傳感器的跨界應(yīng)用，對(duì)生物傳感器的需求能做到無(wú)縫切入，將是未來(lái)的趨勢(shì)。未來(lái)10年內(nèi)“即時(shí)檢測(cè)”的潮流會(huì)到來(lái)。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實(shí)現(xiàn)個(gè)性化。

在一個(gè)置有三臺(tái)屏幕、十幾個(gè)揚(yáng)聲器的房間里，一名美國(guó)舊金山女性頭戴64通道EEG帽（用來(lái)測(cè)量大腦神經(jīng)元產(chǎn)生電活動(dòng)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(cè)量心率及皮膚電反應(yīng)，指尖置有一臺(tái)脈搏血氧儀，房間中架設(shè)的熱成像相機(jī)實(shí)時(shí)觀察她皮膚的溫度變化。

這是發(fā)生在美國(guó)杜比實(shí)驗(yàn)室的一幕，是該實(shí)驗(yàn)室致力于用先進(jìn)的生物傳感器來(lái)研究人機(jī)互動(dòng)技術(shù)的典型案例——科學(xué)家利用高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)記錄下人類觀看電視節(jié)目時(shí)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(jī)器明了，她本人卻未必明了。

根據(jù)2017年4月全球知名市場(chǎng)調(diào)研公司PMR發(fā)布的一份最新報(bào)告，未來(lái)6年，全球生物傳感器市場(chǎng)將經(jīng)歷快速增長(zhǎng)，該市場(chǎng)2014年市值為129億美元，到2020年將達(dá)到225億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)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(chǎng)，而由于醫(yī)療保險(xiǎn)普及率的不斷擴(kuò)大、人口基數(shù)大以及衛(wèi)生保健系統(tǒng)的不斷升級(jí)，亞太地區(qū)將成為增長(zhǎng)最快的地區(qū)。

一項(xiàng)更懂你的技術(shù)

人工智能2.0時(shí)代來(lái)臨之際，越來(lái)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(duì)自己的超越，然而，在技術(shù)更加自主、更加精準(zhǔn)地服務(wù)于人之前，是否對(duì)用戶屬性有了精準(zhǔn)的錨定與了解？究竟有沒(méi)有對(duì)人類極度了解與忠誠(chéng)的技術(shù)？

不到咳嗽發(fā)燒感覺(jué)不妙、心悸心慌被推進(jìn)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(duì)正在被多大強(qiáng)度的紫外線所照射、攝入的卡路里是否超標(biāo)、睡眠是否充足、是否過(guò)于疲勞等信息也不得而知。

有效的判斷、決策和行動(dòng)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(lái)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(shí)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(gè)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(lè)，與人進(jìn)行深度的交流和溝通，并豐富自己的意識(shí)和情感。在這個(gè)虛擬世界里，你可以與它分享細(xì)膩的情緒感受，它也能理解、認(rèn)同并服務(wù)你的需求，幫你梳理知識(shí)、處理郵件，和你談情，甚至與你發(fā)生一場(chǎng)柏拉圖式的性愛(ài)。

在紅極一時(shí)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(dāng)提供電能的設(shè)備，以觸摸實(shí)現(xiàn)控制。

科幻電影《少數(shù)派報(bào)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(guò)佩戴手套實(shí)現(xiàn)細(xì)微的手勢(shì)控制，包括重疊窗口、下拉菜單等，以此控制用戶界面，實(shí)現(xiàn)多種操作。

科幻電影《華氏451》中，主角的妻子Mildred長(zhǎng)達(dá)10年之久掛著一副智能耳機(jī)，通過(guò)讀唇與丈夫交流的場(chǎng)景也讓人大開眼界。根據(jù)設(shè)計(jì)，耳機(jī)用以收集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行心率檢測(cè)和無(wú)線藍(lán)牙傳輸，并通過(guò)內(nèi)置高精度運(yùn)動(dòng)傳感器，準(zhǔn)確記錄并分析使用者的運(yùn)動(dòng)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(shí)感受，增進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(cè)身體在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(guò)靜脈監(jiān)測(cè)血液中熱能的流動(dòng)情況，以此觀察血管對(duì)溫度變化的反應(yīng)，從而監(jiān)測(cè)心血管健康。

生物傳感的前世今生

前沿、未來(lái)感已成了生物傳感器的標(biāo)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(jì)。

英國(guó)煤礦工人率先發(fā)現(xiàn)了一個(gè)秘密：金絲雀對(duì)于瓦斯?jié)舛鹊拿舾行赃h(yuǎn)遠(yuǎn)高于人類。于是當(dāng)煤礦工人下井時(shí)，便常常隨手?jǐn)y帶一個(gè)裝有活體金絲雀的鳥籠，以探測(cè)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(gè)氣體傳感器。

而現(xiàn)代生物傳感器概念的提出，還只是半個(gè)多世紀(jì)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(wàn)的糖尿病患者。

經(jīng)過(guò)上世紀(jì)60年代興起的專一性強(qiáng)且靈敏度高的酶法分析、基于離子選擇性電極的無(wú)試劑分析、酶電極、微生物電極、測(cè)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?jìng)鞲衅鞯劝l(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(cè)定、多指標(biāo)測(cè)定、聯(lián)機(jī)在線測(cè)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(lái)，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(biāo)志的生物傳感器掀起第二場(chǎng)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(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，關(guān)于生物傳感器的定義基本形成，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，生物傳感器充當(dāng)著一個(gè)接收器和轉(zhuǎn)換器的角色。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

首先，感受。提取出動(dòng)植物發(fā)揮感知作用的生物材料，包括：生物組織、微生物、細(xì)胞器、酶、抗體、抗原、核酸、DNA等。實(shí)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(cè)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(guò)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(gè)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(cè)的物質(zhì)進(jìn)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(chéng)。

有了追蹤式的“無(wú)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(jī)器、設(shè)備、家具、交通工具的實(shí)時(shí)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(shuō)，生物傳感是實(shí)現(xiàn)智能化的第一步。

生物傳感的未來(lái)尺度

多年前，在美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)召開的一個(gè)會(huì)議上，曾有科學(xué)家展示過(guò)DNA傳感器的應(yīng)用場(chǎng)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(biāo)DNA的存在轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測(cè)的電信號(hào)的一種傳感裝置。這種靈敏快速準(zhǔn)確的傳感器非常適合醫(yī)學(xué)檢測(cè)，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(cè)。在納米膜技術(shù)發(fā)展推動(dòng)下，DNA傳感器在“即時(shí)檢測(cè)”上的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣。

傳感器的跨界應(yīng)用，對(duì)生物傳感器的需求能做到無(wú)縫切入，將是未來(lái)的趨勢(shì)。未來(lái)10年內(nèi)“即時(shí)檢測(cè)”的潮流會(huì)到來(lái)。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實(shí)現(xiàn)個(gè)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(guò)3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的需求。近日，美國(guó)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(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家創(chuàng)造了一個(gè)納米級(jí)別的“模孔蛋白”，這種碳納米管能在體內(nèi)用于運(yùn)輸藥物，作為新型的生物傳感器和DNA測(cè)序的應(yīng)用基礎(chǔ)。梅奧診所和無(wú)線傳感器公司Gentag日前也宣布，雙方計(jì)劃開發(fā)一次性的無(wú)線可穿戴貼片傳感器，面積只有藥膏般大小，能和智能手機(jī)整合進(jìn)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(cè)器和智能設(shè)備數(shù)量的快速增加，通過(guò)這些設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)我們的活動(dòng)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(cè)，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(tái)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(guó)市場(chǎng)分析公司CCS洞察公司（CCS Insight）的研究報(bào)告，可穿戴設(shè)備的銷量將在2018年達(dá)到并超過(guò)1.7億臺(tái)。

連日來(lái)，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(chǎng)對(duì)可穿戴設(shè)備的熱切需求，二者分別推出了納米級(jí)微細(xì)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(zhēng)相搶占穿戴用移動(dòng)AP市場(chǎng)。

在人工智能高強(qiáng)度、高密度融入我們世界的同時(shí)，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(tái)。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(lái)，令人類對(duì)“成為超物種”這一幻想再添憧憬。

然而從細(xì)分市場(chǎng)來(lái)看，以生物識(shí)別傳感器市場(chǎng)為例，在產(chǎn)值接近45億美元的全球生物識(shí)別硬件市場(chǎng)中，傳統(tǒng)的指紋識(shí)別傳感器仍然壟斷了95%的市場(chǎng)，而人臉識(shí)別/虹膜/眼球/眼紋識(shí)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(chǎng)的一個(gè)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(cè)人類的身體健康，還將無(wú)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(cè)、檢測(cè)DNA突變、疾病診斷、病毒檢測(cè)、藥物劑量、腦損傷檢測(cè)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(shí)現(xiàn)了用意念來(lái)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(biāo)準(zhǔn)可穿戴設(shè)備在人類日常生活中發(fā)揮的作用會(huì)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(shí)，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(lái)，也許一只鞋都會(huì)比人更“機(jī)靈”。它可以自動(dòng)調(diào)節(jié)大小、形狀、溫度、質(zhì)地和顏色，還會(huì)在你需要時(shí)，自己滑動(dòng)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(jìn)步，不禁讓人好奇，再過(guò)十年，我們的生活會(huì)發(fā)生怎樣的變化呢？