一个真实身份，上海市微系统所传感器技术我国重点实验室办公室副主任，传感器科学研究原本就是他最拿手的行业。做为国家自主创新2030重点项目首席科学家，国家科技部微生物和电子信息技术行业颠覆性创新技术性专家组成员，陶虎期待能领着队伍在前面的传感器优化算法科学研究上有一定的奉献。

据了解，受大自然视觉效果和听觉系统出色的微生物启迪，她们开发了各种各样仿生技术类的传感器，且全是多模态和身体可集成化的。无论是可配戴或是可嵌入的传感器，他们对微生物兼容模式和稳定性的规定都非常高，因而蚕丝蛋白再度“大显神威”，被制成传感器的底材或封裝层。“这一部分工作任务的核心技术大家早已提升，希望能尽早运用到传感器的计算方法科学研究中。”