创新医疗传感器介绍及应用和发展方向

在英国《自然·电子学》杂志14日在线发表的一篇研究论文中，美国科学家介绍了一种可移植、可伸展的应变及压力传感器，可以在有效使用期结束后自然降解。该装置将用于实时监测受损软组织所受的微弱应力和压力变化，有助于为患者设计个性化的康复方案。

研究人员表示，他们能够控制传感器的降解，使其寿命与组织愈合所需的时长一致。此外，经过一定的设计，在降解过程中，该传感器的灵敏度也不会有明显下降。

随着移动互联网的广泛应用，数据采集结合无线传输成为有利搭档，大大提高了人们对数据变化监测的力度。瞬时间，人们发现传感器带来的价值被进一步放大了。结合新材料、纳米技术、生物技术，以及例如供电技术、新型通讯技术等相关传感器领域的周边技术发展，催生了一批类似于可降解传感器在内的以创新传感器技术为核心的医疗健康新兴产品与服务模式。

新型的医疗传感器具有更灵敏、微型化、便捷、成本低、无创或者微创、互联性等优点。这些优点令一批创新产以前所未有的价值，切入医疗监测、医学诊断、施药治疗、临床研究、药物研发、慢病管理、健身管理、食物检测等领域。

创新医疗传感器介绍

最近几年新出现的各类创新传感器，主要包括新型生物传感器、纳米传感器、可消化传感器、柔性传感器、可植入传感器。

新型生物传感器

生物传感器是一种能够应用生物识别元件和与之链接的转换元件对信息提供定性或半定量分析的独立集成设备，更准确地说就是传感器集成了生物识别元件和理化转换器，将是别的信号进行处理然后传送给探测器。

主要工作原理：分析物和受体接触会发生反应，而这种反应将改变受体表面的生物性质，这种改变进一步引起受体表面的光学或者电学性质改变，然后这种改变被转换器转换为可以测量的电信号并传到探测器。

纳米传感器

纳米技术（nanotechnology）是设计、制造及应用纳米结构和纳米材料的技术。纳米传感器是指传感器大小在10到100纳米之间的传感器，它可以检测到纳米级别甚至更小物质的存在。

主要分类：根据工作原理可将纳米传感器分为光学纳米传感器、物理纳米传感器、化学纳米传感器和生物纳米传感器几个大类，在这几个大类下又可以分为几个小类，如下图所示：

可消化传感器

可消化传感器（Ingestible Sensors）是近几年流行的新型传感器，是一种利用可生物降解电子器件材料制成的微型传感器。真个传感器工作系统由智能手机、智能药丸以及其它附属物件组成，这种可消化传感器附着在智能药丸内部，一般利用药丸本身和消化道液体的相互作用供能，传感器将检测的相关数据通过通信模块传输给智能手机或者其他终端。

医疗健康领域主要应用：药物依从性、疾病诊断等。一般以非侵入的形式获取相关数据，相比传统的比如胃镜、肠镜检测有成本大幅降低、使用方便以及减少病人痛苦等特点。目前的主要应用领域是药物依从性，用来管理慢性疾病。

柔性传感器

柔性传感器主要基于柔性材料（Flex Materials）和柔性电路（Flex Circuits）技术制造的新型传感器，其最大的优点是很薄、柔软而富有弹性，适用于纤维载体，和人体皮肤接触很舒适，又不产生不适感，人体甚至感觉不到它的存在，结合生物相容性材料的传感器可直接植入人体进行监测相关数据，这种传感器对于医疗传感器技术来说是一个革命性的突破，它可以让未来的传感器和人体完美结合。

柔性传感器适用于可穿戴设备领域，以及部分植入式应用。目前主要需要解决的问题有稳定性、起皱现象、双折射现象以及功能等问题。

工作原理：一般的柔性传感器是一种模拟电阻，传感器是一种附着碳电阻元素的柔性基底，当传感器弯曲时电阻会发生变化，弯曲程度不同电阻变化程度不一样，从而引起整个电路输出的变化。还有一些柔性传感器利用光学、生物化学等原理引起电阻的变化来检测。

可植入传感器

可植入传感器（implantable sensor）或者嵌入式传感器（embedded sensors）是近几年出现的一种新型传感器，具有体积小、重量轻、具有生物相容性等特征，一般要求功率要特别小，能自己供电，同时利用无线技术传送信息。这种传感器是一种入侵式传感器，需要植入人体内部，所以一般利用了和人体相容的新材料技术、MEMS技术、以及柔性电路技术等等。

可植入传感器的核心价值在于在某些领域克服非植入式用户黏性较差的问题，减少用户佩戴使用的负担，无需养成佩戴使用习惯。目前可植入传感器主要应用领域包括大脑控制、心力衰竭监控、血糖监控等领域，未来将应用于癌症等领域。

可植入式传感器的技术难点在于如何解决人体排异性问题，以及数据安全收集和传送、供电等周边技术。

工作原理：一般的可植入式传感器都要求生物相容、自我供电以及无线传输，有些传感器应用一段时间后需要从人体取出，不过目前也出现了可在体内自然降解的传感器。传感器收集人体相关数据通过无线传输到智能手机或者其他终端，提供给患者或者医生。

就近几年来可穿戴设备领域，由于佩戴的负担，以及受制于佩戴方式而影响数据获取，一些产业人士转而寄希望于嵌入植入传感器技术的提升来改善这些弊端。