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浅谈生物传感技术的定义、发展现状与未来

2017-5-28 09:47| 投稿: heilong916 |来自: 互联网

摘要: 据2017年4月全球知名市场调研公司PMR发布的一份最新报告,未来6年,全球生物传感器市场将经历快速增长,该市场2014年市值为129亿美元,到2020年将达到225亿美元,年复合增长率为9.7%。按地理划分,目前北美是全球生 ...

据2017年4月全球知名市场调研公司PMR发布的一份最新报告,未来6年,全球生物传感器市场将经历快速增长,该市场2014年市值为129亿美元,到2020年将达到225亿美元,年复合增长率为9.7%。按地理划分,目前北美是全球生物传感器的最大市场,而由于医疗保险普及率的不断扩大、人口基数大以及卫生保健系统的不断升级,亚太地区将成为增长最快地区。

一窥生物传感器

也许现在大部分人并不知道生物传感器为何物,但事实上,它已在炫酷的科幻电影里高频亮相。

还记得电影《Her》中那个贴心的人工智能系统吗?在这个虚拟世界里,你能与它分享细腻的情绪感受,它也能理解、认同并服务你的需求,帮你梳理知识、处理邮件,和你谈情,甚至与你发生一场柏拉图式性爱。

科幻电影《少数派报告》中,阿汤哥佩戴的体感手套操作电脑的镜头令人向往不已。通过佩戴手套实现细微的手势控制,包括重叠窗口、下拉菜单等,以此控制用户界面,实现多种操作。

科幻电影《华氏451》中,主角的妻子Mildred长达10年之久挂着一副智能耳机,通过读唇与丈夫交流的场景也让人大开眼界。根据设计,耳机用以收集运动数据,进行心率检测和无线蓝牙传输,并通过内置高精度运动传感器,准确记录并分析使用者的运动及行为状态。

生物传感器像理智的研究者一样敏锐地体察并反馈人类的方方面面。利用信息获得真实感受,增进理性,延伸人类存在的维度。比如,有些生物传感器能从你的汗水中读取化学信息,监测身体在运动过后的反应。再比如,有着“镀金条形码”模样的电子纹身可以通过静脉监测血液中热能的流动情况,以此观察血管对温度变化的反应,从而监测心血管健康。

美国杜比实验室用生物传感器理解人类反应

生物传感器技术发展与定义

目前,经过上世纪60年代兴起的专一性强且灵敏度高的酶法分析、基于离子选择性电极的无试剂分析、酶电极、微生物电极、测抗原的免疫传感器、热生物传感器、酶光纤传感器、压电晶体酶传感器等发明应用阶段,生物传感器的功能应用已拓展到活体测定、多指标测定、联机在线测定等领域,并在临床、发酵、食品、化工和环保等领域,显示出极具潜力的应用前景。

近20年来,生物亲和传感器的技术取得突破,以表面等离子体和生物芯片为标志的生物传感器掀起第二场高潮。紧接着,微型生物传感器、纳米生物传感器、亲和生物传感器、杂合生物传感器以及生物芯片接踵而至。

经过半个多世纪的发展,关于生物传感器的定义基本形成,简单来说,生物传感器充当着一个接收器和转换器的角色。主要体现在以下三个方面:

首先,感受。提取出动植物发挥感知作用的生物材料,包括:生物组织、微生物、细胞器、酶、抗体、抗原、核酸、DNA等。实现生物材料或类生物材料的批量生产,反复利用,降低检测的难度和成本。

其次,观察。将生物材料感受到的持续、有规律的信息转换为人们可以理解的信息。

再次,反应。将信息通过光学、压电、电化学、温度、电磁等方式展示给人们,为人们的决策提供依据。

有了追踪式的“无缝”了解,技术才能捕捉人类需求,以便做出合理、有效的决策。如室内温度的调节,机器、设备、家具、交通工具的实时控制,收发邮件等工作事务的处理等行为。可以说,生物传感是实现智能化的第一步。

美国西安大略大学利用3D打印技术开发出的一种可植入心脏的生物传感器

生物传感的未来展望

传感器的跨界应用,对生物传感器的需求能做到无缝切入,将是未来的趋势。未来10年内“即时检测”的潮流会到来。生物传感器的物理形态和应用情景将实现个性化。

生物传感器的发展,需要通过3D打印技术实现个性化需求。近日,美国研究人员宣布开发出一种3D打印的可植入血压传感器装置。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家创造了一个纳米级别的“模孔蛋白”,这种碳纳米管能在体内用于运输药物,作为新型的生物传感器和DNA测序的应用基础。

日前,梅奥诊所和无线传感器公司Gentag也宣布,双方计划开发一次性的无线可穿戴贴片传感器,面积只有药膏般大小,能和智能手机整合进行糖尿病、肥胖症和相关疾病的监控。

梅奥将与Gentag联合开发贴片传感器

随着人们使用可穿戴健康监测器和智能设备数量的快速增加,通过这些设备来监测我们的活动与健康的想法已深入人心。据福里斯特研究公司预测,到2020年,物联网产业的规模要比信息互联网大30倍,将有250亿台物联网设备接入互联网,这意味着将有海量设备需要感知数据。据英国市场分析公司CCS洞察公司研究报告,可穿戴设备的销量将在2018年达到并超过1.7亿台。

连日来,英特尔、三星不约而同加速生物传感器领域的研发布局,引起业内瞩目。应市场对可穿戴设备的热切需求,二者分别推出了纳米级微细制程应用处理器(AP),并研发整合多种感测器的感测器中枢,争相抢占穿戴用移动AP市场。

不过,从细分市场来看,以生物识别传感器市场为例,在产值接近45亿美元的全球生物识别硬件市场中,传统的指纹识别传感器仍然垄断了95%的市场,而人脸识别/虹膜/眼球/眼纹识别传感器还处于等待“腾飞”的状态。这不失为生物传感器市场的一个结构性不均衡的表现。

目前,医疗健康领域的应用覆盖中医针灸传感针、生物芯片、葡萄糖监测、检测DNA突变、疾病诊断、病毒检测、药物剂量、脑损伤检测等方面。除此之外,生物传感器还大大改变了用户操作游戏的方式。如Neuro Sky神念科技的脑电传感器可以解放人的双手,实现了用意念来玩游戏。Throw Trucks With Your Mind等都是类似的游戏应用。

多功能、多传感器及多标准可穿戴设备,在人类日常生活中发挥的作用,会日益显著。连接人与人、物与物、人与物的各类传感器将逐步完成技术积累,并走向工业、医学、生活等领域。届时,生物传感器将搭建起大数据,让一切与人有关的决策更加高效、更加科学。

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