可穿戴設(shè)備已在市場(chǎng)上商業(yè)化，主要是實(shí)現(xiàn)心電圖和光電體積圖的測(cè)量，它們分別屬于電化學(xué)傳感器和光生物傳感器。除這兩種類(lèi)型之外，可穿戴設(shè)備中還有一種更有價(jià)值的類(lèi)型——生物傳感器。該生物傳感器通過(guò)無(wú)損檢測(cè)體液生化指標(biāo)來(lái)反映人體生理狀態(tài)。這種生物標(biāo)記物主要有汗液、淚液、唾液和間質(zhì)液，還有體內(nèi)代謝物、細(xì)菌、激素等。現(xiàn)在，可穿戴設(shè)備主要使用物理傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)用戶(hù)的動(dòng)作能力和諸如步數(shù)、熱能消耗和觸覺(jué)等生命特征。由于它的功能從追蹤身體活動(dòng)擴(kuò)展到關(guān)注醫(yī)療保健(如糖尿病管理或老年人遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等等)，因此可穿戴設(shè)備也需要?jiǎng)?chuàng)新。一個(gè)典型的生物傳感器包括兩個(gè)基本的功能單位：一個(gè)負(fù)責(zé)生物標(biāo)記(酶、抗體或DNA)選擇性識(shí)別的生物受體，以及一個(gè)負(fù)責(zé)將生物識(shí)別過(guò)程轉(zhuǎn)化成有用信號(hào)的物理或化學(xué)傳感器。近幾年來(lái)，隨著無(wú)創(chuàng)采樣和監(jiān)測(cè)技術(shù)的日趨成熟，用無(wú)創(chuàng)可穿戴生物傳感器代替常規(guī)血液檢測(cè)已越來(lái)越接近現(xiàn)實(shí)。該裝置具有使用方便，具有高可靠性，低成本，低損耗等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前可穿戴式生物傳感器主要分為三大類(lèi)：可穿戴式生物傳感器、可穿戴式生物傳感器和口腔生物傳感器。人體上的絕大多數(shù)可穿戴生物傳感器都由皮膚覆蓋，在各種可穿戴生物傳感器中，通過(guò)皮膚與人體接觸的可穿戴生物傳感器是最受關(guān)注的。穿著式生物傳感器可以從皮膚表面采集汗液或間質(zhì)液體，并能實(shí)時(shí)分析或連續(xù)監(jiān)測(cè)其中的生物標(biāo)記物。這種感應(yīng)器通常依賴(lài)生物受體，通過(guò)生物催化和離子識(shí)別標(biāo)記物，并通過(guò)不同的傳導(dǎo)方式如光學(xué)、電化學(xué)或機(jī)械來(lái)組合。電化學(xué)和色差是目前兩種主要的傳導(dǎo)方式。現(xiàn)在，可穿戴式生物傳感器已經(jīng)研發(fā)成功，常用的傳感器有電子皮膚、臨時(shí)印刷紋身、腕帶、貼片或直接嵌入紡織品等。這種一體化的方式保證了傳感器在身體運(yùn)動(dòng)時(shí)與皮膚緊密接觸，并能承受機(jī)械壓力?？纱┐魇缴锔袘?yīng)器淚液也是一種可以用來(lái)監(jiān)測(cè)人體生理狀況的生物液體。眼淚中的生物標(biāo)記分子直接從血液中擴(kuò)散出去，加上淚-血閉環(huán)，顯示出與血壓相關(guān)標(biāo)記物質(zhì)濃度。眼淚是眼睛防污機(jī)制的一部分，其組成不如血液復(fù)雜，因此淚液在無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)和診斷方面更具吸引力?？谡质缴锔袘?yīng)器中的許多生物標(biāo)記物，通過(guò)參與體內(nèi)的血液循環(huán)，以細(xì)胞運(yùn)輸或細(xì)胞間傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)入唾液中，使唾液能反映人體生理狀態(tài)，是一種理想的體液，可以代替血液進(jìn)行分析。另外，唾液中蛋白質(zhì)含量較高，適于檢測(cè)唾液中與疾病、壓力有關(guān)的生物標(biāo)志物，在生物醫(yī)學(xué)及健康監(jiān)測(cè)方面也有重要價(jià)值。當(dāng)前，可穿戴生物傳感器的技術(shù)和商業(yè)化進(jìn)程仍然面臨著挑戰(zhàn)，它仍然處在概念階段，離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，這類(lèi)設(shè)備在探測(cè)范圍、有效性、穩(wěn)定性、精確度、供電、通訊、安全和隱私等方面也面臨著諸多挑戰(zhàn)。一種更廣泛的生物標(biāo)記測(cè)量方法。
現(xiàn)在，大多數(shù)的可穿戴式生物傳感器只能檢測(cè)少量的生物標(biāo)記。將來(lái)，工業(yè)界應(yīng)該致力于采用新的生物傳感器形式和更好的非侵入式生物樣品采集方法來(lái)監(jiān)測(cè)更多的生物標(biāo)記物種。理解每種生物液體的組成，以及它們與某些疾病的關(guān)系，對(duì)于在醫(yī)療保健領(lǐng)域提高可穿戴技術(shù)的知名度，并擴(kuò)展這類(lèi)設(shè)備的臨床應(yīng)用，是非常重要的。無(wú)創(chuàng)液樣和同期標(biāo)記物的檢測(cè)濃度之間的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，是獲得樣品檢測(cè)合格的重要指標(biāo)。生物傳感器讀出的解釋?zhuān)绕涫窃谟信R床反應(yīng)或手術(shù)反應(yīng)的情況下，在現(xiàn)實(shí)世界中得到嚴(yán)格且可復(fù)制的解釋。將來(lái)，為了鑒別新的生物標(biāo)記，我們需要系統(tǒng)而深入地分析每種不同的有機(jī)體的組成。類(lèi)似地，除了已有的體液類(lèi)型外，還應(yīng)尋求其它新的體液類(lèi)型。這一更廣泛的生物標(biāo)記物的實(shí)時(shí)分析也將有益于生物醫(yī)學(xué)的其他領(lǐng)域，例如通過(guò)生物標(biāo)記物指導(dǎo)的新型實(shí)驗(yàn)療法的臨床發(fā)展。02精確度和穩(wěn)定性確?？纱┐魇缴飩鞲衅鳒?zhǔn)確可靠地響應(yīng)市場(chǎng)需求，提升市場(chǎng)接受度至關(guān)重要。表面污染效應(yīng)是影響可穿戴生物傳感器精度的主要因素，而表面污染效應(yīng)又是影響傳感器連續(xù)工作的主要因素。為了保證傳感器長(zhǎng)期穿戴的可靠性，有必要對(duì)傳感器表面進(jìn)行防污處理。以唾液為基礎(chǔ)的口腔生物傳感器將受到許多生物污染。所以，口腔生物傳感器需要特別重視表面防護(hù)涂層，應(yīng)謹(jǐn)慎選用傳感器涂層材料，以降低生物污染的影響和消除電活性干擾。此外，還可以在傳感器表面增加一種酶，以防止泄漏傳感器上的潛在毒性。不像傳統(tǒng)的基于實(shí)驗(yàn)室的生物傳感器，可穿戴生物傳感器可以影響生物傳感的穩(wěn)定性，而無(wú)需對(duì)環(huán)境進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的戶(hù)外活動(dòng)。為了保證佩帶過(guò)程中測(cè)量的準(zhǔn)確性，還必須注意周?chē)h(huán)境可能造成的污染、與陳舊體液的混合、相關(guān)傳感器的連續(xù)信號(hào)漂移等因素。在硬件、電源、通信等方面03系統(tǒng)的集成和硬件的研究對(duì)于這類(lèi)傳感器的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。必須根據(jù)具體的應(yīng)用需求，將硬件組件與生物傳感器平臺(tái)高度集成。帶有功能齊全的微處理器的印刷式無(wú)線(xiàn)電路板由于其靈活性強(qiáng)、成本效益高而得到廣泛應(yīng)用，這種電路板可以與電池集成。持續(xù)監(jiān)測(cè)期間，為了給穿著者或其他最終用戶(hù)提供有用和及時(shí)的信息，可穿戴設(shè)備的另一功能上的關(guān)鍵需求是保持低功耗。在能耗和數(shù)據(jù)速率之間，尤其是在需要高采樣頻率的情況下，這可能需要一種高效處理數(shù)據(jù)并保證數(shù)據(jù)安全的高效通信方式。在可穿戴式生物傳感器平臺(tái)上使用的最常用的電源是鋰離子電池或堿性電池。但是，它們的體積很大，可能導(dǎo)致毒性問(wèn)題，特別是基于鋰離子系統(tǒng)?，F(xiàn)在，電池已經(jīng)能夠使用彈性材料來(lái)提供更好的穿戴性能。由于復(fù)用多路感測(cè)平臺(tái)對(duì)供電要求的提高，所以可穿戴傳感器供電技術(shù)的發(fā)展成為一大熱點(diǎn)。這種需求可以通過(guò)電力和更多的節(jié)能設(shè)備的發(fā)展以及減少能源需求的適應(yīng)性算法得到補(bǔ)償。在商業(yè)市場(chǎng)上，可穿戴生物傳感器面臨著一些與其基本運(yùn)作功能相關(guān)的障礙。第一，可穿戴設(shè)備必須解決長(zhǎng)時(shí)間工作而又不受控制的穩(wěn)定性問(wèn)題，如生物污染、生物鑒定成分本身固有的不穩(wěn)定等。第二，設(shè)備必須能夠可靠運(yùn)行，而不需要頻繁的校準(zhǔn)。傳感器的研究與開(kāi)發(fā)必須保證較高的生物受體穩(wěn)定性，才能保證響應(yīng)的準(zhǔn)確、可靠。再次，必須有合適的流體取樣系統(tǒng)，例如微流控技術(shù)的應(yīng)用，才能有效地將生物液體傳送到傳感器上，以確?？蓮?fù)制、精確的信號(hào)，以及可以忽略的樣品污染。這一先進(jìn)的可穿戴流體系統(tǒng)還可以促進(jìn)多步生物親和測(cè)定，尤其是免疫檢測(cè)。對(duì)于長(zhǎng)期使用的可穿戴設(shè)備而言，再生免疫傳感器是另一項(xiàng)需要克服的挑戰(zhàn)。完整的可穿戴式生物傳感器平臺(tái)需要將具有電力供應(yīng)功能的無(wú)線(xiàn)電子裝置結(jié)合起來(lái)，以保證數(shù)據(jù)處理和信號(hào)的安全傳輸。另外，移動(dòng)終端和基于智能手機(jī)的顯微鏡的應(yīng)用等，都將推動(dòng)光學(xué)可穿戴生物傳感器的發(fā)展。鑒于上述挑戰(zhàn)的存在，我們才剛剛開(kāi)始了解可穿戴生物傳感器技術(shù)及其如何提高人類(lèi)健康水平。
今后可穿戴生物傳感器將有多種形式，從腕帶到紡織品或時(shí)尚配飾，并逐步融入佩戴者的日常生活?？紤]到競(jìng)爭(zhēng)激烈的生物傳感器研究和巨大的商業(yè)機(jī)會(huì)，我們有理由期待這個(gè)行業(yè)在不久的將來(lái)會(huì)有新的發(fā)展。佩戴式感應(yīng)器市場(chǎng)有望迅速增長(zhǎng)，而這類(lèi)裝置也將在未來(lái)改善人們的健康生活質(zhì)量。
力準(zhǔn)傳感器是高精度力傳感器、扭矩傳感器、稱(chēng)重傳感器的專(zhuān)業(yè)制造商，也是集生產(chǎn)、銷(xiāo)售、售后服務(wù)于一體的綜合技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)。
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