埃博拉，一小撮非洲國家的瘟疫，讓人聯(lián)想到全球的恐懼，并具有科學，政治，人道，甚至技術(shù)的影響。人們質(zhì)疑采取嚴厲措施，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)備能夠在危機爆發(fā)之前快速檢測到疾病爆發(fā)，該怎么辦呢？傳感器技術(shù)的最新發(fā)展實際上讓我們比你想象的更接近現(xiàn)實。

愛爾蘭利默里克大學最近在Nature Materials Journal報道，他們正在努力解決使用傳感器的主要挑戰(zhàn)只測試一個分子進行診斷。測試一種分子的好處包括低成本和在現(xiàn)場快速進行此類測試的能力。然而，到目前為止，當測試中的單個分子被放置在電子傳感器中時，傳感器噪聲干擾了對分子性質(zhì)的純粹測試。

大學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，確保準確的分析，但充分處理噪音。通過向測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，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，許多其他研究項目也在使用傳感器進行醫(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行疾病檢測。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胞的納米顆粒，以檢測癌癥，鈉水平，斑塊等。這些設(shè)備佩戴在身體上并檢測納米顆粒并向醫(yī)療保健專業(yè)人員報告結(jié)果。然而，該項目距離商業(yè)化還有大約五到七年的時間。谷歌甚至設(shè)計了隱形眼鏡，它有一個無線芯片和一個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)顯示出化學氣相傳感的前景;這里納米材料的一個優(yōu)點是它們不受基于液體的檢測中通常使用的溶劑的干擾。正在開發(fā)的用于納米電子傳感的最常見的傳感機制依賴于電荷的檢測。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。不幸的是，直到最近，納米電子蒸汽傳感器的響應(yīng)時間對于許多實際應(yīng)用來說都太慢了。但是，這可能很快就會發(fā)生變化：密歇根大學正在開發(fā)一種可穿戴式蒸汽傳感器，旨在克服這個限制。

研究人員的方法利用石墨烯場效應(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。由AC驅(qū)動電壓激發(fā)的振蕩分子偶極子在石墨烯通道中引起電導調(diào)制;該電導與AC激勵頻率混合，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)稱這種技術(shù)可以產(chǎn)生十分之一秒的極快響應(yīng)時間，而不是數(shù)十或者十分之一?，F(xiàn)有技術(shù)中典型的數(shù)百秒。據(jù)說該原型還具有高靈敏度（低至約1 ppb）密歇根大學開發(fā)的納米技術(shù)傳感器將能夠探測通過皮膚呼出或釋放的空氣傳播化學物質(zhì)。

事實上，密歇根州科學家的目標是創(chuàng)造出第一個可穿戴的化學物質(zhì)，而不是物理屬性。 U-M的研究人員正在與美國國家科學基金會的創(chuàng)新團隊計劃合作，將該設(shè)備從實驗室轉(zhuǎn)移到市場，以提供持續(xù)的疾病監(jiān)測。可穿戴傳感器有望能夠檢測到大量化學物質(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，正在開發(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)通常也太大而無法考慮可穿戴設(shè)備。

當納米電子 - 石墨 - 蒸汽傳感器嵌入到現(xiàn)有技術(shù)中時，該技術(shù)可行。微氣相色譜系統(tǒng)。整個系統(tǒng)可以集成在單個芯片上，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，飛思卡爾半導體開發(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，包括壓力導管應(yīng)用和有創(chuàng)血壓監(jiān)測儀。這種新型芯片載體封裝采用飛思卡爾半導體獨特的傳感器芯片，具有壓阻技術(shù)和片上薄膜溫度補償和校準功能。

有機硅介電凝膠覆蓋硅壓阻式傳感元件。該凝膠被認為是一種無毒，無過敏性的彈性體系統(tǒng)，符合所有USP生物測試V級要求。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試的電隔離，如提出的血壓傳感器醫(yī)療器械促進協(xié)會（AAMI）標準中所規(guī)定的。凝膠中生物醫(yī)學認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別應(yīng)用，能夠監(jiān)測脈搏率和氧飽和度（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)。除了兩個傳感器外，還包括一個6針帶狀電纜連接器，用于連接基于腕部的心率監(jiān)測器EVB（單獨訂購）和20針擴展接頭以及低功耗電池供電，以延長電池壽命。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)計套件（不再來自Measurement Specialties（圖3）的應(yīng)用可用于醫(yī)療診斷，監(jiān)測，脈沖計數(shù)，胎兒心臟監(jiān)測，呼吸暫停監(jiān)測，麻醉監(jiān)測，呼吸氣流，睡眠障礙和起搏器活動測量。

圖3：測量專業(yè)壓電薄膜基本設(shè)計套件包括典型應(yīng)用，所有壓電產(chǎn)品的數(shù)據(jù)表，技術(shù)手冊，接口電路以及薄膜，電纜，開關(guān)，閃爍和加速度計的樣品。

專業(yè)醫(yī)療應(yīng)用，較厚的薄膜和高靈敏度的非標準形狀是必要的，這可以通過Measurement Specialties提供的各種薄膜實現(xiàn)。對于并行布線配置，可以定制額外的堆疊選項，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只是生物傳感器平臺中不斷增長的應(yīng)用中的兩個。僅心臟病每年導致超過1750萬人死亡。在這種情況下，生物傳感器被用作快速篩查工具，用于檢測早期疾病生物標志物并對患者的病情進行分類。早期檢測的結(jié)果應(yīng)該對減少死亡人數(shù)產(chǎn)生重大影響，因為在導致致命事件之前通常不會發(fā)現(xiàn)心臟病。

傳感器目前正在通過將多種臨床檢測方法整合到單個便攜式設(shè)備中來縮短分析時間稱為芯片實驗室（LOC）的設(shè)備。例如，在科羅拉多州立大學電子與計算機工程系和化學與生物工程系合作的研究人員已開發(fā)出一種多分析物（經(jīng)過分析的物質(zhì)）光電傳感芯片，該芯片具有集成的光電探測器陣列并利用現(xiàn)有的半導體制造技術(shù)。波導，光源，光電探測器，結(jié)合區(qū)域和樣品遞送系統(tǒng)可以集成到單個硅CMOS微芯片上，使其成為微流體感測LOC。與利用熒光檢測結(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)，因為傳統(tǒng)的IC元件可以合并到芯片中。

正如我們之前討論的那樣，診斷的未來在于基于先進傳感器技術(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化合物中檢測出糖尿病和癌癥等疾病。結(jié)果將是醫(yī)學診斷和治療的革命。