PDF《产业创新动态》

7 生物传感器广泛应用面临多方面挑战 可穿戴生物传感器能够附在皮肤表面, 实时监测佩戴者的健康状 况和周围环境,如葡萄糖、乳酸、酸碱度、脉率、呼吸、水分、温度、 气体等.传感器芯片配有数据读出和信号调理电路,以及无线通信模 块,用于向计算机设备传输数据. 目前,可穿戴传感器领域发展迅速,已经取得了显著成果.这种 非侵入式的方法可以用来持续监测人类的健康状况, 而且不仅仅局限 于慢性病患者, 此外, 它在健身、 娱乐、 时尚等领域也有广泛的应用. 越来越多的可穿戴传感器用于识别皮肤分泌的体液中的生物标志物, 以及持续监测生理活动,这表明了它在生物医学领域的应用前景. 可穿戴传感器和系统有望颠覆医学诊断领域.然而,它的发展仍 面临着多种多样的挑战,从制作工艺、材料、基板、信号读出电路到 选择性、多功能性、同时监测性以及人类对这些传感器的适应性,这 些都是未来需要解决的问题.将高级纳米材料与聚合物基板相结合, 是研发适形电子设备的关键. 聚合物基板的玻璃化转变温度较低, 阻碍了密集型集成器件的开 发,这种器件拥有无机半导体材料做成的传感薄膜.因此,液相合成 法被用于传感器的开发,从而在转变温度较低的情况下,制造较大型 的设备.此外,由于不同材料的集成需要不同的制造工艺,如何将不 同材料集成到多层设备结构中,也是需要考虑的问题.材料和基板的 生物相容性对于可穿戴电子产品来说十分重要,尤其是植入皮肤/表 皮的传感器.材料的物理、机械和化学特性需要和基板的特性匹配, 以避免在热学、电学和多层集成上出现问题.可吸收生物材料和基板 有望用于开发植入式电子产品. 可穿戴电子产品的实际操作也面临一些挑战, 即需要特殊条件和 传感器的预处理,来提高灵敏度、选择性、稳定性和检测极限等.其 中一些处理方法, 例如在气体传感器中使用微型加热器进行局部加热, 或利用化学处理来恢复初始状态, 在传感器整合到可穿戴设备上的情

8 况下,都是没有效果的.同时监测多个分析物也具有挑战性,因为不 同传感器之间的串扰会影响其选择性检测.此外,在长时间保持相同 的操作水平时,增加传感器、数据处理单元和无线信道的密度将需要 更多的电力支持.在这种情况下,选择持久耐用的可穿戴电池、超级 电容器、高效太阳能电池和燃料电池等,能保证整个系统顺利运行. 另外,还需考虑到数据安全的问题,因为整个过程涉及穿戴者的 大量个人信息.网络攻击或操作不当导致的安全漏洞,可能导致对个 人健康状况的错误分析,从而产生严重后果.因此,需要制定一种包 容性研究策略,来应对这一跨学科领域的挑战,积极的合作研究将在 这些新型传感器的商业应用中发........