作為數(shù)據(jù)采集的“前哨兵”—— 醫(yī)用傳感器大有可為

張依依

作為數(shù)據(jù)采集的“前哨兵”，醫(yī)用傳感器在多個領(lǐng)域都起到了十分關(guān)鍵的作用。在抗擊新冠肺炎疫情的過程中，醫(yī)用傳感器在病理檢測、人員生理參數(shù)監(jiān)測、生命維持系統(tǒng)以及環(huán)境控制等領(lǐng)域都扮演著極其重要的角色?，F(xiàn)階段，我國已有一些在醫(yī)療傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)突出的企業(yè)，但從長遠(yuǎn)來看，我國在醫(yī)用傳感器的研發(fā)上還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

醫(yī)療領(lǐng)域的“多面手”

傳感器是信息技術(shù)的核心元器件，也是數(shù)據(jù)采集的唯一功能器件，它采集的數(shù)據(jù)能夠保證整個感知、傳輸和處理信息系統(tǒng)的順利運行。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的迅速發(fā)展，傳感器的市場規(guī)模日益擴大。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國傳感器的市場規(guī)模在2019年已超2000億元，預(yù)計在2021年將達(dá)近3000億元。

作為數(shù)據(jù)采集的“前哨兵”，傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域也扮演著非常重要的角色。醫(yī)用傳感器集成了納米技術(shù)、生物技術(shù)、供電技術(shù)和新型通信技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)，具有高靈敏度、微型化、便捷、成本低和互聯(lián)性等明顯的優(yōu)勢。

醫(yī)用傳感器的種類繁多，不同種類的醫(yī)用傳感器可以在醫(yī)療領(lǐng)域起到不同的作用?？傮w來講，醫(yī)用傳感器具有檢測生物體信息、臨床監(jiān)護和控制人體的生理過程等多種用途。中國電子元件行業(yè)協(xié)會敏感元器件與傳感器分會秘書長郭猛在此前接受《中國電子報》記者采訪時表示，在抗擊新冠肺炎疫情的過程中，醫(yī)用傳感器在病理檢測、人員生理參數(shù)監(jiān)測、生命維持系統(tǒng)以及環(huán)境控制等領(lǐng)域都發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用。

按工作原理，醫(yī)用傳感器可分為化學(xué)傳感器、生物傳感器和物理傳感器。

化學(xué)傳感器是利用化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)效應(yīng)制成的傳感器。通過利用化學(xué)反應(yīng)原理，它可以把化學(xué)成分、濃度轉(zhuǎn)換成電信號?；瘜W(xué)傳感器一般是通過離子選擇性敏感膜將某些化學(xué)成分、含量、濃度等非電量轉(zhuǎn)換成與之有對應(yīng)關(guān)系的電學(xué)量，它的代表性產(chǎn)品有離子傳感器、氣體傳感器和濕度傳感器等。

生物傳感器是采用包含有生物活性物質(zhì)作為分子識別系統(tǒng)的傳感器。通過利用生物活性物質(zhì)，它可以選擇性地識別并測定生化物質(zhì)。具體來講，該傳感器可以利用酶來催化某種生化反應(yīng)，或者通過某種特異性的結(jié)合來檢測大分子有機物質(zhì)的種類及含量。酶傳感器，微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器和DNA傳感器等是它的典型產(chǎn)品。

物理傳感器是利用物理性質(zhì)和物理效應(yīng)制成的傳感器。該種傳感器的細(xì)分應(yīng)用最多，位移傳感器、速度傳感器、力傳感器、壓強傳感器、輻射傳感器和光學(xué)傳感器都屬于物理傳感器的范疇。

新型傳感器應(yīng)運而生

近期的新冠肺炎疫情表明，對有癥狀和無癥狀人群頻繁地實施高質(zhì)量檢測是應(yīng)對當(dāng)前疫情和未來危機的當(dāng)務(wù)之急。由于新冠肺炎疫情期間要求提供頻繁、低成本、快速且大批量的檢測，靈敏度高且速度快的新型傳感器應(yīng)運而生。

國內(nèi)外廠商在新型傳感器的研發(fā)上均取得了不同程度的進(jìn)展。比如，艾麥斯半導(dǎo)體基于光譜傳感器技術(shù)推出了一款光譜傳感器，能夠快速檢測新冠病毒。艾麥斯半導(dǎo)體全球先進(jìn)光學(xué)傳感器部門執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理詹妮弗·趙（Jennifer?Zhao）告訴記者，該款傳感器的靈敏度是人眼的10倍。它的靈敏度還高于裸眼讀出器，可以以手持式或一次性設(shè)備的尺寸和成本實現(xiàn)臺式實驗室級別的準(zhǔn)確度。

此外，“連接性”也是它的一大特點。詹妮弗.趙介紹，數(shù)字的輸出支持與移動設(shè)備和獲得批準(zhǔn)的云服務(wù)進(jìn)行藍(lán)牙連接后，可對全球定量數(shù)據(jù)進(jìn)行“云”采集，獲得的數(shù)據(jù)可用于全球大流行疫情的監(jiān)控系統(tǒng)?；诖?，賽迪顧問物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究中心分析師趙振越認(rèn)為，這種芯片級光譜傳感技術(shù)也為移動設(shè)備注入了新的價值。

瑞土聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)實驗室、蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)、蘇黎世大學(xué)醫(yī)院等合作研發(fā)的一款新型生物傳感器則可以做到準(zhǔn)確識別新冠病毒，并在幾分鐘內(nèi)獲取對病毒的檢測結(jié)果。據(jù)了解，這種新型的生物傳感器在檢測病毒的過程中利用了“局域表面等離子體共振（LSPR）”和“等離子體光熱（PPT）”這兩種不同的效應(yīng)，以此增加檢測的可靠性。

由云南大學(xué)化工學(xué)院教授、相關(guān)實驗室的研究員們共同組建的跨學(xué)科攻關(guān)研究團隊也研發(fā)出了能夠檢測coVID-19病毒的電化學(xué)傳感器。由于電化學(xué)傳感器操作簡便、檢測成本低廉，且靈敏度和準(zhǔn)確性也更高，該傳感器有望在未來為新冠肺炎疫情的防控和診斷提供新的檢測方法。

新型醫(yī)用傳感器的出現(xiàn)意味著傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用日益豐富。趙振越告訴記者，未來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可能會成為醫(yī)用傳感器的發(fā)展趨勢之一。它可以對傳統(tǒng)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并實時監(jiān)控患者的狀態(tài)。醫(yī)用可穿戴設(shè)備中的無線傳感器則可以收集人體血壓、體溫、心率等體征信息，把每日測得的數(shù)據(jù)錄人患者的生理參數(shù)數(shù)據(jù)庫之中，通過遠(yuǎn)程醫(yī)療的形式來降低醫(yī)護人員的用工壓力和感染風(fēng)險。

在研發(fā)上面臨諸多挑戰(zhàn)

突如其來的新冠肺炎疫情讓公眾意識到了先進(jìn)醫(yī)用傳感器的重要性。雖然目前我國已有一些在醫(yī)療傳感器領(lǐng)域表現(xiàn)突出的企業(yè)，但是從長遠(yuǎn)來看，我國在醫(yī)用傳感器的研發(fā)上還面臨著諸多挑戰(zhàn)。

國內(nèi)醫(yī)用傳感器廠商在核心技術(shù)方面還存在缺失，核心技術(shù)的創(chuàng)新能力仍有待提高。相關(guān)資料表明，我國中高端醫(yī)用傳感器的產(chǎn)品大多從國外進(jìn)口，其中90%的芯片還依賴國外廠商的生產(chǎn)與制造。郭猛曾表示，目前我國生物傳感器技術(shù)的成熟度還比較低。在其他傳感器領(lǐng)域，國內(nèi)廠商雖然已經(jīng)具備了開發(fā)能力，但由于大部分廠商是集成商，因此不具備核心器件研發(fā)能力。對此，趙振越認(rèn)為，國內(nèi)醫(yī)用傳感器廠商應(yīng)該整合內(nèi)外部資源，產(chǎn)業(yè)鏈上、下游企業(yè)應(yīng)該密切配合，以此提升企業(yè)的核心競爭力，并實現(xiàn)醫(yī)用傳感器相關(guān)技術(shù)的更新迭代。

國內(nèi)醫(yī)用傳感器企業(yè)的市場競爭力弱。有關(guān)信息顯示，我國傳感器企業(yè)多屬小型企業(yè)，較小的企業(yè)規(guī)模使得企業(yè)的規(guī)模收益也較差，因此極度缺乏研發(fā)核心技術(shù)的資金。這導(dǎo)致了企業(yè)的研發(fā)能力弱，且缺乏市場的核心競爭力。

國內(nèi)醫(yī)用傳感器的相關(guān)政策還有待完善。目前，我國對醫(yī)用傳感器廠商的財稅政策傾斜力度尚不夠大。此前，郭猛表示，國家應(yīng)對研發(fā)傳感器等電子元器件的企業(yè)給予相應(yīng)的稅收優(yōu)惠。比如，政府可以對研發(fā)醫(yī)用傳感器基礎(chǔ)器件的企業(yè)實施免稅政策，鼓勵相關(guān)企業(yè)進(jìn)行核心技術(shù)的研發(fā)，以此避免企業(yè)家的短視行為。

此外，醫(yī)用傳感器還應(yīng)該拓展更多應(yīng)用場景?，F(xiàn)階段，病理監(jiān)測、紅外測溫、人員生理參數(shù)檢測，以及生命維持系統(tǒng)領(lǐng)域已經(jīng)有了醫(yī)用傳感器的身影。隨著人們生活水平的日益提高，人們對自身的健康問題會越來越重視。目前，越來越多的智能電子設(shè)備都與健康檢測掛鉤，而實現(xiàn)健康監(jiān)測或者其他功能都離不開傳感器的配合。換句話說，醫(yī)用傳感器并不局限于抗擊新冠肺炎疫情或者醫(yī)療疾病的診斷、治療，它可以實現(xiàn)日常健康狀態(tài)的檢測，為人們的生命健康保駕護航。