“用智能手机进行呼气诊断癌症”或在2017年实现
2015-02-03 09:27:49   来源：微迷   评论：0   点击：

日本物质及材料研究机构（NIMS）开发出了可根据呼气和体味等进行癌症诊断的分析各种气味的超小型气体及液体传感器系统。在展会“nano tech 2015”（东京有明国际会展中心，2015年1月28～30日）上，NIMS将传感器阵列试制成U盘、并安装到平板电脑上进行了现场工作演示。据介绍，该系统是通过把MEMS气体及液体传感器的灵敏度提高至原来的130倍以上后实现的。现已开始与企业等推进周边系统的开发，力争2017年实现实用化。

此次系统的开发者是NIMS国际纳米建筑学研究中心（MANA）独立研究员吉川元起和NIMS研究员柴弘太等人。吉川等人对成本低、尺寸小但灵敏度低的传统压阻悬臂式MEMS传感器进行了大幅改进，从而将灵敏度提高至原来的130倍以上。据介绍，新系统可以检测与现有最高灵敏度的半导体气体传感器相匹敌或更高的ppb等级浓度的有味物质。

具体的改进之处是，将此前的单轴状元件改成了形状类似于大鼓膜的“膜型表面应力传感器（Membrane-type Surface stress Sensor：MSS）”。据介绍，灵敏度之所以得到提高，是因为可更有效地将应力的变化转换成电阻值的变化。

MSS“膜”部分的直径为300μ～500μm。在SOI晶圆上采用MEMS技术制作。压阻是在Si中掺加B而形成的。要想读取电阻值的变化，就得采用惠斯通电桥（Wheatstone Bridge）电路。可在1cm2大小的区域内集成100沟道的传感器阵列。

半导体气体传感器芯片

从呼气测癌到食品产地的辨别

包括半导体传感器在内，气体传感器有多种实现技术。据吉川介绍，现有技术大多在性能上有所偏颇，比如虽然某方面的性能很出色、但其他方面的性能却不尽人意。而MSS在灵敏度之高、动态范围之广、在芯片两面形成传感器的容易性、量产性、多沟道的易形成性、针对不同溶液的支持性、周边系统实现小型化的容易性以及实时检测和无标记检测的实现性等方面都达到了较高的水平，各种性能之间较为均衡。

鉴于上述因素，MSS的设想用途就较为广泛。一个是基于呼气的癌症早期发现。目前已通过U盘型试制品证实，MSS是发现头颈部癌症的有效手段，并在2013年就相关成果发表了论文。吉川表示，“除了可以区别头颈部癌症患者和健康人以外，还可以借助MSS确定癌症患者是否通过治疗实现了康复”。另外，以肝癌为例，MSS可以有效检测出血液中出现增加的肿瘤标志物“AFP”。虽然尚未公布详细信息，但据称已有MSS可对其他癌症进行有意义辨别的例子。

此外，MSS还可以根据食品的味道判断出该食品的种类和产地。具体情况是，借助该传感器来辨别日本产的嫩鸡胸脯肉、日本产黑毛和牛肉、日本产的猪肉、鹿儿岛产黑猪肉以及澳大利亚产猪肉等。

而且，MSS可有效检测细菌抗生素的效力、判断出诱发新屋症候群（Sick House Syndrome）的物质。

传感器的成本方面，估计一个芯片在100日元左右。吉川表示，“一个系统也就几千日元左右”。