創(chuàng)新醫(yī)療傳感器介紹及應用和發(fā)展方向

在英國《自然·電子學》雜志14日在線發(fā)表的一篇研究論文中，美國科學家介紹了一種可移植、可伸展的應變及壓力傳感器，可以在有效使用期結束后自然降解。該裝置將用于實時監(jiān)測受損軟組織所受的微弱應力和壓力變化，有助于為患者設計個性化的康復方案。

研究人員表示，他們能夠控制傳感器的降解，使其壽命與組織愈合所需的時長一致。此外，經過一定的設計，在降解過程中，該傳感器的靈敏度也不會有明顯下降。

隨著移動互聯網的廣泛應用，數據采集結合無線傳輸成為有利搭檔，大大提高了人們對數據變化監(jiān)測的力度。瞬時間，人們發(fā)現傳感器帶來的價值被進一步放大了。結合新材料、納米技術、生物技術，以及例如供電技術、新型通訊技術等相關傳感器領域的周邊技術發(fā)展，催生了一批類似于可降解傳感器在內的以創(chuàng)新傳感器技術為核心的醫(yī)療健康新興產品與服務模式。

新型的醫(yī)療傳感器具有更靈敏、微型化、便捷、成本低、無創(chuàng)或者微創(chuàng)、互聯性等優(yōu)點。這些優(yōu)點令一批創(chuàng)新產以前所未有的價值，切入醫(yī)療監(jiān)測、醫(yī)學診斷、施藥治療、臨床研究、藥物研發(fā)、慢病管理、健身管理、食物檢測等領域。

創(chuàng)新醫(yī)療傳感器介紹

最近幾年新出現的各類創(chuàng)新傳感器，主要包括新型生物傳感器、納米傳感器、可消化傳感器、柔性傳感器、可植入傳感器。

新型生物傳感器

生物傳感器是一種能夠應用生物識別元件和與之鏈接的轉換元件對信息提供定性或半定量分析的獨立集成設備，更準確地說就是傳感器集成了生物識別元件和理化轉換器，將是別的信號進行處理然后傳送給探測器。

主要工作原理：分析物和受體接觸會發(fā)生反應，而這種反應將改變受體表面的生物性質，這種改變進一步引起受體表面的光學或者電學性質改變，然后這種改變被轉換器轉換為可以測量的電信號并傳到探測器。

納米傳感器

納米技術（nanotechnology）是設計、制造及應用納米結構和納米材料的技術。納米傳感器是指傳感器大小在10到100納米之間的傳感器，它可以檢測到納米級別甚至更小物質的存在。

主要分類：根據工作原理可將納米傳感器分為光學納米傳感器、物理納米傳感器、化學納米傳感器和生物納米傳感器幾個大類，在這幾個大類下又可以分為幾個小類，如下圖所示：

可消化傳感器

可消化傳感器（Ingestible Sensors）是近幾年流行的新型傳感器，是一種利用可生物降解電子器件材料制成的微型傳感器。真?zhèn)€傳感器工作系統(tǒng)由智能手機、智能藥丸以及其它附屬物件組成，這種可消化傳感器附著在智能藥丸內部，一般利用藥丸本身和消化道液體的相互作用供能，傳感器將檢測的相關數據通過通信模塊傳輸給智能手機或者其他終端。

醫(yī)療健康領域主要應用：藥物依從性、疾病診斷等。一般以非侵入的形式獲取相關數據，相比傳統(tǒng)的比如胃鏡、腸鏡檢測有成本大幅降低、使用方便以及減少病人痛苦等特點。目前的主要應用領域是藥物依從性，用來管理慢性疾病。

柔性傳感器

柔性傳感器主要基于柔性材料（Flex Materials）和柔性電路（Flex Circuits）技術制造的新型傳感器，其最大的優(yōu)點是很薄、柔軟而富有彈性，適用于纖維載體，和人體皮膚接觸很舒適，又不產生不適感，人體甚至感覺不到它的存在，結合生物相容性材料的傳感器可直接植入人體進行監(jiān)測相關數據，這種傳感器對于醫(yī)療傳感器技術來說是一個革命性的突破，它可以讓未來的傳感器和人體完美結合。

柔性傳感器適用于可穿戴設備領域，以及部分植入式應用。目前主要需要解決的問題有穩(wěn)定性、起皺現象、雙折射現象以及功能等問題。

工作原理：一般的柔性傳感器是一種模擬電阻，傳感器是一種附著碳電阻元素的柔性基底，當傳感器彎曲時電阻會發(fā)生變化，彎曲程度不同電阻變化程度不一樣，從而引起整個電路輸出的變化。還有一些柔性傳感器利用光學、生物化學等原理引起電阻的變化來檢測。

可植入傳感器

可植入傳感器（implantable sensor）或者嵌入式傳感器（embedded sensors）是近幾年出現的一種新型傳感器，具有體積小、重量輕、具有生物相容性等特征，一般要求功率要特別小，能自己供電，同時利用無線技術傳送信息。這種傳感器是一種入侵式傳感器，需要植入人體內部，所以一般利用了和人體相容的新材料技術、MEMS技術、以及柔性電路技術等等。

可植入傳感器的核心價值在于在某些領域克服非植入式用戶黏性較差的問題，減少用戶佩戴使用的負擔，無需養(yǎng)成佩戴使用習慣。目前可植入傳感器主要應用領域包括大腦控制、心力衰竭監(jiān)控、血糖監(jiān)控等領域，未來將應用于癌癥等領域。

可植入式傳感器的技術難點在于如何解決人體排異性問題，以及數據安全收集和傳送、供電等周邊技術。

工作原理：一般的可植入式傳感器都要求生物相容、自我供電以及無線傳輸，有些傳感器應用一段時間后需要從人體取出，不過目前也出現了可在體內自然降解的傳感器。傳感器收集人體相關數據通過無線傳輸到智能手機或者其他終端，提供給患者或者醫(yī)生。

就近幾年來可穿戴設備領域，由于佩戴的負擔，以及受制于佩戴方式而影響數據獲取，一些產業(yè)人士轉而寄希望于嵌入植入傳感器技術的提升來改善這些弊端。