2025年，天津大學感知系各團隊堅持“四個面向”的戰略導向，在先進傳感器件與系統、生物信息制造與測量、無損檢測技術及儀器、科學儀器與物質檢測等領域開展了系統的研究工作，在國際頂級期刊發表多篇成果，展現了天津大學感知系在前沿技術領域的創新與貢獻，部分代表性成果如下：
基于pH校正的反離子電滲技術實現組織液葡萄糖精準監測
非侵入式組織液生物標志物動態監測是疾病管理與健康評估的重要方向，其核心優勢在于避免侵入性采樣的痛苦與感染風險。反離子電滲（RI）技術為無創傷監測提供了可行路徑，但傳統技術存在皮膚表面pH隨提取/檢測過程波動的問題，這一波動會通過改變角質層角蛋白ζ電位影響組織液提取通量，同時干擾酶傳感器靈敏度，導致葡萄糖監測精度不足，難以達到臨床應用要求。
針對這一問題，天津大學栗大超教授團隊首次系統闡明了皮膚表面pH對反離子電滲提取的影響機制，提出基于表皮pH監測的校正方法，開發了集成組織液提取電極、葡萄糖傳感單元、鈉離子傳感單元及pH傳感單元的可穿戴柔性傳感器貼片，并構建了基于pH校正的高精度葡萄糖反演算法，動態補償pH對提取通量和傳感器靈敏度的影響。團隊通過離體與在體實驗驗證了技術有效性：離體條件下平均絕對百分比誤差（MAPE）從11.2%降至2.9%；在體實驗中，葡萄糖平均絕對相對偏差（MARD）從34.44%降低至14.78%，達到臨床標準（≤15%）。該技術不僅解決了非侵入式葡萄糖動態監測的精度難題，還可推廣至其他組織液/血液生物標志物監測，推動相關可穿戴技術的臨床轉化。
該工作以“pH calibration allows accurate glucose detection in interstitial fluid via reverse iontophoresis”為題在線發表于Nature Communications，第一作者為精儀學院博士研究生朱旺旺，通訊作者為栗大超教授/蒲治華副研究員。
面向高能效、高精度神經形態計算應用的高精度多比特光電突觸器件
近年來，傳統馮·諾依曼架構因計算單元與存儲器分離導致的“內存墻”和能效瓶頸日益凸顯。神經形態計算通過模擬生物神經系統的結構與功能，在硬件層面實現感存算一體化，成為突破傳統架構限制的重要途徑。而人工突觸器件是神經形態計算的基本單元。光電突觸因能同時處理光/電信號，更貼近生物視覺系統的信息處理機制，在仿生視覺感知與類腦計算領域展現出獨特價值。其中，基于二維材料范德華異質結的光電浮柵晶體管(OEFGT)因高帶寬、低串擾和多級非易失存儲特性，成為構建高性能光電突觸的理想平臺。然而，現有二維OEFGT器件的可區分穩定存儲光學突觸權重態數量普遍受限（通常≤7 bit），制約了神經網絡的計算精度與能效。提升突觸權重態數量以降低單脈沖能耗、增強模式識別能力，是推動光電神經形態硬件實用化的關鍵挑戰。
針對這一問題，天津大學團隊利用ReS2不隨層數改變的直接帶隙特性、強光吸收能力的優勢，制備了基于ReS2/h-BN/石墨烯范德華異質結的光電浮柵晶體管 (OEFGT)突觸器件。通過優化光源參數 (波長、功率、脈沖頻率) 并調控浮柵電荷隧穿特性，首次在光學模式下實現了1024個離散可調的電導態 (10bit) ,賦予了突觸器件超低單脈沖能耗(500 fJ/spike)。得益于優異的存儲能力，該突觸器件成功模擬了包括多模態突觸可塑性、經典條件反射(巴甫洛夫的狗實驗)的建立、消退和再鞏固、復雜聯想學習(猴腦顏色-水果配對任務)、可重構邏輯門計算和高準確率光電神經網絡(在色覺測試板任務中實現98.8%的準確率)。這項工作展現了基于光電浮柵型場效應晶體管的光電突觸器件在實現高能效、高精度的神經形態計算方面的潛力。
該工作以“High-Precision Multibit Opto-electronic Synapses Based on ReS2/h-BN/Graphene Heterostructure for Energy-efficient and High-accuracy Neuromorphic Computing”為題發表于Advanced Functional Materials，2022級碩士畢業生楊哲宇和2025級博士生霍仕達為論文第一作者，通訊作者為武恩秀副研究員等。該成果已被ESI收錄為高被引論文和熱點論文。
核殼納米線憶阻器：極致微型化，助力人工感受器升級
人工感受器作為智能感知系統的 “生物接口”，在智能機器人觸覺反饋、醫療健康監測、人機交互等領域具有關鍵應用價值。近年來，隨著類腦計算與生物電子技術的融合發展，基于新型納米器件的人工感受器逐漸向“低功耗、高仿生度、多模態感知”升級，更對器件微型化提出迫切需求——更小的尺寸能實現高密度陣列集成，適配假肢表皮、微創醫療傳感等精細場景。其中，憶阻器因具備與生物突觸相似的 “記憶-響應” 特性，成為構建人工感受器的理想載體。然而，傳統憶阻器存在導電細絲生長隨機性強、動態響應難以匹配生物感知規律的問題，無法滿足高精度人工感受器的集成需求。
針對人工感受器“精準度、仿生度、微型化”的三重挑戰，研究團隊研發了一款當前微型化程度最高的一維核殼納米線憶阻器，以結構創新實現 “尺度突破” 與 “性能躍升” 的雙重突破。該憶阻器創新性采用銀納米線（Ag NW）-聚乙烯吡咯烷酮（PVP）核殼結構：核心為直徑僅數十納米的高導電性Ag納米線，作為電信號傳輸的 “一維通道”，相比傳統二維憶阻器，器件橫向尺寸縮減至納米級，為高密度人工感受器陣列集成奠定基礎；表面包裹厚度僅5-10 nm的PVP超薄殼層，巧妙構建準二維限域空間 — 既通過分子級界面引導Ag?有序遷移，從根源抑制導電細絲隨機性，解決傳統器件的精準度問題，又能模擬生物感受器的 “信號過濾” 功能，有效屏蔽環境干擾信號，提升感知可靠性。這一“一維核心+超薄殼層”的設計，在實現極致微型化的同時，最大化優化了器件的電學與仿生性能。
基于該創新結構，團隊完成了人工感受器核心性能的全面驗證：在電學特性測試中，這款一維核殼憶阻器展現出適配人工感受器的低功耗與高穩定性 —— 閾值電壓低至0.22 V，開關一致性變異系數小于15%，單次響應功耗僅約400 pW。更關鍵的是，在人工痛覺感受器的專項模擬測試中，該憶阻器成功復刻了生物痛覺感受器（nociceptor）的三大核心特性：閾值觸發、松弛恢復、敏感化效應，為智能設備賦予類生物的痛覺感知能力提供了核心支撐，且其納米級一維結構可直接集成于柔性基底，適配機器人皮膚、可穿戴疼痛監測設備等復雜場景。
該研究成果以“Universal Core-Shell Nanowire Memristor Platform with Quasi-2D Filament Confinement for Scalable Neuromorphic Applications”為題在線發表于Advanced Functional Materials，第一作者兼通訊作者為天津大學武恩秀副研究員。
具有可控手性的石墨烯卷手性精準測量
二維材料手性結構的精準測量在量子計算與自旋電子學等領域具有重要研究價值。近年來，隨著納米材料手性調控研究的深入，如何在微納尺度實現單個二維材料手性結構的定量檢測成為關鍵科學難題。以往研究多局限于宏觀統計性測量，難以實現單個石墨烯卷的手性角精確測量及其與物理性能的定量關聯。
針對這一測量瓶頸，天津大學李奇峰、馬翔云團隊創新建立了基于拉曼光學活性的單顆粒手性測量方法。通過分析單個石墨烯卷在左/右旋圓偏振光下的拉曼散射差異，首次實現了手性角的定量標定。測量數據顯示，手性角與拉曼光學活性信號呈正弦關系，當手性角為±15°時，信號強度達最大值。此外，通過將拉曼光學活性技術與磁導電探針原子力顯微鏡聯用，在單顆粒尺度實現了手性結構與自旋性能的同步測量。結果顯示，當手性角為±15°時，自旋極化率達92%，測量重復性達95%以上。比較石墨烯卷、碳納米管和石墨烯手性堆疊三類結構的CISS效應，我們首次從實驗與理論層面揭示：CISS效應的產生不僅要求結構本身具有手性，更關鍵的是電荷運動需具備“真手性”。本研究為手性自旋器件的材料篩選與設計提供了可靠的測量基礎與理論判據。
其中石墨烯手性卷的測量工作以"Graphene rolls with tunable chirality"為題發表于《Nature Materials》，感知系馬翔云專任研究員為共同第一作者，李奇峰教授為共同通訊作者。CISS效應在石墨烯手性超結構中的表現解析工作以" Chirality-induced spin selectivity of graphene chiral superstructures and their true/false chirality of electron motion "為題發表于《Nano Research》，李奇峰教授、馬翔云研究員為共同通訊作者。相關成果獲新華社、人民日報、光明日報、科技日報等央媒報道。
MicroLED高通量無損電致發光檢測三維柔性探頭
微尺度發光二極管（MicroLED）作為下一代顯示背光技術的關鍵元件，在高密度、大面積顯示應用中具有廣闊前景。然而，其量產過程中面臨良率要求高、缺乏高效無損檢測手段等挑戰，尤其是現有電致發光檢測技術難以在不引入表面損傷的情況下實現高通量測試，限制了良品芯片的篩選與轉移。
針對上述問題，天津大學團隊研發了一種三維柔性探頭及其配套電致發光測量系統，用于MicroLED晶圓的高通量、無損電學與光學性能檢測。系統集成32 × 32對探針，在0.5秒內同步測量1024個MicroLED，接觸應力僅0.91MPa，遠低于材料屈服極限，有效避免表面損傷，且支持超過100萬次重復測試。結合被動矩陣驅動，系統可同步獲取電流-電壓曲線、發光波長等多參數信息，全面評估晶圓性能。該技術突破了MicroLED大規模電致發光檢測的瓶頸，為AR/VR等高良率面板制程奠定基礎，已通過天開園核心區的萬柔科技與孚萊感知半導體公司推進產品化，未來將為國內MicroLED產業提供批量化、低成本檢測方案。
研究成果以"Electroluminescence measurement of microscale light-emitting diode wafers using a three-dimensional flexible probe head”為題發表于《Nature Electronics》，第一作者為25屆博士畢業生吳子悅和碩士畢業生張翔宇，通訊作者為黃顯教授。
《MEMS產業現狀-2025版》
《傳感器技術及市場-2026版》
《下一代MEMS技術及市場-2025版》
