傳感器的跨界應用，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，指尖置有一臺脈搏血氧儀，房間中架設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的典型案例——科學家利用高動態(tài)范圍技術記錄下人類觀看電視節(jié)目時的身體反應。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

人工智能2.0時代來臨之際，越來越多的學者開始重新思考技術與人的關系。技術意味著人類對自己的超越，然而，在技術更加自主、更加精準地服務于人之前，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？

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信息，監(jiān)測身體在運動過后的反應。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，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)明應用階段，生物傳感器的功能應用已拓展到活體測定、多指標測定、聯(lián)機在線測定等領域，并在臨床、發(fā)酵、食品、化工和環(huán)保等領域顯示出極具潛力的應用前景。

近20年來，生物親和傳感器的技術取得突破，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)律的信息轉換為人們可以理解的信息。

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

作為一個典型跨學科的交叉產(chǎn)物，生物傳感融合了生命科學、分析化學、物理學和信息科學及相關技術，能夠對所需探測的物質進行快速分析與追蹤。從它身上，人類獲得了極度的關注、了解與忠誠。

有了追蹤式的“無縫”了解，技術才能捕捉人類需求，以便做出合理、有效的決策。如室內(nèi)溫度的調節(jié)，機器、設備、家具、交通工具的實時控制，收發(fā)郵件等工作事務的處理，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，在美國化學協(xié)會召開的一個會議上，曾有科學家展示過DNA傳感器的應用場景。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)學檢測，包括傳染性疾病、遺傳學疾病以及惡性腫瘤等疾病的檢測。在納米膜技術發(fā)展推動下，DNA傳感器在“即時檢測”上的應用會越來越廣。

傳感器的跨界應用，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測序的應用基礎。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)測器和智能設備數(shù)量的快速增加，通過這些設備來監(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)設備接入互聯(lián)網(wǎng)，這意味著將有海量設備需要感知數(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域的研發(fā)布局，引起業(yè)內(nèi)矚目。應市場對可穿戴設備的熱切需求，二者分別推出了納米級微細制程應用處理器（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，可穿戴設備、智能感知廣闊的應用前景將“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構性不均衡的表現(xiàn)。

置有各類生物傳感器的可穿戴設備將不僅監(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)療健康領域的應用覆蓋中醫(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用。

多功能、多傳感器及多標準可穿戴設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積累，并走向工業(yè)、醫(yī)學、生活等領域。屆時，生物傳感器將搭建起大數(shù)據(jù)，讓一切與人有關的決策更加高效、更加科學。

未來，也許一只鞋都會比人更“機靈”。它可以自動調節(jié)大小、形狀、溫度、質地和顏色，還會在你需要時，自己滑動到你的雙腳跟前。這不只是幻想。生物傳感在不同領域的應用進步，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？