埃博拉，一小撮非洲國(guó)家的瘟疫，讓人聯(lián)想到全球的恐懼，并具有科學(xué)，政治，人道，甚至技術(shù)的影響。人們質(zhì)疑采取嚴(yán)厲措施，例如關(guān)閉我們的寄宿生并將許多人隔離檢疫，但如果感應(yīng)設(shè)備能夠在危機(jī)爆發(fā)之前快速檢測(cè)到疾病爆發(fā)，該怎么辦呢？傳感器技術(shù)的最新發(fā)展實(shí)際上讓我們比你想象的更接近現(xiàn)實(shí)。

愛(ài)爾蘭利默里克大學(xué)最近在Nature Materials Journal報(bào)道，他們正在努力解決使用傳感器的主要挑戰(zhàn)只測(cè)試一個(gè)分子進(jìn)行診斷。測(cè)試一種分子的好處包括低成本和在現(xiàn)場(chǎng)快速進(jìn)行此類(lèi)測(cè)試的能力。然而，到目前為止，當(dāng)測(cè)試中的單個(gè)分子被放置在電子傳感器中時(shí)，傳感器噪聲干擾了對(duì)分子性質(zhì)的純粹測(cè)試。

大學(xué)的研究人員利用距離概念取得了突破。它們能夠輕微地分離分子和傳感器，保持距離，確保準(zhǔn)確的分析，但充分處理噪音。通過(guò)向測(cè)試中的分子添加硅油并將混合物置于原子厚的烷烴層上，分子緩慢地在傳感器表面上移動(dòng)，并且烷烴保持必要的距離。雖然該領(lǐng)域尚未提供，但該技術(shù)有望用于檢測(cè)艾滋病，普通感冒等疾病，甚至可能甚至是埃博拉病毒。

目前，許多其他研究項(xiàng)目也在使用傳感器進(jìn)行醫(yī)療診斷。例如，Google X正在研究使用磁性納米粒子和可穿戴傳感器進(jìn)行疾病檢測(cè)。該概念涉及在血液中循環(huán)并將其自身附著于多種患病細(xì)胞的納米顆粒，以檢測(cè)癌癥，鈉水平，斑塊等。這些設(shè)備佩戴在身體上并檢測(cè)納米顆粒并向醫(yī)療保健專(zhuān)業(yè)人員報(bào)告結(jié)果。然而，該項(xiàng)目距離商業(yè)化還有大約五到七年的時(shí)間。谷歌甚至設(shè)計(jì)了隱形眼鏡，它有一個(gè)無(wú)線芯片和一個(gè)嵌入兩層軟性隱形眼鏡材料之間的微型葡萄糖傳感器，以幫助糖尿病患者試圖保持血液正在探索納米電子器件（例如，碳納米管，石墨烯等）用于液體和氣體材料的各種傳感應(yīng)用。

特別是，納米技術(shù)顯示出化學(xué)氣相傳感的前景;這里納米材料的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它們不受基于液體的檢測(cè)中通常使用的溶劑的干擾。正在開(kāi)發(fā)的用于納米電子傳感的最常見(jiàn)的傳感機(jī)制依賴于電荷的檢測(cè)。吸附材料和納米材料之間的電荷轉(zhuǎn)移改變了表面電荷密度，改變了傳感器的電導(dǎo)。不幸的是，直到最近，納米電子蒸汽傳感器的響應(yīng)時(shí)間對(duì)于許多實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)都太慢了。但是，這可能很快就會(huì)發(fā)生變化：密歇根大學(xué)正在開(kāi)發(fā)一種可穿戴式蒸汽傳感器，旨在克服這個(gè)限制。

研究人員的方法利用石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管（GrFET）作為高頻（大于100 kHz）混頻器，表面吸附分子作為振蕩門(mén)。由AC驅(qū)動(dòng)電壓激發(fā)的振蕩分子偶極子在石墨烯通道中引起電導(dǎo)調(diào)制;該電導(dǎo)與AC激勵(lì)頻率混合，產(chǎn)生外差混合電流。該系統(tǒng)在論文“用于快速和敏感蒸汽檢測(cè)的石墨烯納米電子外差傳感器”中有所描述，發(fā)表于Nature Communications.2。據(jù)稱(chēng)這種技術(shù)可以產(chǎn)生十分之一秒的極快響應(yīng)時(shí)間，而不是數(shù)十或者十分之一。現(xiàn)有技術(shù)中典型的數(shù)百秒。據(jù)說(shuō)該原型還具有高靈敏度（低至約1 ppb）密歇根大學(xué)開(kāi)發(fā)的納米技術(shù)傳感器將能夠探測(cè)通過(guò)皮膚呼出或釋放的空氣傳播化學(xué)物質(zhì)。

事實(shí)上，密歇根州科學(xué)家的目標(biāo)是創(chuàng)造出第一個(gè)可穿戴的化學(xué)物質(zhì)，而不是物理屬性。 U-M的研究人員正在與美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃合作，將該設(shè)備從實(shí)驗(yàn)室轉(zhuǎn)移到市場(chǎng)，以提供持續(xù)的疾病監(jiān)測(cè)?？纱┐鱾鞲衅饔型軌驒z測(cè)到大量化學(xué)物質(zhì)，包括一氧化氮和氧氣，其中異常水平存在于高血壓，貧血或肺病患者中。研究人員聲稱(chēng)，正在開(kāi)發(fā)的設(shè)備比現(xiàn)有技術(shù)更快，更小，更可靠，現(xiàn)有技術(shù)通常也太大而無(wú)法考慮可穿戴設(shè)備。

當(dāng)納米電子 - 石墨 - 蒸汽傳感器嵌入到現(xiàn)有技術(shù)中時(shí)，該技術(shù)可行。微氣相色譜系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)可以集成在單個(gè)芯片上，具有低功耗操作，并嵌入在可以佩戴在身體上的徽章大小的設(shè)備中。

用于診斷應(yīng)用的可用傳感器

創(chuàng)新包裝將是開(kāi)發(fā)可穿戴或一次性診斷傳感器的重要部分。例如，飛思卡爾半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)了一種低成本，高容量，微型壓力傳感器封裝 - 飛思卡爾的Chip Pak--非常適合作為子模塊組件或一次性裝置。飛思卡爾MPX2300DT1高容量壓力傳感器用于醫(yī)療患者監(jiān)測(cè)，包括壓力導(dǎo)管應(yīng)用和有創(chuàng)血壓監(jiān)測(cè)儀。這種新型芯片載體封裝采用飛思卡爾半導(dǎo)體獨(dú)特的傳感器芯片，具有壓阻技術(shù)和片上薄膜溫度補(bǔ)償和校準(zhǔn)功能。

有機(jī)硅介電凝膠覆蓋硅壓阻式傳感元件。該凝膠被認(rèn)為是一種無(wú)毒，無(wú)過(guò)敏性的彈性體系統(tǒng)，符合所有USP生物測(cè)試V級(jí)要求。凝膠的特性使其能夠?qū)毫鶆虻貍鬟f到隔膜表面，同時(shí)將內(nèi)部電連接與流體的腐蝕作用隔離，例如鹽水溶液。凝膠提供足以承受除顫測(cè)試的電隔離，如提出的血壓傳感器醫(yī)療器械促進(jìn)協(xié)會(huì)（AAMI）標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的。凝膠中生物醫(yī)學(xué)認(rèn)可的不透明填料可防止明亮的手術(shù)室燈影響傳感器的性能。

業(yè)界最新產(chǎn)品是Silicon Labs Biometric EXP評(píng)估板（圖2），這是一款用于EFM32 Starter的硬件插卡套件（STK）。 Biometric-EXP演示和評(píng)估公司的Si7013濕度和溫度傳感器以及Si1146接近/UV/環(huán)境光傳感器的生物識(shí)別應(yīng)用，能夠監(jiān)測(cè)脈搏率和氧飽和度（SpO2）。除了Silicon Labs傳感器，Biometric-EXP EVB還包含Silicon Labs的TS3310升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。

圖2：連接到Biometric-EXP（右）的EFM32 Wonder Gecko STK（左）。

該軟件可以顯示濕度，溫度，UV， Wonder Gecko STK顯示屏上的脈搏率和SpO2讀數(shù)。除了兩個(gè)傳感器外，還包括一個(gè)6針帶狀電纜連接器，用于連接基于腕部的心率監(jiān)測(cè)器EVB（單獨(dú)訂購(gòu)）和20針擴(kuò)展接頭以及低功耗電池供電，以延長(zhǎng)電池壽命。演示軟件源代碼也可用。 USB調(diào)試模式允許將HRM和SpO2樣本傳輸?shù)絇C和Windows GUI，以便可視化脈沖信號(hào)并從USB調(diào)試模式記錄樣本。

定制壓電薄膜傳感器，如1004308壓電薄膜設(shè)計(jì)套件（不再來(lái)自Measurement Specialties（圖3）的應(yīng)用可用于醫(yī)療診斷，監(jiān)測(cè)，脈沖計(jì)數(shù)，胎兒心臟監(jiān)測(cè)，呼吸暫停監(jiān)測(cè)，麻醉監(jiān)測(cè)，呼吸氣流，睡眠障礙和起搏器活動(dòng)測(cè)量。

圖3：測(cè)量專(zhuān)業(yè)壓電薄膜基本設(shè)計(jì)套件包括典型應(yīng)用，所有壓電產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表，技術(shù)手冊(cè)，接口電路以及薄膜，電纜，開(kāi)關(guān)，閃爍和加速度計(jì)的樣品。

專(zhuān)業(yè)醫(yī)療應(yīng)用，較厚的薄膜和高靈敏度的非標(biāo)準(zhǔn)形狀是必要的，這可以通過(guò)Measurement Specialties提供的各種薄膜實(shí)現(xiàn)。對(duì)于并行布線配置，可以定制額外的堆疊選項(xiàng)，其中薄膜元件被層壓和布線，以提供每單位表面積更高的電容。此選項(xiàng)也可用于創(chuàng)建屏蔽傳感器或加速消除設(shè)備。

更多生物傳感器應(yīng)用

如今，兒童的心臟病和肺炎檢測(cè)只是生物傳感器平臺(tái)中不斷增長(zhǎng)的應(yīng)用中的兩個(gè)。僅心臟病每年導(dǎo)致超過(guò)1750萬(wàn)人死亡。在這種情況下，生物傳感器被用作快速篩查工具，用于檢測(cè)早期疾病生物標(biāo)志物并對(duì)患者的病情進(jìn)行分類(lèi)。早期檢測(cè)的結(jié)果應(yīng)該對(duì)減少死亡人數(shù)產(chǎn)生重大影響，因?yàn)樵趯?dǎo)致致命事件之前通常不會(huì)發(fā)現(xiàn)心臟病。

傳感器目前正在通過(guò)將多種臨床檢測(cè)方法整合到單個(gè)便攜式設(shè)備中來(lái)縮短分析時(shí)間稱(chēng)為芯片實(shí)驗(yàn)室（LOC）的設(shè)備。例如，在科羅拉多州立大學(xué)電子與計(jì)算機(jī)工程系和化學(xué)與生物工程系合作的研究人員已開(kāi)發(fā)出一種多分析物（經(jīng)過(guò)分析的物質(zhì)）光電傳感芯片，該芯片具有集成的光電探測(cè)器陣列并利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造技術(shù)。波導(dǎo)，光源，光電探測(cè)器，結(jié)合區(qū)域和樣品遞送系統(tǒng)可以集成到單個(gè)硅CMOS微芯片上，使其成為微流體感測(cè)LOC。與利用熒光檢測(cè)結(jié)合事件的典型基因微陣列技術(shù)相比，該技術(shù)能夠直接以數(shù)字格式輸出數(shù)據(jù)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的IC元件可以合并到芯片中。

正如我們之前討論的那樣，診斷的未來(lái)在于基于先進(jìn)傳感器技術(shù)的可穿戴嵌入式電子設(shè)備。這些裝置可以采用健身追蹤器和手表的形式，能夠從我們身體排出的空氣中有機(jī)化合物中檢測(cè)出糖尿病和癌癥等疾病。結(jié)果將是醫(yī)學(xué)診斷和治療的革命。