新冠肺炎疫情阴霾之下，创新是生物医学传感器的不二王道
2021-08-07 10:21:59 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
在遵守新冠肺炎（COVID-19）疫情管控要求的同时提供优质医疗保健服务，这一新挑战点燃了远程监控和远程医疗市场。为了让临床医生不受限于病房就能收集病人的个人健康读数，这需要更多的技术研发投入。
据麦姆斯咨询报道，在遵守新冠肺炎（COVID-19）疫情管控要求的同时提供优质医疗保健服务，这一新挑战点燃了远程监控和远程医疗市场。为了让临床医生不受限于病房就能收集病人的个人健康读数，这需要更多的技术研发投入。
除了对传统传感技术投入，世界各地的研究小组还在努力开发可扭转弯曲的柔性传感器。无论是使用非常规材料制成，还是用冻干织物实现，这在传感器技术世界中并不陌生。接下来，就让我们带领大家了解目前最具创新意义的新型传感技术。
口罩内集成传感器，可检测COVID-19
麻省理工学院（MIT）和哈佛大学的工程师联合开发了一种新型口罩，将传感器嵌入织物中，只需90分钟即可诊断出佩戴者是否患有COVID-19。
研究人员在原型口罩内集成了生物传感器，以检测戴口罩者是否带有新冠病毒。基于CRISPR技术检测新冠病毒的工作原理：存在新冠病毒时，生物传感器系统会切断一种分子键，改变发色条带的模式。
一次性传感器的设计基于冷冻干燥的细胞器，该研究团队曾为埃博拉、寨卡等病毒开发纸张诊断技术时使用过这类细胞器。他们现在已经证明传感器嵌入织物，可以提供一种监测医护人员轮班期间接触病原体的潜在方法。
该传感器基于麻省理工学院医学工程教授James Collins于2014年开发的技术而实现。他表示，蛋白质和核酸产生合成基因网络，与可能嵌入到纸张中的特定目标分子发生反应。这些组件在2017年进一步改进，基于被誉为病毒检测中的“福尔摩斯”——CRISPR（规律间隔成簇短回文重复序列）技术，可实现对核酸的高灵敏度检测。
这些组件可以冷冻干燥，连续几个月保持稳定，直到被液体激活。之后，组件与目标DNA或RNA序列（例如：COVID-19抗原）相互作用，如果检测到该物质，颜色会改变。当嵌入合成织物时，传感器被硅胶环包围，以防止样品蒸发或扩散到传感器之外。
为了生产检测口罩，研究人员将冷冻干燥的传感器嵌入纸质口罩内部，以便检测被感染者呼吸中的病毒颗粒。佩戴者使用内置的储液器激活传感器，准备测试时该储液器为冷冻干燥部件提供水分。为了保障个人隐私，结果仅显示在口罩内部。
研究人员称，这种测试与金标准COVID-19诊断（聚合酶链反应测试）灵敏度一样。除了口罩内部，还可以在衣服外侧嵌入传感器以检测COVID-19在环境中的暴露情况。
G-putty：橡皮泥里掺进石墨烯，实现超级灵敏的应力传感器
2016年，都柏林三一学院的石墨烯研究人员与国家石墨烯研究所、曼彻斯特大学合作，通过对儿童新奇玩具Silly Putty（一种橡皮泥）进行设计实现导电，制造了一种极其灵敏的传感器。
Jonathan Coleman和他的儿子正在摆弄G-putty
通过将橡皮泥中的聚硅酮与石墨烯融合，电阻对最轻微的变形或冲击变得极其敏感。当安装在人体的头部或颈部时，该物质可用于测量呼吸、脉搏和血压。它还表现出前所未有的灵敏度，可作为测量应变、压力和冲击的传感器。
AMBER、SFI先进材料和生物工程研究中心以及都柏林三一学院医学院的研究人员利用该材料中开发出下一代传感技术。
研究小组开发了一种基于G-putty的油墨的方法，根据所使用的印刷技术和最终应用来制造并测试各种粘度的油墨。他们发现，G-putty可以在石膏之类的弹性基材上打印成薄膜，并附着在皮肤上。
打印传感器的灵敏度是行业标准的50倍。更重要的是，在灵活性方面，打印传感器优于其它纳米传感器，这可能改变研究小组的游戏规则。
G-putty已经能够测量几种不同的身体机能，作为应力传感器表现出类拔萃。应力传感器通过检测机械变化并将其转换为相应比例的电信号，是非常有价值的诊断工具，例如帮助检测中风后吞咽能力的变化。但目前市场上的应力传感器主要由金属箔制成，在可穿戴性、多功能性和灵敏度方面存在局限性。
都柏林三一学院化学物理教授Jonathan Coleman领导了G-putty研究，最近被授予欧洲研究理事会的概念证明奖项，以鼓励其基于已完成的研究开发商业产品原型。
铁路监测光纤技术，为人体健康监测所用
有朝一日，先进的铁路安全监测技术可以用于人类健康监测。香港理工大学（PolyU）的研究人员重新利用这项技术，制造出生物相容、柔韧性、对人体内部微小压力变化敏感的新型光纤传感器。
为了将这种光纤技术部署在人体中，该团队必须改变其工业形态。传统光纤由玻璃或塑料制成，这种材料植入人体后会产生显著缺陷。玻璃硬且脆，而塑料纤维容易吸收水。
香港理工大学团队的光纤传感器使用了一种名为“ZEONEX”的先进塑料材料，解决了上述材料问题。通过添加与光纤内光传输路径平行的侧孔，提高了材料对压力的灵敏度。
ZEONEX对湿度或化学变化不敏感，并且柔软且耐碎。尺寸可以小到几微米，非常适合与许多医疗植入物集成。这种材料对压力的灵敏度是传统光学传感器的20倍，甚至足以测量呼吸时肺部的压力变化。
该团队正在探索在心导管插入术中使用该传感器进行精确导航和形状检测，并观察它们能否将测量能力扩展到酸度、温度等其它生理参数。
该研究团队还与其他机构合作，致力于将其传感器与医疗产品集成。该团队正与墨尔本大学合作，将传感器集成在智能人工耳蜗植入物中，光纤传感器可以在手术植入过程中实时向外科医生提供有关位置和力度的关键信息。该研究团队还与墨尔本莫纳什大学的研究人员合作，将其光纤传感器与骨科植入物结合以监测骨折后的恢复情况。
Rockley Photonics推出“腕上诊所”：芯片上光谱仪
长期以来，一直传言将重塑苹果手表（Apple Watch）的Rockley Photonics公司已推出一款“腕上诊所”数字健康传感器系统，将硬件、应用固件和云分析集成到可穿戴设备中。
“腕上诊所”旨在监测多种生物标志物，包括核心体温、血压、身体水化、酒精、乳酸盐和葡萄糖趋势等参考。在未来几个月里，将用于一系列内部人体研究。
“腕上诊所”数字健康传感器系统
Rockley Photonics设计的这款称为“光谱仪”的硅光子传感器，可以使用红外光监测人体血液。该公司声称，相比智能可穿戴设备中常用的LED传感器，硅光子传感器准确度高很多，旨在持续监控通常只能用侵入性医疗设备才能跟踪的生物标志物。
与使用广谱光源的常见光谱解决方案不同，Rockley Photonics的传感器模块从覆盖宽光谱的单颗硅基芯片中产生大量离散激光输出。
该传感器以非侵入性方式探测皮肤下方，分析血液、组织液和皮肤层，以了解生物标志物变化。Rockley Photonics的创新架构可为每个波长通道提供数毫瓦的光输出功率，这对于实现小型可穿戴设备信号分析所需的高信噪比至关重要。
该公司最初的目标是消费电子产品市场，但计划在未来继续与医疗器械公司合作，开拓该技术的应用领域。
延伸阅读：
上一篇：全球最密集的空气质量传感器网络将在伦敦亮相
下一篇：最后一页