居家健康监测,掌握健康主动权
近几年在全球范围内,居家健康监测领域不断升温,针对睡眠、血压、血糖、心电等健康状态和指标的消费级监测设备源源不断的出现在大众视野,并走进居民生活中,不少新兴企业开始专注并推动这一领域向前发展。
早在2015年,一家不走寻常路的中国企业“几何科技”就将目光瞄准居家健康管理,正如其创始人陈良程所说,“未来的健康管理一定不是被动的、经验性的,而是依托实时生物信息数据与智能算法,可以主动干预和精准管理的行为方式,因为很多疾病不是突然发生的,而是突然发现的。这样看来,专业且适合家庭使用的健康监测方案具有重要的发展意义。”
居家健康监测让身体重要健康指标的测量不再局限于医院和体检中心,而是成为日常生活的一部分。具有远见的创新者们,正在致力于将科学测量、专业评估、精准管理,打造为极致用户体验,帮助人们更加从容地掌控健康、防患未然、乐享生命。在注重健康生活方式的人群中, 居家健康监测也正在成为新的风尚趋势。
以非常思维贯彻非凡理念
带着这样的想法,几何科技创始团队开始探索合适的人体检测样本和方式。
尿液在维护生命正常运转,反映机体健康方面,发挥着不可替代的重要作用。据Urine Metabolome数据显示,尿液中可检测的小分子代谢物约3100种,目前医学临床应用的标志物也有250种以上,可以对癌症、肝脏健康等疾病进行辅助诊断甚至预警,也可以反映营养摄入情况。
另外相比于血液这种常规检测样本,尿液具有明显的不同,其中最为显著的一点是尿液没有稳态调控机制。尿液常常被认为是一个废弃物存放的场所,而尿液中的“废弃物”,却是血液稳态调控机制清除的对象,它恰恰反映了那些被机体产生但又不能被机体容纳的那些“变化”。这些“变化”因为尿液没有稳态调控机制而得以保留。所以在某种意义上说,尿液可以更早、更灵敏地反映人体异常变化。这对于生物标志物的研究来说,也是有利条件。因此,几何科技最终将目光锁定在尿液上这一检测样本上。
[小尿液,大价值]
接下来的问题,是如何实现对尿液的日常便捷检测,需要找到一种用户体验远超检测试纸和检测棒的方法,帮助人们在正常如厕的过程中自动完成健康分析,从而实现长期、连续的健康管控。经过大量调研研究,几何团队最终明确了以智能马桶为载体的技术路线。
然而,要真正实现智能马桶中尿液检测的准确性、便捷性,却不那么简单。几何科技经历了六年的技术研发,概念机、原型机、试产机多代的产品迭代,以及两年的用户测试,与多家三甲医院、科研院校合作,在材料、取样、检测等方面不断打磨,才正式推出其第一代健康检测智能马桶。
[第一代健康检测智能马桶及检测芯片盒]
研发道阻而艰,几何工匠精神闪耀
大规模实验实现检测样本精准采集
想要通过智能马桶进行尿液检测,收集样本是前提,这一环节遇到的最大问题是如何保证能够收集到足够的尿液,因为在马桶盆体中,尿液流向是不可控的、分散的。为保证可以收集到足够的尿液,几何科技对安装在马桶内的取样阀的位置和陶瓷的烧制做了大量相关实验,包括对典型人群以及非典型人群(如老年人)的尿量、如厕时间、相对马桶的位置、男女性在如厕时尿液在马桶盆体中的落点,以及陶瓷在烧制过程中的缺陷可能导致收集尿液不足的情况进行了大量的统计与数据分析,最终形成了一套几何自己的产品标准。
[尿液流经取尿阀进入尿路收集模块]
几何“黑科技”实现精准检测与科学评估
尿液样本的检测是通过内置在马桶中的黑科技——生物化学检测芯片实现的,通过将多种生物标记物与酶、抗体等特异性敏感材料,固定在芯片表面并发生相互作用,再通过特定换能元件(包括氧电极、光敏管)等,结合检测信号放大装置实现数据采集、汇总并进行云计算,最终输出可阅读的检测结果。
[芯片盒位于马桶后端,易于更换]
[手机端快速获取检测报告,提示异常指标]
几何科技一开始就把“无创无扰检测”作为尿检马桶开发要求之一,秉持着“一个好的产品不应该给用户带来额外负担”这一理念,经过大量研究和实验,最终锁定了干化学、电化学和免疫层析这三项检测技术。一是因为这三项检测技术的检测范围广,涵盖了小分子、电解质、蛋白和细胞,二是检测精度高,涵盖了定性、半定量和定量检测。因此这三项技术的集成基本上可以满足较为全面且精准的居家健康管理需求。更重要的是,这三种检测技术原则上不需要对样本进行离心、萃取、试剂添加及低温保存等一系列流程操作,可以直接对尿液样本进行检测,这对产品的可靠性、居家环境的适应性以及非专业使用者的便捷性尤其重要,也更符合节能和环保的发展方向,比如湿化学会涉及到废液排放的问题,因此几何科技并没有将其选定为检测技术。
[尿液样本注入,芯片快速检测]
或许有人会将尿检马桶与医院尿检设备进行对比,疑惑如何实现将大型尿机的功能缩小进一个马桶中,并且对检测准确性存疑。实际上大型尿机往往用于医院和体检中心等大型医疗机构,因此设备优先考虑高通量,也就是可同时导入几十种尿液样本,快速检出大量结果。医院也有小型检测仪,但会牺牲自动化。两者的检测原理其实是相似的,但几何科技在实现检测精准度的同时还做到了检测自动化。
几何科技的检测精度是由几何生物芯片与尿检模块保证的,严格符合CFDA相应的医疗器械和诊断试剂法规,并且通过了第三方独立验证。
[尿液收集模块、尿液检测模块与检测芯片]
以人为本,精益求精,打磨极致体验
由于每次检测都会消耗芯片,为方便用户使用,创造更好的产品体验,几何科技需要实现检测芯片的自动更换和自动回收。实现这一技术的难点在于,要在狭小和高湿度空间内实现自动芯片获取、传输、定位、检测与回传功能,并且其失败率要求小于0.1%,还要屏蔽整个过程中强电对弱电产生的电磁干扰等等。如果任何一点考虑不足,就会出现高故障率和检测数据不符合要求的情况。
为更好地在狭小且不规则的马桶空间内实现芯片全自动更换回收、产品便捷维护,以及产品质保寿命与智能马桶同周期,几何科技在材料、结构设计、气密性、检测流程设置和关键元器件选择上面临着极大的挑战。经过近千次方案测试与优化实验,在高规格要求的原则上,几何科技对其中涉及的各项问题实现了充分分析并解决。最终成品的各个部件还全部经受了苛刻的盐雾、气密性、可靠性、电磁兼容和10万次操作寿命的标准考验。比如在材料优化与封装工艺方面研发了核心技术,达到可以在高湿度(90%)和宽温度范围(0～40℃)内不同地区家庭卫生间环境中的安全使用及存放。
几何科技根据高规格要求,针对各项问题进行充分论证与测试,因此整个研发过程也产生了40余项关键技术和知识产权。
[40余项国家专利,发明及实用新型专利占比超过80% ]
以终为始,“中国智造”创新之路步履不停
经过六年的研发,不断精益求精,几何科技最终于2021年推出全新品牌SYNSOL叁颂,及其第一代产品健康检测智能马桶。
几何科技领衔科学家、西班牙马德里微电子中心博士后、上海市东方学者王教授谈到,“因为这是一个从0到1的产品,没有可以借鉴的经验,所以研发过程非常艰辛,我们整个团队一直秉持着高标准,攻克了一个个难题,经过了六年才做好准备让产品面世。我们之所以这样坚持着,是因为我们相信日常健康管理的推广普及对于整个社会是至关重要的,而实现这一目标的关键就在于创新技术和实用产品。中国近些年科技实力飞速提高,铸就了很多优秀的中国品牌,我们也希望以技术创新、工匠精神在给人们创造健康生活的同时,助力‘中国智造’,让人们意识到中国产品同样十分优秀。”
目前,几何科技已经实现了三款检测芯片的开发 —— A、B、C型,以及生物电检测。A型能够覆盖大多数人群的检测需求,主要进行基本指标的健康预警,尤其是肾病、肝病、糖尿病等高发疾病;B型则主要面向高压人群,检测情绪状况、肥胖情况等,为用户调整自己的生活方式提供依据;C型主要面向备孕女性,提示最佳受孕时间,提高受孕成功率;生物电检测目前可以实现对心率异常的预警。更多类型的检测芯片也已经在路上。
不仅如此,几何科技还在持续壮大研发团队,在“中国智造”的创新之路上步履不停。如今健康检测智能马桶之外的一系列新品已提上研发日程,在不远的未来,心电检测马桶圈、皮肤检测智能镜、唾液检测仪等更多产品的加入,将会为人们提供更加全面、深入、及时的健康监护。而几何团队与医疗、科研机构的合作成果也将陆续转化落地,通过革新检测技术、完善评估算法、优化干预手段,让每个个体都能拥有自己的小型“检验科”和私人健康管家,真正做到科学便捷、智能安心。几何科技所致力的健康管理未来形态将加速走进千家万户,成为国家医疗卫生体系的有力补充。
[全方位家庭健康管理]
