一、“揭榜挂帅”攻关任务

1.攻关任务名称

多尺度生物医学弱磁成像技术与系统

2.攻关任务背景和意义

生物体内生理活动常伴随着极微弱的磁信号，如脑磁、心磁以及磁性纳米标记物产生的磁场，这些信号为无创精准诊断提供了全新途径。然而，这些信号极其微弱，远超传统传感器的探测极限，且易受环境磁噪声干扰，导致高灵敏磁传感技术门槛极高，成为制约其临床转化的核心瓶颈。

团队面向国家在高端医疗仪器与生物安全检测的重大需求，聚焦于新型磁传感机理、核心器件与系统集成研究，旨在突破现有技术灵敏度与集成度的限制，推动磁传感在脑科学、心电诊断、病原体检测等领域的创新应用。

3.技术方案

（1）量子共振磁力计技术与微型化探头：基于张磊教授团队在量子传感物理机制上的深厚积累，开发高灵敏度的铁磁共振自旋效应磁力计，研究其微型化、阵列化封装工艺，实现用于心磁、脑磁信号探测的核心传感探头。

（2）高灵敏磁阻传感器与集成电路：依托刘明教授团队在电子器件与集成方面的优势，研制基于巨磁阻（GMR）、隧道结（TMR）等效应的磁敏传感器芯片，开发低噪声读出电路与信号处理ASIC，提升信噪比与集成度。

（3）多模态融合与智能成像系统：将磁传感与电学、光学测量技术融合，构建多物理场同步测量系统；引入人工智能算法，对磁信号进行重构与溯源，开发便携式心磁图仪、脑磁图仪等智能成像装备。

二、团队概况

团队由张磊教授（物理学院） 与刘明教授（电子学院） 共同牵头，汇聚了在量子物理、磁性材料、微纳电子、集成电路与生物医学工程等方向的科研人员，包括教授5人、助理教授1人、博士后与研究生40余人。

团队是国内较早系统开展高灵敏磁传感研究的单位之一，在新型磁传感器原理、器件设计与系统集成方面积累了扎实的工作基础，承担了多项国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划，并与头部医院、企业建立了紧密的产学研合作。

三、近三年（平台成立起）攻关领域科研情况

近三年承担攻关领域横纵向项目4项，其中省部级项目1项，国家级项目3项。主办及参与学术活动5场次，邀请企业及行业专家来校授课及讲座3场次。在Advanced Materials, Nature Communications, Biomaterials等高水平期刊发表论文5篇，获授权磁传感相关国家发明专利2项。

四、团队人才培养情况

2023至2025年，硕士生20人，博士生5人。其中4人获得国家级竞赛获奖，10人获得个人荣誉。开设攻关领域必修及选修课共计2门。

2023年至2025年，在磁传感方向共培养博士4人、硕士5人。培养学生荣获西安交通大学“优秀研究生标兵（博士）”1人， “优秀共产党员”、“优秀研究生干部”等5人，“优秀研究生”9人，荣获国家奖学金1人，“博士特等学业奖学金”“硕士特等学业奖学金”等16人次连续两年指导学生获“中国研究生电子设计大赛技术赛国赛一等奖”全国一等奖。开设《自旋电子导论》与《功能纳米薄膜综合实验》等专业课程，与珠海多创、西安金磁纳米生物技术有限公司等企业在磁传感器工艺与芯片设计方面联合开展毕业设计及实习实训。

西安交通大学优秀博士标兵

研电赛国奖一等奖

陕西省学生会先进个人

五、合作开展情况

1.合作企业、医院共5家。

六、转化成果转化成果

1.已转化成果社会经济效益

高性能TMR磁传感芯片：基于隧穿磁电阻技术，成功研制出可在磁屏蔽室环境下工作的高性能微弱磁信号检测系统，灵敏度达到国际先进水平，正在与交大口腔医院，红会医院合作开展临床前试验。

高通量磁免疫分析仪：基于团队自主研发的TMR生物传感器芯片，开发出用于多种肿瘤标志物同时检测的便携式设备，检测灵敏度比传统ELISA方法提升1-2个数量级，已与西安金磁达成合作开发意向。

2. 获批/在申知识产权

获授权“一种巨磁阻抗器件及巨磁阻抗器件检测电路”等国家发明专利2项

参与制定《微机电系统（MEMS）技术层状MEMS材料界面黏附能四点弯曲试验方法》等国家标准2项

七、潜在可转化技术

（1）零场磁共振技术：利用超高灵敏度的量子铁磁共振磁力计替代传统超导线圈，摆脱对超强磁场的依赖，旨在开发低成本、便携式的磁共振成像（MRI）系统。

（2）脑机接口磁调控与探测一体化技术：结合磁刺激与高时空分辨率的磁探测，开发用于神经功能修复与脑疾病治疗的闭环系统。

（3）单分子磁测序技术：探索利用磁性标签与高灵敏磁传感器实现对DNA/RNA碱基的识别，旨在开发新一代低成本、长读长的测序技术，目前已完成关键传感原理验证。