傳感新品

【北京師范大學：研發基于導電MOF/MXene的多功能生物傳感器用于健康監測】

對于代謝性疾病的實時護理，要求具有監測代謝物含量和診斷肌肉狀態的功能。然而，目前同時具有檢測電化學和生物電信號功能的診療一體生物傳感器很少有報道。設計一種集汗液電化學檢測、電生理信號采集和電刺激治療于一體的多功能生物傳感器，以此實現對代謝性疾病的診斷和治療。

近日，北京師范大學化學學院劉楠教授團隊開發了一種基于導電MOF/MXene的多功能生物傳感器用于健康監測，具有汗液電化學檢測、電生理信號采集和電刺激治療于一體的多重功能（圖1）。該工作是以導電MOF(Ni3(HITP)2)和MXene為原料，使用無紡布，通過真空輔助浸漬MXene和原位錨定MOF制備得到MOF/MXene電極（圖2）。該電極較MXene電極具有低溶液阻抗、高電荷存儲能力、高穩定性，具有作為電生理電極的潛能（圖3）。進一步將MOF/MXene電極作為表皮電極，具有低皮膚/電極界面阻抗，可記錄高保真的電生理信號，同時也可快速響應記錄電刺激信號（圖4）。基于導電MOF的電化學活性，對尿酸和葡萄糖均有良好的傳感性能（圖5）。基于上述三重功能，我們將多功能生物傳感電極與柔性電路印刷版集成，有助于實現實時汗液中代謝物檢測、表皮電生理信號監測并通過電刺激緩解肌肉功能障礙。

圖1 多功能集成生物傳感器示意圖

圖2 化學結構和形貌結構表征

圖3 電化學性能

圖4 電生理信號采集與電刺激性能

圖5 電化學傳感性能

圖6 基于MXene和導電MOF的多功能可穿戴傳感器

傳感動態

【深圳大學副校長張學記：智能傳感與精準健康是“無盡的科學前沿”】

12月14日，第二屆“福田區河套生物醫藥科技創新論壇”在河套深港科技創新合作區深圳園區舉行。論壇主題“聚焦CGT前沿共創深港未來”，邀請兩院院士、國內外頂級專家學者、企業、投資機構等各界領軍者匯聚一堂，技術交流、思想碰撞，共同打造“政、產、學、研、用、資”多元融合的信息交流、項目交易、資源共享平臺，助力河套合作區生物醫藥產業高質量發展。

隨著全球范圍內生物細胞技術和產業快速發展，細胞和基因是生物醫藥產業中最具創新力、發展前景最廣闊的細分領域之一。今年8月國務院印發的《河套深港科技創新合作區深圳園區發展規劃》提出，要推動精準醫療、細胞治療等交叉學科領域技術創新，依法依規在深圳園區海關監管區域探索建立適合細胞治療、基因治療等新型生物藥械研究發展的新型管理模式。本屆論壇緊跟國家戰略發展，聚焦細胞與基因前沿技術，探索深港協同創新發展新模式。深圳大學副校長、美國醫學與生物工程院院士、俄羅斯工程院外籍院士、歐洲科學院院士張學記，在主論壇作“智能傳感與精準健康——無盡的科學前沿”分享了智能傳感與精準醫療的前沿探索與應用，提出從“智能傳感”到“數字人生”，未來人類永生或不是幻想。

從“智能傳感”可邁向“數字人生”

“要像重視集成電路產業一樣重視智能傳感器產業發展。”張學記院士指出，傳感器產業是未來萬物互聯的基礎，是未來整個IOT產業增長的核心所在，更是讓下游萬億級的終端產業有了新的活力，形成了產業發展的閉環。所謂生物傳感器(Biosensors)是對生物物質敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測的器件。當生物傳感與AI融合就形成了“智能生物傳感”。目前，其研究團隊已開始探索融合尿片的“尿液傳感監測系統”和面向運動員的“動態汗液監測系統”，這種尿液傳感器已經簽署的傳感器委托研發量產合同訂單數量已達3億支。當智能生物傳感越來越細致面向人類各生物指征（Towards“lab-on-Skin”），人們將迎來“數字人生”。

而精準醫療，第一步精確診斷與大數據追蹤正在實現，現在基因檢測已經很便宜了。下一步是精準治療，就是對我們耐藥不同的藥物，通過人工智能和大數據對整個的術（愈）后進行追蹤，實現閉環治療，目前正在推進中。

“智能生物傳感器是結合了生物傳感和人工智能大數據的新理念。”張學記說，他和其研究團隊對該理論進行了推導，制訂了發展路線圖，圍繞該理念的邏輯框架發表了大量學術文章，同時成立了刷新傳感公司將智能生物傳感走向產業化，“我們用我們的技術做出產品，包括智能的溫度、智能的血糖、智能的汗液產品等。像智能溫度產品，我們已用于抗疫和奧運會；智能血糖產品馬上將進行臨床，未來將為糖尿病患者提供一個非常好的監測手段和工具。”他說，通過智能傳感將可打造對人體整體的長期、實時數據追蹤，未來甚至可以從小孩出生開始就一直全程追蹤，并形成一個反饋系統，這就將逐步向“數字人生”邁進了。“當我們的碳基生命向硅基生命轉化，一旦全部完成，可以說，我們人類的永生就近在咫尺了。”

他進一步解釋說，碳基很脆弱，硅基就是通常所說的“腦機結合”，將人類身體部分向芯片方面轉移，“部分損壞了，換一個芯片就可以了”，如果這樣，人類是不是可以說走向永生？這可能將是未來20~30年內就會發生的，當然要實現硅基轉化將“十分昂貴”“所以，現在大家還是需要智慧+勤奮，往前走。”他說。

河套合作區將是生物產業重要創新基地

冀望粵港澳大灣區多平臺協同發展建立好孵化機制

張學記指出，河套合作區發展生物產業有三大優勢：一是河套合作區“一區兩園”，聯結深港，具有聯通國際的優勢；其次是高科技優勢。深圳是高科技的城市，這里集聚了一大批高校和生物醫藥產業，有深圳大學、南方科大、哈工大、清華深圳研究院，還有深圳灣實驗室等等，這是科技的優勢；其三是創新和創業的基因，這是深圳是與生俱來的，改革開放的前沿，企業的創新就是深圳的巨大優勢。三者結合起來，河套合作區將是未來生物產業的重要研發基地、創新基地。“建議深圳未來要聚焦于新型醫藥產業，而不是傳統的，將人工智能和新的生物科技結合起來”他說。

粵港澳大灣區有橫琴、前海、南沙、河套四大戰略平臺，在生物醫藥產業方面各有特色，希望四大平臺的力量能有效地聯動匯集起來，形成各自特色，不要重復地去研究。同時，希望大灣區建立好孵化機制，真正快速地把生物科技最新成果孵化成企業，能出產品、出商品、造福社會、造福人類。

【這家激光雷達公司OEM訂單被取消】

12月14日，美國激光雷達上市公司Cepton向美國證券交易委員會（SEC）提交8-K（重大事件）報告。

報告披露，如此前所公開，Cepton與Tier 1合作伙伴Koito公司被一重要ADAS項目選為唯一的激光雷達供應商，并為該項目提供支持至2027年（“批量生產合同”）。在獲得批量生產合同之后，Koito不時向公司發出批量生產合同下的激光雷達組件采購訂單。

2023年12月11日，Koito通知公司，給予Koito批量生產合同的OEM已決定重新確定其ADAS產品供應范圍，因此，Koito向公司發出的與批量生產合同相關的所有未完成采購訂單均已取消。按照慣例，當汽車項目發生變動時，Cepton計劃盡可能尋求與現有項目任何延誤或取消相關的項目投資成本回收。Cepton會繼續與OEM合作，為下一代ADAS產品定義傳感器需求和系統架構。Cepton和Koito在聯合產品開發和上市戰略方面的合作，以及與其他全球OEM在新系統采購機會方面的合作，預計將繼續下去。公告發布后，WestPark Capital、Craig-Hallum等多個機構隨即紛紛下調Cepton評級。截至12月14日收盤，Cepton股價暴跌26%。

據悉，Cepton此前獲得了位于美國底特律的全球TOP 10車企的定點合作項目，計劃在2023-2027年為其下一代高級輔助駕駛系統平臺提供激光雷達設備。Koito成立于1915年，是一家總部位于日本的汽車照明一級供應商，其集團在全球13個國家擁有31家公司，奔馳、寶馬、通用、大眾、豐田、日產等都是它的下游客戶。Koito Manufacturing已經向Cepton投資了2億美元——最初在2020年2月投資5000萬美元，2021年投資5000萬美元，2022年又投資1億美元。

【德媒：美對華芯片“制裁狂熱”傷及自身】

12月15日報道據德國《青年世界報》網站12月14日報道，全球芯片巨頭美國英偉達公司與美國商務部之間齟齬不斷。原因是美國商務部長雷蒙多正在竭力切斷中國獲取人工智能領域最強大芯片的渠道，英偉達首席執行官黃仁勛則謀求鞏固公司在世界人工智能芯片市場的主導地位。現在看來，這兩個目標大概是相互沖突的。這與中國企業的最新成就有關。

據報道，英偉達是國際領先的人工智能芯片制造商，明年有望掌握85%的市場份額。人們應該會說，這家公司前景大好——假如中國業務對這家公司沒有那么重要的話。

相關數據顯示，英偉達在中國的人工智能芯片市場占據約九成份額。這一市場規模很大，而且正迅速增長。這在兩個方面非常重要。一方面，來自中國市場的收入約占英偉達總收入的五分之一，而這家公司必須擁有充裕的資金，才能在這個資本密集型產業保住全球領先地位。另一方面，只要英偉達掌握住這一市場份額，那些從長遠來看可能威脅其地位的本地競爭對手就會處于弱勢。

報道稱，英偉達的難題源于，美國政府試圖盡可能減緩中國在人工智能領域的發展速度。為實現這一目標，美國商務部去年禁止對中國出口那些最先進的人工智能芯片，以限制中國人工智能產業可獲得的最大算力。英偉達的暢銷產品A100和H100性能過于強大，不再被允許出口。英偉達擔心失去在中國市場的主導地位，于是開發了A800和H800，其相關參數略低于美國商務部規定，在中國仍然暢銷。

今年10月，英偉達再次遭到打擊：雷蒙多修改了出口管制規定，現在A800和H800也在受影響之列。英偉達現在預計其中國業務在四季度將嚴重下滑。

報道稱，不過，中國芯片制造商的進步再次超出了預期。據報道，華為公司研發了A100的替代品，并向其他公司出售，游戲巨頭騰訊也發布了其高性能人工智能芯片。對那些迄今為止一直使用美國人工智能芯片的公司來說，改用華為的產品并非易事，但美國的“制裁狂熱”讓這種轉換越來越顯得在所難免，從而為華為的人工智能芯片在中國打開了越來越多的大門。

報道還稱，最近，雷蒙多和黃仁勛就在這種情況下該如何制定對華出口指導方針展開了爭論——黃仁勛主張放松管制，雷蒙多依然保持強硬。最終，他們可能都會輸：英偉達會輸掉中國市場，美國政府則會輸掉其壓制中國人工智能產業崛起的戰斗。

【臺積電首次提及 1.4nm 工藝技術，2nm 工藝按計劃 2025 年量產】

12 月 14 日消息，臺積電在近日舉辦的 IEEE 國際電子器件會議（IEDM）的小組研討會上透露，其 1.4nm 級工藝制程研發已經全面展開。同時，臺積電重申，2nm 級制程將按計劃于 2025 年開始量產。

根據 SemiAnalysis 的 Dylan Patel 給出的幻燈片，臺積電的 1.4nm 制程節點正式名稱為 A14。IT之家注意到，目前臺積電尚未透露 A14 的量產時間和具體參數，但考慮到 N2 節點計劃于 2025 年底量產，N2P 節點則定于 2026 年底量產，因此 A14 節點預計將在 2027-2028 年問世。

在技術方面，A14 節點不太可能采用垂直堆疊互補場效應晶體管（CFET）技術，不過臺積電仍在探索這項技術。因此，A14 可能將像 N2 節點一樣，依賴于臺積電第二代或第三代環繞柵極場效應晶體管（GAAFET）技術。

N2 和 A14 等節點將需要系統級協同優化，才能真正發揮作用，并實現新的性能、功耗和功能水平。

尚不清楚臺積電是否計劃在 2027-2028 年時間段為 A14 制程采用 High-NA EUV 光刻技術，考慮到屆時英特爾（以及可能其他芯片制造商）將采用和完善下一代數值孔徑為 0.55 的 EUV ***，臺積電使用這些機器應該相當容易。然而，由于高數值孔徑 EUV 光刻技術將掩膜尺寸減半，其使用將給芯片設計人員和制造商帶來一些額外的挑戰。

當然，從現在到 2027-2028 年，很多事情都可能會發生變化，因此不能做出太多的假設。但可以肯定的是，臺積電的科學家和開發人員正在致力于下一代生產節點的研發。

【圖像傳感器的動態范圍】

什么是動態范圍？

動態范圍（Dynamic Range）是圖像傳感器重要的參數之一，它決定了圖像傳感器能接收的陰影部分到高光部分的光亮強度分布范圍，也就是決定了所拍攝出來的圖像的細節、層次、特征。

傳統膠片成像

基于光化學理論，在相機拍攝時，光線通過相機鏡頭達到膠片的感光晶體鹵化銀上，引起膠片的光學密度發生變化，曝光量越大，光學密度越小，呈現非線性關系。當有光線照射到鹵化銀上時，鹵化銀轉變為黑色的銀，經過顯影工藝后固定于片基，成為黑白膠片。彩色膠片則是涂抹了三層鹵化銀來表現三原色。

數字圖像成像

利用圖像傳感器（CCD、CMOS）把接收到的光信號通過傳感器上的光敏單元離散成正比于曝光量的成千上萬個像素點，并轉換成模擬電壓信號，再經過A/D轉換處理后變成數字信號，最后經過微處理器的非線性運算轉換成圖像的標準存儲格式。例如BMP、JPEG、TIFF等存儲在物理介質上。

動態范圍的定義

動態范圍定義為最大可測光強與最小可測光強的比值，還可以定義為像素阱容量飽和時與無光照條件下的像素噪聲電子數的比值，單位用分貝（dB）表示，表達式為：

自然場景中從無月的暗夜到太陽直射的動態范圍約為180dB，而普通的圖像傳感器由于勢阱容量的限制，動態范圍通常在70dB左右。

真實世界中同一場景中動態范圍變化很大，我們稱之為高動態范圍（High Dynamic Range），相對的普通圖片上的動態范圍為低動態范圍（Low Dynamic Range）。

相機的成像過程實際上就是真實世界的高動態范圍到相片的低動態范圍的映射（非線性），例如：

動態范圍的影響因素

阱容量

普通圖像傳感器由于感光元件阱容量有限，存儲光電荷的能力也有限，當光照強度超過一定程度時，存儲的電荷達到飽和將無法再接收。一旦這些像素滿載，光子便會溢出，溢出就會導致信息損失。

以紅色為例，高光溢出使滿載紅色的像素附近的其它像素的值都變成255，但其實它們的真實值并沒有達到255。換句話說，畫面的細節發生了損失，這樣會造成高光部分的信息缺失。如果我們以減少曝光時間來防止高光溢出，很多用來描述昏暗環境的像素則沒有足夠的時間接收光子量，得出的像素值為0，這樣就會導致昏暗部分的信息缺失。

圖像位深

目前普通的輸出/顯示設備受軟硬件的限制，使得數字圖像處理部分大多是基于8bit來進行的，只能表示出256個灰度等級，導致圖像的亮度等級與真實場景的亮度等級相差較大。

因此，傳統的圖像傳感器無論接收的圖像有多大的亮度差，只要它被數字化為8位圖像，那么這幅圖像就只有256灰度級。若圖像傳感器的動態范圍不同，它們提供的256級灰度反映的實際亮度差是不同的，即動態范圍越大，就越能顯示自然界的亮度變化。

提高動態范圍的方法

阱容量調節

提高像素滿阱容量或降低像素噪聲水平是直接提高圖像傳感器動態范圍的方法。然而現代像素的尺寸不斷縮小，對于一個給定的像素架構，其具有固定的填充因子，因此，很難通過提高滿阱容量的方法來擴展動態范圍。

位深調節

提高圖像位數是一個較為普遍的方法，能夠通過將一幅圖像的灰度級提高來體現更多的層次和更寬的動態范圍。

對數響應技術

通過改變像素的信號輸出曲線來推遲像素達到飽和時所需要的時間，從而實現增大像素電荷容量、擴展動態范圍的目的。

多重曝光技術

在不改進像素光電二極管的前提下，傳統低動態范圍的圖像傳感器可以通過合成多張曝光圖片來獲得高動態范圍圖片。

審核編輯 黃宇