對話柔性電子之父John A. Rogers：揭秘五院院士的成果轉(zhuǎn)化法則

當(dāng)一項(xiàng)嶄新的科學(xué)技術(shù)誕生于實(shí)驗(yàn)室，它距離應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界有多遠(yuǎn)？這個(gè)問題約翰·羅杰斯（John A. Rogers）教授用從業(yè)二十年的經(jīng)驗(yàn)給出了回答。作為美國國家科學(xué)院、工程院、醫(yī)學(xué)院、藝術(shù)與科學(xué)院、發(fā)明家學(xué)院“五院”的院士，他不僅是發(fā)表頂級論文的“收割機(jī)”，更是一位柔性電子技術(shù)的“孵化者”：他將那些誕生于實(shí)驗(yàn)室、可與人體無縫集成的“電子紋身”技術(shù)，系統(tǒng)性地轉(zhuǎn)化為三家成功的商業(yè)公司：Sibel Health、Epicore Biosystems 和 Neurolux。他的成功并非偶然，而是一套獨(dú)特的“羅杰斯法則”：他堅(jiān)信應(yīng)在學(xué)術(shù)環(huán)境中將技術(shù)打磨到極致，耐心傾聽來自蓋茨基金會、佳得樂等產(chǎn)業(yè)巨頭的“真實(shí)需求”，甚至認(rèn)為“有時(shí)護(hù)士比醫(yī)生更懂產(chǎn)品”。在 EmTech China 2025 的現(xiàn)場，DeepTech 與 Rogers 教授進(jìn)行了一場深度對話，試圖完整解碼他如何將一個(gè)偶然的學(xué)術(shù)想法，落地為具體的商業(yè)成果。

（來源：DeepTech）

緣起：一次跨界對話點(diǎn)燃的生物電子學(xué)之路

Rogers 教授的研究重心經(jīng)歷過一次轉(zhuǎn)變。早年，Rogers 致力于在通用柔性電子技術(shù)領(lǐng)域開發(fā)“像紙一樣的顯示屏”，而轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在他在美國賓夕法尼亞大學(xué)的一次學(xué)術(shù)報(bào)告之后。“幾位神經(jīng)外科醫(yī)生看到了我演講的標(biāo)題——柔性電子學(xué)后產(chǎn)生興趣，”Rogers 回憶道，“演講結(jié)束后，他們走過來問我，有沒有想過把這種柔性技術(shù)放到大腦上，用于監(jiān)測大腦的電生理活動？”

聽者有心，這個(gè)提議啟發(fā)了 Rogers 教授對跨界的探索。“我從未真正思考過機(jī)械柔性所帶來的生物集成機(jī)會，”Rogers 坦言，“這對我來說似乎是一個(gè)非常激動人心的方向，我的學(xué)生們也對此表現(xiàn)出極大的研究熱情，因?yàn)樗鼘θ祟惤】殿I(lǐng)域有著潛在的巨大影響。”

Rogers 這種將“抽象的科學(xué)問題”與“切實(shí)的社會價(jià)值”相聯(lián)系的思維方式，深受其博士后導(dǎo)師、美國哈佛大學(xué)的 George Whitesides 教授的影響。Rogers 回憶道，Whitesides 有一種天然的、卓越的“直覺”，能夠判斷什么是構(gòu)成有意義的科學(xué)問題的關(guān)鍵：這項(xiàng)成果是否有可能導(dǎo)向一項(xiàng)具有更廣泛社會價(jià)值的新技術(shù)？這個(gè)理念深深地烙印在了 Rogers 的學(xué)術(shù)生涯中，也奠定了他未來所有研究的價(jià)值基石。從那時(shí)起，Rogers 團(tuán)隊(duì)的研究重心開始從冰冷的消費(fèi)電子轉(zhuǎn)向了溫?zé)岬娜梭w，致力于開發(fā)一種能與人體組織無縫集成的、生物兼容的電子設(shè)備。

成果轉(zhuǎn)化的“羅杰斯法則”

實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)界的“最后一公里”充滿了誘惑和挑戰(zhàn)，許多才華橫溢的科學(xué)家在這一步折戟，但 Rogers 卻成功地將若干實(shí)驗(yàn)室的前端研發(fā)轉(zhuǎn)換到市場的終端產(chǎn)品。談及科學(xué)成果的商業(yè)化方法，他分享了他獨(dú)到的實(shí)踐法則：

法則一：將技術(shù)在學(xué)術(shù)環(huán)境中打磨到極致

“我認(rèn)為學(xué)術(shù)界常見的一個(gè)謬誤就是過早地成立公司，”Rogers 一針見血地指出。他描述了一種常見的失敗模式：研究者們知道技術(shù)還存在可靠性或制造工藝上的問題，但他們想當(dāng)然地認(rèn)為，只要讓技術(shù)走出大學(xué)，創(chuàng)業(yè)公司的專業(yè)工程師就能解決這些難題。“但這根本行不通，”他強(qiáng)調(diào)，“如果你指望別人來解決你的核心問題，那代價(jià)將是極其昂貴的，耗時(shí)也會更長，風(fēng)險(xiǎn)巨大。”

Rogers 的策略恰恰相反：盡可能久地將研究項(xiàng)目保留在學(xué)術(shù)環(huán)境中，直到“所有我們已知的、需要基礎(chǔ)科學(xué)研究來解決的問題都已不復(fù)存在”。他所在的美國西北大學(xué)的生物集成電子中心為這種“耐心”提供了土壤。生物集成電子中心的實(shí)驗(yàn)室不僅能讓科學(xué)家們制造出幾個(gè)可用的設(shè)備原型，還擁有小批量的制造工具和專業(yè)的嵌入式工程師。同時(shí)，通過與醫(yī)學(xué)院的緊密合作，他們能夠?qū)⑦@些設(shè)備在真實(shí)的醫(yī)院環(huán)境中，給人類患者進(jìn)行測試。

“這讓我們能親身體驗(yàn)設(shè)備如何融入臨床工作流程，患者對它的反應(yīng)如何，護(hù)士們能否輕松地使用它，”Rogers 告訴 DeepTech，“通過這個(gè)平臺，我們能控制產(chǎn)品在完全商業(yè)化之前的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。”

法則二：傾聽來自業(yè)界的“真實(shí)需求”

技術(shù)再好，若無市場，也只是屠龍之技。Rogers 商業(yè)啟動的第一步往往來自于產(chǎn)業(yè)界向其拋出的需求，Sibel Health 的誕生就是典型案例。在 Rogers 的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇關(guān)于監(jiān)測早產(chǎn)兒生命體征的論文后，他們意外地收到了蓋茨基金會的聯(lián)系。基金會希望他們能改造這項(xiàng)技術(shù)，以便在非洲等醫(yī)療資源匱乏地區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行的大規(guī)模部署。幾乎在同一時(shí)間，醫(yī)療設(shè)備巨頭通用電氣（GE）和德爾格（Dr?ger）也找上門來，希望合作將該技術(shù)商業(yè)化用于醫(yī)院護(hù)理。

“我們最終選擇了 Dr?ger 作為合作伙伴，他們也成為了公司的投資方，”Rogers 說，“擁有來自蓋茨基金會的非稀釋性資金（non-dilutive funding），又有一個(gè)像 Dr?ger 這樣強(qiáng)大的合作伙伴，這些信號讓我們確信，商業(yè)化的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。”

同樣的故事也發(fā)生在 Epicore Biosystems。當(dāng)團(tuán)隊(duì)發(fā)表了關(guān)于微流控汗液分析的論文后，功能性飲料巨頭佳得樂（Gatorade）主動找上門，希望 Rogers 的團(tuán)隊(duì)能夠?yàn)槠浜诵目蛻暨\(yùn)動員，開發(fā)一款 Gx 汗液貼片（Gx Sweat Patch）。佳得樂同樣提供了非稀釋性資金，與團(tuán)隊(duì)共同設(shè)定技術(shù)里程碑，每完成一項(xiàng)，就支付相應(yīng)的費(fèi)用。這種模式讓公司在成立之初就擁有了清晰的商業(yè)目標(biāo)、充足的啟動資金和明確的客戶。

法則三：有時(shí)護(hù)士比醫(yī)生更懂產(chǎn)品

在談到醫(yī)療設(shè)備開發(fā)時(shí)，Rogers 分享了一個(gè)非常有趣的洞見：在改進(jìn)醫(yī)療設(shè)備的目標(biāo)下，有時(shí)候護(hù)士的建議比醫(yī)生的建議更加重要。護(hù)士們身處臨床一線，長時(shí)間地操作使用醫(yī)療設(shè)備，使得他們具備一種非常務(wù)實(shí)的視角，深知什么可行、什么不可行。“護(hù)士們有時(shí)會提出絕妙的想法，比如改進(jìn)設(shè)備的設(shè)計(jì)、尺寸或材料的機(jī)械性能。在我們發(fā)表的一些論文中，護(hù)士甚至被列為共同作者。”這種對終端用戶需求的尊重，構(gòu)成了他產(chǎn)品哲學(xué)的重要一環(huán)。

創(chuàng)新三部曲：從重塑臨床標(biāo)準(zhǔn)到定義運(yùn)動健康，再到賦能前沿科研

遵循著上述法則，Rogers 得以構(gòu)建了一個(gè)覆蓋臨床監(jiān)測、消費(fèi)健康乃至前沿科研工具的商業(yè)版圖。

Sibel Health：重塑醫(yī)院的生命體征監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)

Sibel Health 的目標(biāo)，是成為“所有醫(yī)院內(nèi)患者監(jiān)護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)”。Sibel Health 是一個(gè)完整的、由一系列無線傳感器組成的平臺，這些傳感器都在一個(gè)通用的軟件接口和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下運(yùn)行。其核心產(chǎn)品組合包括用于監(jiān)測心肺健康的胸貼、測量血氧的指套等，均已獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的批準(zhǔn)。其中，Sibel Health 的 ADAM? 傳感器尤為引人注目。許多皮膚病患者飽受夜間無意識抓撓的困擾。傳統(tǒng)的智能手表加速度計(jì)無法區(qū)分“抓撓”和“揮手”這樣的相似動作。ADAM? 傳感器則精妙地解決了這個(gè)問題。它不僅能夠監(jiān)測手部的整體運(yùn)動，還可以捕捉到指甲與皮膚接觸時(shí)產(chǎn)生的“微弱振動特征”。設(shè)備內(nèi)置的 AI 算法一旦識別出典型的抓撓信號并超過閾值，就會激活一個(gè)觸覺馬達(dá)，通過振動喚醒或提醒患者，從而實(shí)現(xiàn)了一個(gè)閉環(huán)的干預(yù)，顯著減少了夜間搔抓。

圖丨ADAM? 傳感器（來源：Sibel Health）

Epicore Biosystems：一片汗液創(chuàng)可貼的跨界之旅

Epicore Biosystems 的起點(diǎn)頗具戲劇性。Rogers 團(tuán)隊(duì)最初研究汗液，是希望找到一種非侵入性的方式來獲取血液中的生化信息，并應(yīng)用于醫(yī)療診斷。然而，第一個(gè)商業(yè)機(jī)會卻來自運(yùn)動領(lǐng)域。與佳得樂的合作為公司帶來了穩(wěn)定的收入和規(guī)模化的制造能力，他們至今已經(jīng)生產(chǎn)了約三百萬個(gè)汗液分析貼片（GxSweatPatch）。這種一次性的貼片成本極低，用戶通過手機(jī)拍照讀取顏色變化，就能得知自己的汗液流失量和電解質(zhì)損失情況，并獲得個(gè)性化的補(bǔ)水建議。

圖丨GxSweatPatch（來源：Epicore Biosystems）

基于在運(yùn)動領(lǐng)域建立的制造和技術(shù)基礎(chǔ)，Epicore 迅速將市場拓展到工業(yè)安全領(lǐng)域。在石油、天然氣、建筑等行業(yè)，工人們常暴露在高溫環(huán)境下作業(yè)，脫水是導(dǎo)致工傷和生產(chǎn)力下降的主要風(fēng)險(xiǎn)之一。雪佛龍（Chevron）和杜邦（DuPont）等工業(yè)巨頭相繼成為其客戶，將這項(xiàng)技術(shù)用于保護(hù)工人的健康安全。

如今，Epicore 重新深耕于醫(yī)療診斷領(lǐng)域。團(tuán)隊(duì)的核心科學(xué)假設(shè)是，汗液中的特定生化標(biāo)志物與血液中的濃度高度相關(guān)。他們正與腎臟病學(xué)家緊密合作，通過對比腎病患者的汗液與血液樣本來驗(yàn)證這一理論。如果成功，這不僅意味著一種低成本、無創(chuàng)的居家腎功能監(jiān)測方案的誕生，更印證了 Rogers 本人從市場切實(shí)需求出發(fā)，最終抵達(dá)醫(yī)療藍(lán)海的發(fā)展路徑。

Neurolux：為神經(jīng)科學(xué)界提供前沿的研究工具

如果說 Sibel Health 和 Epicore Biosystems 是將成熟技術(shù)應(yīng)用于“當(dāng)下”，那么 Neurolux 則著眼于“未來”，為全球頂尖的神經(jīng)科學(xué)家們鍛造出能夠解鎖大腦奧秘的鑰匙。與前兩家公司不同，Neurolux 不直接面向消費(fèi)者或臨床患者，它的定位是為全球的神經(jīng)科學(xué)家提供他們“在其他任何地方都買不到的”先進(jìn)研究工具。公司有兩大核心產(chǎn)品線：

圖丨NeuroLux（來源：NeuroLux）

第一種是用于動物模型光遺傳學(xué)研究的微型無線 LED 植入體。這些如頭發(fā)絲般纖細(xì)的探針可以植入大腦深處，通過無線控制的 LED 光來激活或抑制特定的神經(jīng)元細(xì)胞，從而幫助科學(xué)家們解析大腦神經(jīng)元的基本工作原理。

第二種產(chǎn)品，則是為前沿的“類腦器官”（brain organoids）生物學(xué)研究而設(shè)計(jì)的 3D 自組裝電極結(jié)構(gòu)。這些由人類干細(xì)胞培育出的微型“大腦”，為藥物篩選和疾病研究提供了無與倫比的模型，但傳統(tǒng)的 2D 電極陣列無法有效地與之交互。Neurolux 開發(fā)的 3D 籠狀電極能將類器官包裹起來，進(jìn)行全方位的電信號記錄和刺激，極大地推動了該領(lǐng)域的發(fā)展。

未來之路：AI、數(shù)據(jù)與跨界融合的協(xié)奏

當(dāng)談及對未來學(xué)科趨勢的理解，Rogers 認(rèn)為 AI 扮演著極為重要的角色。目前，AI 主要被用于處理海量數(shù)據(jù)，并基于現(xiàn)有生命體征設(shè)置警報(bào)閾值。但他認(rèn)為，AI 更值得被探索的潛力在于，將傳統(tǒng)生命體征數(shù)據(jù)與他的新型傳感器捕捉到的全新數(shù)據(jù)流（novel data streams）相結(jié)合，做出“預(yù)測性的健康評估”。

“我們不僅想知道現(xiàn)在發(fā)生了什么，更想知道未來會發(fā)生什么，”Rogers 說，“隨著我們的設(shè)備大規(guī)模部署，積累的數(shù)據(jù)會越來越多，AI 算法將能夠?qū)W習(xí)到那些預(yù)示著不良健康后果的微弱信號，從而真正改變我們照護(hù)病人的方式。”他指出了傳感器、數(shù)據(jù)與 AI 之間的共生關(guān)系：“沒有傳感器，就沒有數(shù)據(jù)；沒有數(shù)據(jù)，AI 就無法存在。”

而實(shí)現(xiàn)這一切的根基，是他一直信奉的“學(xué)科交叉”理念。Rogers 以一篇 2019 年發(fā)表在頂級期刊 Science 上的研究 [1] 為例：當(dāng)時(shí)，新生兒重癥監(jiān)護(hù)室的早產(chǎn)兒們身上布滿了電線，這些線路連接著監(jiān)護(hù)儀，不僅嚴(yán)重阻礙了父母與嬰兒的“袋鼠式護(hù)理”（一種通過肌膚接觸促進(jìn)嬰兒發(fā)育的護(hù)理方式），而且固定導(dǎo)線用的強(qiáng)力膠帶還會損傷嬰兒脆弱的皮膚。

為了解決這個(gè)臨床痛點(diǎn)，Rogers 集結(jié)了一支橫跨材料學(xué)、力學(xué)、電氣工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、皮膚病學(xué)和新生兒學(xué)的龐大團(tuán)隊(duì)，其中甚至還包括直接護(hù)理嬰兒的護(hù)士。他們共同開發(fā)了一對輕薄、柔軟、如創(chuàng)可貼般的無線生物傳感器。一個(gè)貼在嬰兒的胸部或背部，另一個(gè)環(huán)繞在腳上，兩者協(xié)同工作，可以精確監(jiān)測心率、呼吸頻率和體溫等核心生命體征，其數(shù)據(jù)精度與傳統(tǒng)的有線設(shè)備完全一致。

（來源：Science）

這項(xiàng)研究不僅展示了一項(xiàng)技術(shù)的突破，更體現(xiàn)了一種全新的合作模式。“經(jīng)過我們的實(shí)踐，將工程科學(xué)與醫(yī)學(xué)科學(xué)，特別是與一線的臨床需求緊密結(jié)合在一起，是一條能夠取得顯著成果的方式。”Rogers 總結(jié)道。這篇論文的發(fā)表，直接吸引了蓋茨基金會和醫(yī)療巨頭 Dr?ger 的注意，最終催生了 Sibel Health 的創(chuàng)立。

最后，當(dāng)被問及想對在 EmTech China 2025 現(xiàn)場的年輕科學(xué)家和工程師說些什么時(shí)，Rogers 給出了一個(gè)簡短而鏗鏘的建議：“要志存高遠(yuǎn)（think big）。把精力聚焦于那些具有開創(chuàng)性和變革性的領(lǐng)域之上，大膽地構(gòu)想和創(chuàng)造偉大的事物。讓你們的研究方向，由這個(gè)社會最需要解決的重大問題來定義。”Rogers 始終將研究方向置于社會問題之上的做法，為我們清晰地描繪出了一條從實(shí)驗(yàn)室通往真實(shí)世界的堅(jiān)實(shí)路徑。

參考資料：

1.H., Chung et al. Binodal, wireless epidermal electronic systems with in-sensor analytics for neonatal intensive care. Science 363, 6430(2019). DOI: 10.1126/science.aau0780

采訪：楊家睿、李丹

運(yùn)營/排版：何晨龍