受訪嘉賓 | 林科

暖芯迦副總裁

“上醫(yī)治未病，中醫(yī)治欲病，下醫(yī)治已病”，利用生物芯片預防疾病、改善人們健康，是暖芯迦一直在做的事情。目前，公司的可編程高密度神經(jīng)刺激芯片已經(jīng)在康復醫(yī)療上大規(guī)模應用。相信在不久的將來，隨著可編程高密度神經(jīng)刺激芯片的普及，各種人機接口的應用將會逐漸從理論走向現(xiàn)實。

作者：Joey

編輯：Melody

隨著科技的發(fā)展，通過生物芯片直接實現(xiàn)人機交互，為人們的健康帶來幫助已經(jīng)從理論逐漸走向現(xiàn)實。

在近期的 Neuralink“Show and Tell” 活動中，被成為“科學狂人”的聯(lián)合創(chuàng)始人埃隆·馬斯克公布了Neuralink在腦機接口領域的最新進展情況，并表示一旦美國食品藥品監(jiān)督管理局FDA審查通過，在未來6個月內(nèi)，相關芯片等設備就可以植入人腦試驗，以幫助有需要的人群恢復視力、聽力和四肢運動等能力。

該項目發(fā)展?jié)摿薮螅屩T多行業(yè)看到了前所未有的藍海市場，但目前的困難在于與其有關的大多技術和應用仍處在不成熟的試驗階段。為此，行業(yè)內(nèi)諸多玩家開始另辟蹊徑，從可編程高密度神經(jīng)刺激芯片作為突破口，以擺脫行業(yè)當前的困境，暖芯迦就是其中之一。

最近，芯八哥“走進產(chǎn)業(yè)鏈”欄目記者采訪了國內(nèi)生物芯片的領先企業(yè)—暖芯迦的副總裁林科。探討在生物芯片加速發(fā)展的背景下，當前暖芯迦企業(yè)的發(fā)展情況以及對行業(yè)未來發(fā)展的展望。

神經(jīng)接口芯片填補了國內(nèi)相關領域的空白，為人機接口的推進打開了寬闊的大門

據(jù)了解，暖芯迦成立于2014年，致力于神經(jīng)接口芯片、生物傳感器芯片和相關醫(yī)療器械產(chǎn)品的研發(fā)和銷售，公司產(chǎn)品填補了我國相關生物芯片領域的空白，并且技術躋身世界尖端水平。在公司的不斷努力下，近年來其產(chǎn)品已經(jīng)導入眾多大客戶的供應鏈體系，并且已經(jīng)實現(xiàn)超過百萬級別的批量出貨驗證。

在神經(jīng)接口領域，包含神經(jīng)刺激技術和神經(jīng)記錄技術兩大類。由于神經(jīng)調(diào)控技術具有可調(diào)控、可逆性、持久性和靶向性等諸多特點，能夠廣泛應用于神經(jīng)系統(tǒng)導致的神經(jīng)系統(tǒng)損傷、運動功能障礙、慢性疼痛、痙攣狀態(tài)、癲癇、胃腸及膀胱功能障礙、外周血管疾病、心臟缺血、視聽覺障礙以及心因性疾?。ㄈ缫钟舭Y、強迫癥）等各種病癥上，具有非常廣闊的市場空間，正成為目前市場的熱點。

基于創(chuàng)始團隊在該領域的技術積累和研發(fā)經(jīng)驗，暖芯迦自成立以來在神經(jīng)接口領域已經(jīng)相繼推出了多功能神經(jīng)刺激芯片、可編程高密度神經(jīng)刺激芯片、可編程通用刺激芯片等多個系列產(chǎn)品。

暖芯迦多功能神經(jīng)刺激芯片TENS-NS4

資料來源：暖芯迦

作為公司第一款神經(jīng)接口領域產(chǎn)品，多功能神經(jīng)刺激芯片TENS-NS4發(fā)布于2019年，主要針對家用理療設備市場而研發(fā)。

在功能上，TENS-NS4能夠提供雙相電流刺激脈沖，支持TENS、EMS輔助增肌（ASP）和EMS康復（RP）三種模式，通過改變及組合不同的脈沖寬度、強度和時間間隔，可以對用戶實現(xiàn)按摩鎮(zhèn)痛、輔助增肌、肌肉康復的多效功能。

林科表示：

該芯片雖小但功能強大，擁有高度集成的一體化設計，具有兼容性高、可拓展性強、功耗低等特點，不僅可以刺激神經(jīng)末梢實現(xiàn)按摩鎮(zhèn)痛，還可刺激肌肉收縮實現(xiàn)輔助增肌，并幫助無法自主訓練的人進行肌肉康復。另外，該芯片方案還可以幫助智能按摩貼、大型理療儀、護理床、按摩椅等多種產(chǎn)品賦能，以實現(xiàn)微型化、低成本、低功耗的解決方案。

在首款芯片小試牛刀后，暖芯迦緊接著在2020年發(fā)布了高密度可編程神經(jīng)刺激芯片，旨在滿足多種腦機接口應用及開發(fā)需求。

暖芯迦高密度可編程神經(jīng)刺激芯片

資料來源：暖芯迦

暖芯迦發(fā)布的這款芯片，其尺寸小于10mm2，包含多達320個刺激電極和1個共用回路電極，可實現(xiàn)復雜但低功耗的集成數(shù)字控制器獨立控制，做到刺激參數(shù)在很寬的范圍內(nèi)高精度靈活可調(diào)。

林科介紹道，

正是因為其具有高度可編程的特性，徹底打破了傳統(tǒng)神經(jīng)刺激器僅為特定專業(yè)應用而定制開發(fā)的桎梏，具有廣闊的生物醫(yī)療應用價值，如與神經(jīng)記錄系統(tǒng)結合，可以構成一個完整的閉環(huán)腦機接口，可用于治療癲癇的反應性神經(jīng)刺激（RNS）或深部腦刺激（DBS）治療帕金森氏病等設備的核心，未來還將在更多生物領域發(fā)揮更大價值。

值得重點提及的是，該款芯片的發(fā)布，為各種人機接口的研發(fā)與應用打開了寬闊的大門。

基于該芯片及相關技術，暖芯迦已經(jīng)研發(fā)出了一項超高密度腦機神經(jīng)接口的應用——高分辨率人工視網(wǎng)膜。據(jù)其介紹，該視網(wǎng)膜是當前國際上分辨率最高的人工視覺技術，主要原理為通過體外佩戴的裝置將實時圖像信號轉變?yōu)樯窠?jīng)電信號，再無線傳輸至植入在眼球內(nèi)部的高密度刺激芯片，最后通過與芯片連接的電極陣列將信號經(jīng)視神經(jīng)通路傳至大腦皮層重現(xiàn)圖像。

在應用上，該產(chǎn)品采用完全生物封裝技術，只需一次眼底手術即可植入，治療花費是目前市場上類似產(chǎn)品的1/5，但因為其具有業(yè)內(nèi)領先的320個刺激通道，分辨率卻比同類產(chǎn)品高5倍以上，可以恢復盲人或中心視力缺失患者的功能性視力。

鑒于高分辨率人工視網(wǎng)膜項目具有較好的商業(yè)化應用前景，該項目此前就入選了國家重點研發(fā)專項計劃，即將進入臨床試驗階段。

除了可編程高密度神經(jīng)刺激芯片外，在2022年暖芯迦還發(fā)布了可編程通用神經(jīng)刺激芯片“元神”ENS001。據(jù)公司介紹，“元神”是業(yè)內(nèi)首款多通道、刺激參數(shù)與波形完全可編程并支持多種刺激模式的SoC芯片，提供了高度靈活性、適配性以及閉環(huán)控制，可應用于已知的絕大部分神經(jīng)調(diào)控應用場景，是具有顛覆行業(yè)潛力的一款芯片。

元神ENS001芯片實物圖

資料來源：暖芯迦

林科指出：

元神ENS001是一款全新的專為神經(jīng)調(diào)控應用而設計的芯片系統(tǒng)（SoC）。芯片集成三種刺激電路（驅動器A，驅動器B，驅動器C），支持通過對芯片編程實現(xiàn)任意波形，可適用于絕大部分刺激器的應用。其中，驅動器A支持4通道同時輸出，適用于TENS、IFT、助眠和EMS等設備；驅動器B可支持最高23通道分時輸出，可在10V-20V電壓下輸出8uA-2mA電流，并達到100%電荷平衡，適用于人工耳蝸等植入體；驅動器C支持8通道同時輸出，適用于DBS和SCS等植入體。目前該芯片已有大量的客戶在驗證和接近驗證尾聲的階段，今年就會實現(xiàn)大批量的出貨。

元神ENS001典型應用列表

資料來源：暖芯迦

生物傳感芯片向高集成度、高精度方向發(fā)展，可實現(xiàn)對多項生命指征進行檢測

早在兩千多年前，《黃帝內(nèi)經(jīng)》中就提出“上醫(yī)治未病，中醫(yī)治欲病，下醫(yī)治已病”的醫(yī)學觀念。經(jīng)過此次疫情后，防重于治的思想已經(jīng)逐漸深入人心。

此外，隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及都市生活節(jié)奏的加快，亞健康人群持續(xù)增長，消費者對身體健康指標檢測的需求也在進一步提高。由于便捷體檢的方式較少，因此通過生物傳感芯片快速獲得人體核心健康參數(shù)的產(chǎn)品，在市場上受到了極大的熱捧。

面對市場日益增長的需求，在生物傳感領域，暖芯迦已經(jīng)推出了生命指征參數(shù)檢測芯片、生物分子信號處理芯片等系列產(chǎn)品。

生物分子信號處理芯片方面，暖芯迦自主研發(fā)多種生物小信號芯片具有高度集成一體化設計，傳感器體積小、線程范圍大、安裝方便，可實現(xiàn)對血糖、尿酸、乳酸、電解質(zhì)等各種生物分子的檢測，給臨床醫(yī)學和家庭應用提供有用的幫助。

而在生命指征參數(shù)檢測芯片方面，公司自主研發(fā)多種人體健康檢測芯片并定制標準模塊，以國際專利算法為支撐，實現(xiàn)如體溫、心率、呼吸率、焦慮指數(shù)、體脂率等數(shù)十項人體核心健康指標的快速精準檢測和實時監(jiān)控，并可根據(jù)需求定制更多參數(shù)。

暖芯迦生命指征參數(shù)檢測芯片的主要應用

資料來源：暖芯迦

以汽車應用場景為例，如今的汽車消費群體普遍存在亞健康問題和疾病隱患，對大健康管理的需求與日俱增，而心律方向盤的研發(fā)讓汽車從單一的運輸功能向多元化發(fā)展，有效迎合了市場需求。

暖芯迦的健康檢測模塊通過國際發(fā)明專利算法，經(jīng)由皮膚接觸可擴展檢測駕駛人群靜息心率、心律不齊、BMI、呼吸率、體脂率、體水分率、焦慮指數(shù)等近20項人體核心健康指標，并可通過數(shù)據(jù)分析提出改善建議，讓智能駕駛與健康同行。

經(jīng)過多次迭代升級，在去年7月暖芯迦推出了業(yè)內(nèi)首款可同時監(jiān)測心電(ECG)、脈搏（PPG）、腦電（EEG）和肌電信號（EMG）的SoC芯片—“九感”EPC001。據(jù)了解，該款芯片專為采集生物電信號而設計，可幫助正在尋求連續(xù)監(jiān)測多種健康體征參數(shù)的廠商快速創(chuàng)建獨特、高精度的系統(tǒng)解決方案。

EPC001芯片實物圖

資料來源：暖芯迦

EPC001芯片集成了高精度EEG/ECG/EMG/PPG模擬前端(AFE)、64MHz RISC-V單片機(MCU)、強大的ECG/PPG特征提取功能(Heart APP)和24bit高精度ADC等模塊，是一款高度集成的可穿戴健康設備解決方案芯片。由于具有高精度和高集成度的優(yōu)良特性，該款芯片不僅可以替換消費類電子手表、手環(huán)、智能穿戴產(chǎn)品原有的方案，還可適用于多導聯(lián)心電設備、多通道信號采集設備、無線腦電采集設備等醫(yī)療器械設備上。雖然該產(chǎn)品發(fā)布僅半年時間，但已經(jīng)在客戶中實現(xiàn)量產(chǎn)出貨。

林科說道。

生物芯片行業(yè)迎來快速發(fā)展，暖芯迦快馬加鞭以繼續(xù)擴大先發(fā)優(yōu)勢

近年來，伴隨人口老齡化的加劇以及慢性病患病率的升高，健康管理的理念逐漸普及。生物芯片憑借可實現(xiàn)對疾病的預警、預防和個體化治療，而成為了大健康產(chǎn)業(yè)的熱點，迎來快速發(fā)展。

根據(jù)賽迪顧問的數(shù)據(jù)，2020年全球生物芯片市場規(guī)模約為1120億元，預計未來5年將保持11%的年復合增長率，到2025 年將達1821億元。中國市場方面，隨著需求持續(xù)擴大，市場規(guī)模也將保持高增速， 預計到 2025 年市場規(guī)模將達184億元。

資料來源：賽迪顧問

從競爭格局來看，國外廠商起步較早，暫時擁有技術上的先發(fā)優(yōu)勢；而我國生物芯片盡管起步較晚，但是技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在一些領域上已經(jīng)取得了較大成就。

不過，需要注意的是，我國生物芯片行業(yè)整體而言還處于起步發(fā)展階段，由于技術壁壘的限制，目前行業(yè)競爭企業(yè)較少，因此頭部企業(yè)銷售利潤率都維持在較高水平。但是也有一些企業(yè)因為技術商業(yè)化程度比較低或者存在困難，導致連續(xù)多年都處于虧損的狀態(tài)。即便如此，面對未來廣泛的應用場景和極大的發(fā)展空間，還是有越來越多的研究機構和企業(yè)把資源投入到了生物芯片這一領域，以尋求企業(yè)新的利潤增長點。

在談及對行業(yè)的看法以及公司的競爭優(yōu)勢時，林科表示，生物芯片作為一種新興的細分芯片領域，被認為是最具潛力的市場之一，目前正朝著微型化、集成化、多樣化、微量化、全自動化、數(shù)據(jù)庫完善化等方向發(fā)展。不過，由于多種原因導致現(xiàn)在國際生物芯片市場主要被歐美等發(fā)達國家企業(yè)所壟斷，國內(nèi)占比整體僅5%左右。暖芯迦在國內(nèi)算是較早進入生物芯片領域的公司之一，公司團隊具有先進的國際視野和十多年深耕于生物芯片領域的豐富經(jīng)驗，對于該市場需求有著非常深刻的認知。

在神經(jīng)刺激領域，我們的芯片和其他公司相比具有更高的刺激通道且具有更高的靈活度，可適用于絕大部分的神經(jīng)調(diào)控應用場景，目前市面上沒有類似的芯片產(chǎn)品，因此有很好的競爭力。

林科進一步補充道，

而在生物傳感領域，暖芯迦對于生物電小信號的檢測已有多年的技術積累，是國內(nèi)少有的技術能力可以采集毫伏級別的PPG和ECG信號、百微伏或幾十微伏級別的EEG信號、微伏甚至納伏級別的神經(jīng)元信號電流檢測的企業(yè)之一。

資料來源：暖芯迦

展望未來，林科表示，公司將繼續(xù)圍繞神經(jīng)接口與生物傳感兩大領域進行基于底層技術的產(chǎn)品衍生。一方面，為了更好的實現(xiàn)神經(jīng)調(diào)控的效果，暖芯迦正在研發(fā)神經(jīng)信號的記錄以實現(xiàn)神經(jīng)信號的讀取。在此基礎上，運用現(xiàn)有的神經(jīng)刺激技術進行刺激，以實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病刺激治療的閉環(huán)；另一方面，不斷提升生物電信號的采集和分析的精度，公司將會大力發(fā)展生物極小信號的高通量檢測技術，在基因測序、神經(jīng)元動作電位的高通量檢測等領域不斷開拓，從而讓持續(xù)健康監(jiān)測更加有效。

當然，這些目標的實現(xiàn)，離不開大量資金的支持。因此，公司將在今年將啟動新一輪的融資，主要用于新產(chǎn)品的研發(fā)以及現(xiàn)有產(chǎn)品的市場推廣。隨著公司業(yè)務的快速發(fā)展和產(chǎn)品的不斷豐富，暖芯迦也已經(jīng)做好資本市場的整體規(guī)劃，希望能夠在未來5年內(nèi)實現(xiàn)IPO。

利用前沿科技改善健康、造福人們生活，是暖芯迦一直在做的事情。

目前，公司的可編程高密度神經(jīng)刺激芯片已經(jīng)在康復醫(yī)療上大規(guī)模應用，未來公司將致力于幫助因腦卒中癱瘓的人群恢復運動能力、讓失明和失聰群體恢復感知能力、干預帕金森等神經(jīng)系統(tǒng)疾病、在意念控制智能家居開關、假肢和輪椅的控制、電子對抗等應用上發(fā)揮更多的作用。

相信在不久的將來，隨著可編程高密度神經(jīng)刺激芯片的普及，腦機接口將不再是高成本、低效率的研發(fā)，它終將會開辟一個新的時代，為我們的生活帶來當前難以想象的改進。

審核編輯黃宇