作為數據采集的“前哨兵”—— 醫用傳感器大有可為

張依依

作為數據采集的“前哨兵”，醫用傳感器在多個領域都起到了十分關鍵的作用。在抗擊新冠肺炎疫情的過程中，醫用傳感器在病理檢測、人員生理參數監測、生命維持系統以及環境控制等領域都扮演著極其重要的角色。現階段，我國已有一些在醫療傳感器領域表現突出的企業，但從長遠來看，我國在醫用傳感器的研發上還面臨著諸多挑戰。

醫療領域的“多面手”

傳感器是信息技術的核心元器件，也是數據采集的唯一功能器件，它采集的數據能夠保證整個感知、傳輸和處理信息系統的順利運行。隨著人工智能、物聯網等新興技術的迅速發展，傳感器的市場規模日益擴大。有關數據顯示，我國傳感器的市場規模在2019年已超2000億元，預計在2021年將達近3000億元。

作為數據采集的“前哨兵”，傳感器在醫療領域也扮演著非常重要的角色。醫用傳感器集成了納米技術、生物技術、供電技術和新型通信技術等多種先進技術，具有高靈敏度、微型化、便捷、成本低和互聯性等明顯的優勢。

醫用傳感器的種類繁多，不同種類的醫用傳感器可以在醫療領域起到不同的作用。總體來講，醫用傳感器具有檢測生物體信息、臨床監護和控制人體的生理過程等多種用途。中國電子元件行業協會敏感元器件與傳感器分會秘書長郭猛在此前接受《中國電子報》記者采訪時表示，在抗擊新冠肺炎疫情的過程中，醫用傳感器在病理檢測、人員生理參數監測、生命維持系統以及環境控制等領域都發揮了極其關鍵的作用。

按工作原理，醫用傳感器可分為化學傳感器、生物傳感器和物理傳感器。

化學傳感器是利用化學性質和化學效應制成的傳感器。通過利用化學反應原理，它可以把化學成分、濃度轉換成電信號。化學傳感器一般是通過離子選擇性敏感膜將某些化學成分、含量、濃度等非電量轉換成與之有對應關系的電學量，它的代表性產品有離子傳感器、氣體傳感器和濕度傳感器等。

生物傳感器是采用包含有生物活性物質作為分子識別系統的傳感器。通過利用生物活性物質，它可以選擇性地識別并測定生化物質。具體來講，該傳感器可以利用酶來催化某種生化反應，或者通過某種特異性的結合來檢測大分子有機物質的種類及含量。酶傳感器，微生物傳感器、免疫傳感器、組織傳感器和DNA傳感器等是它的典型產品。

物理傳感器是利用物理性質和物理效應制成的傳感器。該種傳感器的細分應用最多，位移傳感器、速度傳感器、力傳感器、壓強傳感器、輻射傳感器和光學傳感器都屬于物理傳感器的范疇。

新型傳感器應運而生

近期的新冠肺炎疫情表明，對有癥狀和無癥狀人群頻繁地實施高質量檢測是應對當前疫情和未來危機的當務之急。由于新冠肺炎疫情期間要求提供頻繁、低成本、快速且大批量的檢測，靈敏度高且速度快的新型傳感器應運而生。

國內外廠商在新型傳感器的研發上均取得了不同程度的進展。比如，艾麥斯半導體基于光譜傳感器技術推出了一款光譜傳感器，能夠快速檢測新冠病毒。艾麥斯半導體全球先進光學傳感器部門執行副總裁兼總經理詹妮弗·趙（Jennifer?Zhao）告訴記者，該款傳感器的靈敏度是人眼的10倍。它的靈敏度還高于裸眼讀出器，可以以手持式或一次性設備的尺寸和成本實現臺式實驗室級別的準確度。

此外，“連接性”也是它的一大特點。詹妮弗.趙介紹，數字的輸出支持與移動設備和獲得批準的云服務進行藍牙連接后，可對全球定量數據進行“云”采集，獲得的數據可用于全球大流行疫情的監控系統。基于此，賽迪顧問物聯網產業研究中心分析師趙振越認為，這種芯片級光譜傳感技術也為移動設備注入了新的價值。

瑞土聯邦材料科學與技術實驗室、蘇黎世聯邦理工大學、蘇黎世大學醫院等合作研發的一款新型生物傳感器則可以做到準確識別新冠病毒，并在幾分鐘內獲取對病毒的檢測結果。據了解，這種新型的生物傳感器在檢測病毒的過程中利用了“局域表面等離子體共振（LSPR）”和“等離子體光熱（PPT）”這兩種不同的效應，以此增加檢測的可靠性。

由云南大學化工學院教授、相關實驗室的研究員們共同組建的跨學科攻關研究團隊也研發出了能夠檢測coVID-19病毒的電化學傳感器。由于電化學傳感器操作簡便、檢測成本低廉，且靈敏度和準確性也更高，該傳感器有望在未來為新冠肺炎疫情的防控和診斷提供新的檢測方法。

新型醫用傳感器的出現意味著傳感器在醫療領域的應用日益豐富。趙振越告訴記者，未來，無線傳感器網絡可能會成為醫用傳感器的發展趨勢之一。它可以對傳統的醫療監護系統進行優化，并實時監控患者的狀態。醫用可穿戴設備中的無線傳感器則可以收集人體血壓、體溫、心率等體征信息，把每日測得的數據錄人患者的生理參數數據庫之中，通過遠程醫療的形式來降低醫護人員的用工壓力和感染風險。

在研發上面臨諸多挑戰

突如其來的新冠肺炎疫情讓公眾意識到了先進醫用傳感器的重要性。雖然目前我國已有一些在醫療傳感器領域表現突出的企業，但是從長遠來看，我國在醫用傳感器的研發上還面臨著諸多挑戰。

國內醫用傳感器廠商在核心技術方面還存在缺失，核心技術的創新能力仍有待提高。相關資料表明，我國中高端醫用傳感器的產品大多從國外進口，其中90%的芯片還依賴國外廠商的生產與制造。郭猛曾表示，目前我國生物傳感器技術的成熟度還比較低。在其他傳感器領域，國內廠商雖然已經具備了開發能力，但由于大部分廠商是集成商，因此不具備核心器件研發能力。對此，趙振越認為，國內醫用傳感器廠商應該整合內外部資源，產業鏈上、下游企業應該密切配合，以此提升企業的核心競爭力，并實現醫用傳感器相關技術的更新迭代。

國內醫用傳感器企業的市場競爭力弱。有關信息顯示，我國傳感器企業多屬小型企業，較小的企業規模使得企業的規模收益也較差，因此極度缺乏研發核心技術的資金。這導致了企業的研發能力弱，且缺乏市場的核心競爭力。

國內醫用傳感器的相關政策還有待完善。目前，我國對醫用傳感器廠商的財稅政策傾斜力度尚不夠大。此前，郭猛表示，國家應對研發傳感器等電子元器件的企業給予相應的稅收優惠。比如，政府可以對研發醫用傳感器基礎器件的企業實施免稅政策，鼓勵相關企業進行核心技術的研發，以此避免企業家的短視行為。

此外，醫用傳感器還應該拓展更多應用場景。現階段，病理監測、紅外測溫、人員生理參數檢測，以及生命維持系統領域已經有了醫用傳感器的身影。隨著人們生活水平的日益提高，人們對自身的健康問題會越來越重視。目前，越來越多的智能電子設備都與健康檢測掛鉤，而實現健康監測或者其他功能都離不開傳感器的配合。換句話說，醫用傳感器并不局限于抗擊新冠肺炎疫情或者醫療疾病的診斷、治療，它可以實現日常健康狀態的檢測，為人們的生命健康保駕護航。