围绕“健康中国2030”规划，面向人民生命健康，聚焦国家大力发展可穿戴智能医学诊疗设备的重大需求，本课题组聚焦基础研究、工程转化与临床应用相结合的医工交叉领域，拟攻克基于力、热、声、光、电等多模态柔性可穿戴智能实时监测及精准治疗系统中的关键科学问题与技术难题，为原创技术转化和原型样机研发提供重要理论和核心技术支撑。

主要研究方向：

1. 柔性可穿戴传感器及其生物医学应用（已经成熟方向）

利用生物信号物理和化学的传感原理，实现对心血管系统、运动系统、神经系统和呼吸系统等相关系统重大疾病的柔性可穿戴诊断和治疗。

2. 可穿戴超声器件及其生物医学应用（全力发展方向）

利用超声波高穿透、无辐射和时空分辨率高特征，结合匹配层、背衬层、电极层和耦合层设计，开发声学性能优异和力学性能稳定的可穿戴超声器件，用于人体深组织/器官的诊断和治疗。

3. 柔性电子电路和无线传输技术（已经成熟方向）

基于人体随机大变形力学特征，开发用于人体多模态生理诊疗的柔性电子电路，同时实现信息的无线传输，构建适用于人体的电路系统。

4. 人工智能及其生物大数据处理（已经成熟方向）

针对采集的人体物理/化学信号，以及图像等健康大数据，借助人工智能数据处理新方法，实现对健康模式的精准分析、诊断和预测等。

1、人体认知

人是一个高级、复杂、精密的生命体。解剖学认为，人体可以分为皮肤系统、神经系统、呼吸系统、循环系统等多个复杂系统，它们使这生命体的协调、高效、自动运转。然而，人从生殖细胞至死亡来临，均需要维持正常的生理状态，即为健康状态。因此，为了实现疾病的监测、诊断、预防和治疗等通常管理模式，需要深入临床对人体的生理系统和不同状态下的生理状况有清晰认知。

2、生物医学工程学科发展方向

      生物医学工程是一门由理、工、医相结合，在多层次上研究人体的结构、功能及其相互关系,揭示其生命现象,为防病、治病提供新的技术手段的一门综合性、高技术的学科。从当前生物医学工程的发展而言，它更是打破了传统单一生物学科和单一研究尺度，逐渐形成从微观分子到族群层面，从纳米尺度到族群尺度的高内涵和跨尺度研究。需要拥有多学科前沿交叉思维，揭示多模态生化和物理信息影响人类重大疾病的发生发展规律和机制，并开发生物医学信息提取/处理、理解/认知和干预/调控的关键技术和设备，从而解决长期困扰并影响人类健康的重大疾病。

围绕开发多模态柔性可穿戴智能实时监测及精准治疗系统，本课题组的研究内容如下图所示：
 

                研究内容图

具体研究内容包括：

（1）柔性可穿戴生物传感系统: 开发基于力、热、声、光、电和化学等物理量的柔性传感器，通过材料和结构设计，实现高灵敏度、高信噪比、宽工作区间、响应速度快、循环稳定性好、抗复杂环境应力、生物相容性、舒适性、透气性等的传感系统，实现人体多种物理和化学生理信息的实时、长期和舒适性监测。

（2）柔性衬底基柔性电子电路：开发基于柔性或可拉伸衬底的柔性电子电路，实现采集的生理信号放大、滤波、模数转换等处理；同时在片上集成机器学习算法，获得生理信号的高精准分析，为疾病诊断提供快速且可靠的智能支撑；利用5G/6G高速通信或无线蓝牙等基础物联网设施，实现对处理数据的快速传输。

（3）定制化实时显示终端系统：开发个性化移动终端应用APP，接收处理后的生理数据，实现数据的更多维度的分析，将健康数据可视化显示给用户；基于用户长期监测的健康数据，进行智能预警，并上传、下载和分发至临床一线医生，从而构建个性化的长期健康管理系统，为疾病的个性化诊断、预防和治疗提供数据支撑。

（4）柔性可穿戴生物治疗系统：基于监测的健康数据，对于需要用药的用户及时就诊，并在医生指导下用药；对于药物疗效不佳和药物依从性差等导致疾病控制率低的问题，开发基于力、热、声、光、电等多模态的柔性可穿戴智能诊疗设备，并开展治疗效果的预临床实验评估，并建立柔性可穿戴系统用于疾病治疗的评价方法。

研究范式图

代表性研究成果：

1. Fang, et al., Advanced Materials, 2021, 33, 2104178. (IF =27.4)

2. Fang, et al., Advanced Materials, 2022, 34, 202200252. (IF =27.4)

3. Fang, et al., Materials Today, 2024, 75, 166. (IF =21.1)

4. Fang, et al., Small, 2020, 16, 2000450. (IF =13.0)

5. Fang, et al., Chemical Society Reviews, 2021, 50, 9357. (IF =40.4)