傳感器的跨界應(yīng)用，對生物傳感器的需求能做到無縫切入，將是未來的趨勢。未來10年內(nèi)“即時檢測”的潮流會到來。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實現(xiàn)個性化。

在一個置有三臺屏幕、十幾個揚聲器的房間里，一名美國舊金山女性頭戴64通道EEG帽（用來測量大腦神經(jīng)元產(chǎn)生電活動的生物醫(yī)療帽）坐在黑色皮革沙發(fā)上。她手腕上佩戴有一部跟蹤儀，以測量心率及皮膚電反應(yīng)，指尖置有一臺脈搏血氧儀，房間中架設(shè)的熱成像相機實時觀察她皮膚的溫度變化。

這是發(fā)生在美國杜比實驗室的一幕，是該實驗室致力于用先進的生物傳感器來研究人機互動技術(shù)的典型案例——科學(xué)家利用高動態(tài)范圍技術(shù)記錄下人類觀看電視節(jié)目時的身體反應(yīng)。至于跳躍的屏顯數(shù)字表征出的人體信息，機器明了，她本人卻未必明了。

根據(jù)2017年4月全球知名市場調(diào)研公司PMR發(fā)布的一份最新報告，未來6年，全球生物傳感器市場將經(jīng)歷快速增長，該市場2014年市值為129億美元，到2020年將達到225億美元，年復(fù)合增長率為9.7%。按地理劃分，目前北美是全球生物傳感器的最大市場，而由于醫(yī)療保險普及率的不斷擴大、人口基數(shù)大以及衛(wèi)生保健系統(tǒng)的不斷升級，亞太地區(qū)將成為增長最快的地區(qū)。

一項更懂你的技術(shù)

人工智能2.0時代來臨之際，越來越多的學(xué)者開始重新思考技術(shù)與人的關(guān)系。技術(shù)意味著人類對自己的超越，然而，在技術(shù)更加自主、更加精準地服務(wù)于人之前，是否對用戶屬性有了精準的錨定與了解？究竟有沒有對人類極度了解與忠誠的技術(shù)？

不到咳嗽發(fā)燒感覺不妙、心悸心慌被推進醫(yī)院，我們往往并不知道身體出了什么狀況。同樣地，我們對正在被多大強度的紫外線所照射、攝入的卡路里是否超標、睡眠是否充足、是否過于疲勞等信息也不得而知。

有效的判斷、決策和行動總是建立在充分了解的基礎(chǔ)之上。在第四次工業(yè)革命以前，最了解人類的也許是人類自己。然而一切因技術(shù)的更迭而發(fā)生改變，生物傳感器將在未來成為解碼人類的重要幫手。

也許現(xiàn)在大部分人并不知道生物傳感器為何物，但事實上，它已在炫酷的科幻電影里高頻亮相。

還記得電影《Her》中那個貼心的人工智能系統(tǒng)嗎？它能感知人類的物質(zhì)世界與心靈世界，了解使用者的喜怒哀樂，與人進行深度的交流和溝通，并豐富自己的意識和情感。在這個虛擬世界里，你可以與它分享細膩的情緒感受，它也能理解、認同并服務(wù)你的需求，幫你梳理知識、處理郵件，和你談情，甚至與你發(fā)生一場柏拉圖式的性愛。

在紅極一時的科幻電影《全面回憶》中，科學(xué)家在玻璃與人之間建立視頻通話聯(lián)系，讓人體皮膚成為顯示屏，并讓血液充當提供電能的設(shè)備，以觸摸實現(xiàn)控制。

科幻電影《少數(shù)派報告》中，阿湯哥佩戴的體感手套操作電腦的鏡頭令人向往不已。通過佩戴手套實現(xiàn)細微的手勢控制，包括重疊窗口、下拉菜單等，以此控制用戶界面，實現(xiàn)多種操作。

科幻電影《華氏451》中，主角的妻子Mildred長達10年之久掛著一副智能耳機，通過讀唇與丈夫交流的場景也讓人大開眼界。根據(jù)設(shè)計，耳機用以收集運動數(shù)據(jù)，進行心率檢測和無線藍牙傳輸，并通過內(nèi)置高精度運動傳感器，準確記錄并分析使用者的運動及行為狀態(tài)。

生物傳感器像理智的研究者一樣敏銳地體察并反饋人類的方方面面。利用信息獲得真實感受，增進理性，延伸人類存在的維度。

在尚未投入大規(guī)模使用以前，生物傳感器已浩浩蕩蕩闖入了科學(xué)家的實驗室。比如，有些生物傳感器能從你的汗水中讀取化學(xué)信息，監(jiān)測身體在運動過后的反應(yīng)。再比如，有著“鍍金條形碼”模樣的電子紋身可以通過靜脈監(jiān)測血液中熱能的流動情況，以此觀察血管對溫度變化的反應(yīng)，從而監(jiān)測心血管健康。

生物傳感的前世今生

前沿、未來感已成了生物傳感器的標簽，然而它首次出現(xiàn)在我們生活的世界竟然可以追溯到17世紀。

英國煤礦工人率先發(fā)現(xiàn)了一個秘密：金絲雀對于瓦斯?jié)舛鹊拿舾行赃h遠高于人類。于是當煤礦工人下井時，便常常隨手攜帶一個裝有活體金絲雀的鳥籠，以探測礦井中的氧氣濃度是否充足，確保生命安全。這是人類歷史上第一個氣體傳感器。

而現(xiàn)代生物傳感器概念的提出，還只是半個多世紀以前的事。生物傳感器之父Leland C.Clark于1956年最早提出了氧電極生物傳感器，基于其研究的葡萄糖傳感器造福了數(shù)百萬的糖尿病患者。

經(jīng)過上世紀60年代興起的專一性強且靈敏度高的酶法分析、基于離子選擇性電極的無試劑分析、酶電極、微生物電極、測抗原的免疫傳感器、熱生物傳感器、酶光纖傳感器、壓電晶體酶傳感器等發(fā)明應(yīng)用階段，生物傳感器的功能應(yīng)用已拓展到活體測定、多指標測定、聯(lián)機在線測定等領(lǐng)域，并在臨床、發(fā)酵、食品、化工和環(huán)保等領(lǐng)域顯示出極具潛力的應(yīng)用前景。

近20年來，生物親和傳感器的技術(shù)取得突破，以表面等離子體和生物芯片為標志的生物傳感器掀起第二場高潮。緊接著，微型生物傳感器、納米生物傳感器、親和生物傳感器、雜合生物傳感器以及生物芯片接踵而至。

經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，關(guān)于生物傳感器的定義基本形成，簡單來說，生物傳感器充當著一個接收器和轉(zhuǎn)換器的角色。主要體現(xiàn)在以下三個方面：

首先，感受。提取出動植物發(fā)揮感知作用的生物材料，包括：生物組織、微生物、細胞器、酶、抗體、抗原、核酸、DNA等。實現(xiàn)生物材料或類生物材料的批量生產(chǎn)，反復(fù)利用，降低檢測的難度和成本。

其次，觀察。將生物材料感受到的持續(xù)、有規(guī)律的信息轉(zhuǎn)換為人們可以理解的信息。

再次，反應(yīng)。將信息通過光學(xué)、壓電、電化學(xué)、溫度、電磁等方式展示給人們，為人們的決策提供依據(jù)。

作為一個典型跨學(xué)科的交叉產(chǎn)物，生物傳感融合了生命科學(xué)、分析化學(xué)、物理學(xué)和信息科學(xué)及相關(guān)技術(shù)，能夠?qū)λ杼綔y的物質(zhì)進行快速分析與追蹤。從它身上，人類獲得了極度的關(guān)注、了解與忠誠。

有了追蹤式的“無縫”了解，技術(shù)才能捕捉人類需求，以便做出合理、有效的決策。如室內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)，機器、設(shè)備、家具、交通工具的實時控制，收發(fā)郵件等工作事務(wù)的處理，還有買賣股票等行為?？梢哉f，生物傳感是實現(xiàn)智能化的第一步。

生物傳感的未來尺度

多年前，在美國化學(xué)協(xié)會召開的一個會議上，曾有科學(xué)家展示過DNA傳感器的應(yīng)用場景。這種DNA傳感器也稱為基因傳感器，是生物傳感器的一種，能將目標DNA的存在轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測的電信號的一種傳感裝置。這種靈敏快速準確的傳感器非常適合醫(yī)學(xué)檢測，包括傳染性疾病、遺傳學(xué)疾病以及惡性腫瘤等疾病的檢測。在納米膜技術(shù)發(fā)展推動下，DNA傳感器在“即時檢測”上的應(yīng)用會越來越廣。

傳感器的跨界應(yīng)用，對生物傳感器的需求能做到無縫切入，將是未來的趨勢。未來10年內(nèi)“即時檢測”的潮流會到來。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實現(xiàn)個性化。

生物傳感器的發(fā)展，不再是像智能手表或者健身手環(huán)那樣，而是通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)個性化的需求。近日，美國研究人員宣布開發(fā)出一種3D打印的可植入血壓傳感器裝置。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了一個納米級別的“?？椎鞍住?，這種碳納米管能在體內(nèi)用于運輸藥物，作為新型的生物傳感器和DNA測序的應(yīng)用基礎(chǔ)。梅奧診所和無線傳感器公司Gentag日前也宣布，雙方計劃開發(fā)一次性的無線可穿戴貼片傳感器，面積只有藥膏般大小，能和智能手機整合進行糖尿病、肥胖癥和相關(guān)疾病的監(jiān)控。

隨著人們使用可穿戴健康監(jiān)測器和智能設(shè)備數(shù)量的快速增加，通過這些設(shè)備來監(jiān)測我們的活動與健康的想法已深入人心。據(jù)福里斯特研究公司（Forrester Research）的預(yù)測，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的規(guī)模要比信息互聯(lián)網(wǎng)大30倍，將有250億臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng)，這意味著將有海量設(shè)備需要感知數(shù)據(jù)。據(jù)英國市場分析公司CCS洞察公司（CCS Insight）的研究報告，可穿戴設(shè)備的銷量將在2018年達到并超過1.7億臺。

連日來，英特爾、三星不約而同加速生物傳感器領(lǐng)域的研發(fā)布局，引起業(yè)內(nèi)矚目。應(yīng)市場對可穿戴設(shè)備的熱切需求，二者分別推出了納米級微細制程應(yīng)用處理器（AP），并研發(fā)整合多種傳感器的傳感器中樞，爭相搶占穿戴用移動AP市場。

在人工智能高強度、高密度融入我們世界的同時，可穿戴設(shè)備、智能感知廣闊的應(yīng)用前景將“生物傳感器”這一概念推至前臺。不僅如此，更加前沿高端的黑科技“傳感器植入套件”紛至沓來，令人類對“成為超物種”這一幻想再添憧憬。

然而從細分市場來看，以生物識別傳感器市場為例，在產(chǎn)值接近45億美元的全球生物識別硬件市場中，傳統(tǒng)的指紋識別傳感器仍然壟斷了95%的市場，而人臉識別/虹膜/眼球/眼紋識別傳感器還處于等待“騰飛”的狀態(tài)。這不失為生物傳感器市場的一個結(jié)構(gòu)性不均衡的表現(xiàn)。

置有各類生物傳感器的可穿戴設(shè)備將不僅監(jiān)測人類的身體健康，還將無縫地融入生活，提供與物聯(lián)網(wǎng)及更廣泛世界的聯(lián)系。

目前，醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用覆蓋中醫(yī)針灸傳感針、生物芯片、葡萄糖監(jiān)測、檢測DNA突變、疾病診斷、病毒檢測、藥物劑量、腦損傷檢測等方面。

除此之外，生物傳感器還大大改變了用戶操作游戲的方式。如Neuro Sky神念科技的腦電傳感器可以解放人的雙手，實現(xiàn)了用意念來玩游戲。Throw Trucks With Your Mind等都是類似的游戲應(yīng)用。

多功能、多傳感器及多標準可穿戴設(shè)備在人類日常生活中發(fā)揮的作用會日益顯著。連接人與人、物與物、人與物的各類傳感器將逐步完成技術(shù)積累，并走向工業(yè)、醫(yī)學(xué)、生活等領(lǐng)域。屆時，生物傳感器將搭建起大數(shù)據(jù)，讓一切與人有關(guān)的決策更加高效、更加科學(xué)。

未來，也許一只鞋都會比人更“機靈”。它可以自動調(diào)節(jié)大小、形狀、溫度、質(zhì)地和顏色，還會在你需要時，自己滑動到你的雙腳跟前。這不只是幻想。生物傳感在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進步，不禁讓人好奇，再過十年，我們的生活會發(fā)生怎樣的變化呢？