受訪嘉賓 | 林科

暖芯迦副總裁

“上醫治未病，中醫治欲病，下醫治已病”，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刺激芯片已經在康復醫療上大規模應用。相信在不久的將來，隨著可編程高密度神經刺激芯片的普及，各種人機接口的應用將會逐漸從理論走向現實。

作者：Joey

編輯：Melody

隨著科技的發展，通過生物芯片直接實現人機交互，為人們的健康帶來幫助已經從理論逐漸走向現實。

在近期的 Neuralink“Show and Tell” 活動中，被成為“科學狂人”的聯合創始人埃隆·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督管理局FDA審查通過，在未來6個月內，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。

該項目發展潛力巨大，讓諸多行業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，行業內諸多玩家開始另辟蹊徑，從可編程高密度神經刺激芯片作為突破口，以擺脫行業當前的困境，暖芯迦就是其中之一。

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

神經接口芯片填補了國內相關領域的空白，為人機接口的推進打開了寬闊的大門

據了解，暖芯迦成立于2014年，致力于神經接口芯片、生物傳感器芯片和相關醫療器械產品的研發和銷售，公司產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，近年來其產品已經導入眾多大客戶的供應鏈體系，并且已經實現超過百萬級別的批量出貨驗證。

在神經接口領域，包含神經刺激技術和神經記錄技術兩大類。由于神經調控技術具有可調控、可逆性、持久性和靶向性等諸多特點，能夠廣泛應用于神經系統導致的神經系統損傷、運動功能障礙、慢性疼痛、痙攣狀態、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病（如抑郁癥、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。

基于創始團隊在該領域的技術積累和研發經驗，暖芯迦自成立以來在神經接口領域已經相繼推出了多功能神經刺激芯片、可編程高密度神經刺激芯片、可編程通用刺激芯片等多個系列產品。

暖芯迦多功能神經刺激芯片TENS-NS4

資料來源：暖芯迦

作為公司第一款神經接口領域產品，多功能神經刺激芯片TENS-NS4發布于2019年，主要針對家用理療設備市場而研發。

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，可以對用戶實現按摩鎮痛、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，不僅可以刺激神經末梢實現按摩鎮痛，還可刺激肌肉收縮實現輔助增肌，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、按摩椅等多種產品賦能，以實現微型化、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年發布了高密度可編程神經刺激芯片，旨在滿足多種腦機接口應用及開發需求。

暖芯迦高密度可編程神經刺激芯片

資料來源：暖芯迦

暖芯迦發布的這款芯片，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，可實現復雜但低功耗的集成數字控制器獨立控制，做到刺激參數在很寬的范圍內高精度靈活可調。

林科介紹道，

正是因為其具有高度可編程的特性，徹底打破了傳統神經刺激器僅為特定專業應用而定制開發的桎梏，具有廣闊的生物醫療應用價值，如與神經記錄系統結合，可以構成一個完整的閉環腦機接口，可用于治療癲癇的反應性神經刺激（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揮更大價值。

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

基于該芯片及相關技術，暖芯迦已經研發出了一項超高密度腦機神經接口的應用——高分辨率人工視網膜。據其介紹，該視網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為神經電信號，再無線傳輸至植入在眼球內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視神經通路傳至大腦皮層重現圖像。

在應用上，該產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品的1/5，但因為其具有業內領先的320個刺激通道，分辨率卻比同類產品高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膜項目具有較好的商業化應用前景，該項目此前就入選了國家重點研發專項計劃，即將進入臨床試驗階段。

除了可編程高密度神經刺激芯片外，在2022年暖芯迦還發布了可編程通用神經刺激芯片“元神”ENS001。據公司介紹，“元神”是業內首款多通道、刺激參數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、適配性以及閉環控制，可應用于已知的絕大部分神經調控應用場景，是具有顛覆行業潛力的一款芯片。

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調控應用而設計的芯片系統（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、高精度方向發展，可實現對多項生命指征進行檢測

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

此外，隨著經濟的發展以及都市生活節奏的加快，亞健康人群持續增長，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的產品，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，暖芯迦已經推出了生命指征參數檢測芯片、生物分子信號處理芯片等系列產品。

生物分子信號處理芯片方面，暖芯迦自主研發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，可實現對血糖、尿酸、乳酸、電解質等各種生物分子的檢測，給臨床醫學和家庭應用提供有用的幫助。

而在生命指征參數檢測芯片方面，公司自主研發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，實現如體溫、心率、呼吸率、焦慮指數、體脂率等數十項人體核心健康指標的快速精準檢測和實時監控，并可根據需求定制更多參數。

暖芯迦生命指征參數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讓汽車從單一的運輸功能向多元化發展，有效迎合了市場需求。

暖芯迦的健康檢測模塊通過國際發明專利算法，經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、焦慮指數等近20項人體核心健康指標，并可通過數據分析提出改善建議，讓智能駕駛與健康同行。

經過多次迭代升級，在去年7月暖芯迦推出了業內首款可同時監測心電(ECG)、脈搏（PPG）、腦電（EEG）和肌電信號（EMG）的SoC芯片—“九感”EPC001。據了解，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監測多種健康體征參數的廠商快速創建獨特、高精度的系統解決方案。

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良特性，該款芯片不僅可以替換消費類電子手表、手環、智能穿戴產品原有的方案，還可適用于多導聯心電設備、多通道信號采集設備、無線腦電采集設備等醫療器械設備上。雖然該產品發布僅半年時間，但已經在客戶中實現量產出貨。

林科說道。

生物芯片行業迎來快速發展，暖芯迦快馬加鞭以繼續擴大先發優勢

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對疾病的預警、預防和個體化治療，而成為了大健康產業的熱點，迎來快速發展。

根據賽迪顧問的數據，2020年全球生物芯片市場規模約為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，隨著需求持續擴大，市場規模也將保持高增速， 預計到 2025 年市場規模將達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優勢；而我國生物芯片盡管起步較晚，但是技術和產業發展迅速，在一些領域上已經取得了較大成就。

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

在談及對行業的看法以及公司的競爭優勢時，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、數據庫完善化等方向發展。不過，由于多種原因導致現在國際生物芯片市場主要被歐美等發達國家企業所壟斷，國內占比整體僅5%左右。暖芯迦在國內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驗，對于該市場需求有著非常深刻的認知。

在神經刺激領域，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調控應用場景，目前市面上沒有類似的芯片產品，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元信號電流檢測的企業之一。

資料來源：暖芯迦

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

當然，這些目標的實現，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，主要用于新產品的研發以及現有產品的市場推廣。隨著公司業務的快速發展和產品的不斷豐富，暖芯迦也已經做好資本市場的整體規劃，希望能夠在未來5年內實現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刺激芯片已經在康復醫療上大規模應用，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、干預帕金森等神經系統疾病、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揮更多的作用。

相信在不久的將來，隨著可編程高密度神經刺激芯片的普及，腦機接口將不再是高成本、低效率的研發，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