浅谈生物传感技术的定义、发展现状与未来

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。