X-Doctor
2024年，iCANX推出X-Doctor专栏，聚焦iCANX上独辟蹊径用科技创新改变世界的科学家和他们的科学发现，每期揭秘一位科学家和他/她的探索之路，独家报道、干货满满。欢迎大家一同感受科学的魅力，见证这些创新的力量。
第25期，X-Doctor将带你走近加州理工学院高伟教授，感受一下他在可穿戴生物传感与纳米技术领域的创新之旅。
探索科技新天地，领略学术新风采！今天，我们聚焦于加州理工学院的璀璨明星——高伟教授。他是加州理工学院的医学工程系正教授和Ronald and JoAnne Willens特聘教授。
从华中科技大学到清华大学，再到加州大学圣地亚哥分校，高伟教授的学术之路熠熠生辉。他的研究跨越了可穿戴设备、柔性电子、微米纳米马达和生物传感等多个前沿领域，带领团队取得了一系列令人瞩目的成果。
特别值得一提的是，他的团队开发了一种基于光声技术的微机器人系统，为体内成像和控制开辟了新路径。此外，他还设计了一种创新的可穿戴无线贴片，能够实时监测汗液中的生物标记物，为健康监测提供了新的视角。
他的成就众多，包括被评为世界经济论坛青年科学家、斯隆研究奖得主、以及全球35岁以下"世界杰出青年创新家"之一。他的研究成果在《自然》等顶级期刊上发表，引用次数超过33000次，H-index达到86。此外，他还获得了多项国际奖项和荣誉，包括美国海军研究总署青年科学家奖和IEEE奖项，担任Science Advances期刊副主编，是医学工程领域的领军人物。
高伟教授一直在孜孜不倦，探索新的突破。6月17日，高伟教授团队在《Nature Reviews Materials》上发表的综述，主题是慢性伤口治疗的生物材料和监测技术的最新进展。
文章讨论了智能敷料、纳米技术和生物活性材料等新兴技术如何革新慢性伤口的治疗方法，包括实时监测伤口状态和通过交互式系统主动介入治疗。同时指出了这些技术从实验室到临床应用面临的挑战，如技术验证、安全性评估和成本问题。
值得一提的是，2019 年，高伟团队和北京大学信息科学技术学院张海霞教授课题组展开合作。
左起北京大学信息科学技术学院张海霞教授、宋宇和高伟
张海霞组的一名博士研究生宋宇，曾来到高伟团队访问学习，该生也是高伟和张海霞合作论文的共同第一作者。
这篇论文名为《激光雕刻可穿戴传感器，用于敏感检测汗液中的尿酸和酪氨酸》（A laser-engravedwearable sensor for sensitive detection of uric acid and tyrosine in sweat），于 2019 年末发表在 Nature Biotechnology 上。用一句话简单概括就是：只需要几滴汗液，就可以检测疾病。
除了这些成就，高伟教授还在其他领域进行探索：
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可穿戴设备领域
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高伟教授及其团队提出了一种用于监测营养代谢物的可穿戴生物传感器的通用设计策略。这种策略结合了激光刻蚀石墨烯（LEG）、电化学合成的氧化还原纳米探针（nanoreporters, RARs）、基于分子印迹聚合物（MIP）的“人工抗体”，以及原位再生和校准技术。该方法能够对体液中的广泛生物标志物进行敏感性、选择性的连续监测，包括所有9种必需氨基酸以及维生素、代谢物和人类汗液中常见的脂类。这种传感器贴片通过小型电子模块与皮肤共形接触，实现按需离子电泳控制和原位信号处理，并通过蓝牙与用户端进行无线连接，为个性化健康监测提供了新的技术途径。
可穿戴生物传感器“NutriTrek”的示意图和图像
这项研究的成果不仅代表了传感器、纳米技术、生物医学工程和精准医疗领域的重大突破，而且解决了可穿戴生物传感器在痕量荷尔蒙分析、DNA/适体传感、微流控及通过材料、化学和工程创新研究汗腺生理学等方面的瓶颈问题。
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微米纳米马达
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高伟教授在纳米马达领域的工作主要集中在通过磁、声、光、电等控制方式，人工合成的微纳米马达。这些马达有可能帮助人类实现科幻电影中的神奇旅程，并为传感、药物靶向运输和疾病诊断等重大问题提供新的解决方案。
他还设计了可在肠道内实时定位并控制的微米机器人系统，这些微纳米尺度的马达或机器人可以在血液中游弋，携带药物运动到病患区域，最终治疗威胁人类生命的疾病。
具体来讲，他们将微米机器人包裹于具有保护层的微胶囊内以免于胃酸等流体的侵蚀，借助光声断层成像技术，包裹在微胶囊内的载药微纳机器人可在动物体内的实时定位，当微机器人胶囊抵达体内病患区域（比如肠道肿瘤）时，外源近红外光可以穿透深层组织并引发胶囊破裂从而释放微机器人。释放出的微机器人依靠其高效游动可穿越生物屏障最终实现在病患区域的滞留和持久的药物传递。
可实时深组织成像并控制的微机器人系统
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生物传感技术方面
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高伟教授的课题组在可穿戴式女性荷尔蒙追踪器领域的研究是传感器技术的一项重要进展。这项研究专注于开发一种新型的生物传感器，它能够非侵入性地监测女性生殖激素的水平，这对于女性健康监测和管理具有重要意义。
该追踪器的设计采用了先进的激光刻蚀石墨烯（LEG）技术，结合了微流控图案化设计，以实现对女性荷尔蒙的高灵敏度和高选择性检测。通过这种设计，传感器能够在不需要复杂实验室设备的情况下，直接从汗液中检测到微量的荷尔蒙，从而为女性提供了一种便捷、实时的生殖健康监测手段。
研究人员表示，如果这种传感器进一步微型化，它可以被隐蔽地佩戴在一个戒指内。
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柔性电子
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高伟教授团队在柔性电子器件作为人机接口方面的研究取得了显著进展。他们通过喷墨打印技术构建了多模式柔性电子皮肤，作为新型人机交互界面，将人与机器融合为一个整体，使人在精准操控机器的同时也能通过机器端的传感器以及反馈机制感受到机器端所处的环境状态。该研究成果以“All-printed soft human-machine interface for robotic physicochemical sensing”为题，发表于Science Robotics，并作为封面推荐文章。
随着科技的不断进步，高伟教授的研究成果正逐渐从实验室走向现实世界，为人类的健康和生活带来革命性的影响。他的工作不仅在学术界获得了高度认可，更在实际应用中展现出巨大的潜力和价值。
我们期待看到高伟教授的研究成果能够更广泛地应用于医疗健康、环境监测、智能设备等多个领域，为构建一个更加智能、健康、便捷的世界贡献力量。
2020年6月12日，iCANX Talks第九期，高伟教授为全球观众做了题为“用于个性化医疗健康的可穿戴汗液生物传感器”的精彩英文讲座，本讲座的关注点在于可穿戴汗液生物传感器，并介绍了基于不同工作原理的汗液传感器，探讨了这类可穿戴汗液传感器在疾病诊断、健康管理、药物监控，以及精神健康等医疗健康领域的应用前景，并进一步提出了一种自供能汗液传感系统，扫码可查看回放。
作为华中科技大学杰出校友，2022年10月7日华科校庆特别节目，iCANX Talks 118期，高伟教授与大家分享了主题为“可穿戴生物传感器”的学术演讲，他介绍在研发全集成皮肤界面的柔性生物传感器方面的相关工作，并进一步展示他们在实现自供能去电池化电子皮肤上的最新进展。这些可穿戴汗液生物传感平台的搭建，为实时监测-原位诊断-精准治疗的个性化医疗健康领域带来了全新的发展思路。扫码可查看回放。
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