比你更「懂你」

感測器的跨界應用，對生物感測器的需求能做到無縫切入，將是未來的趨勢。未來10年內「即時檢測」的潮流會到來。生物感測器的物理形態和應用情景將實現個性化。

《環球》雜誌記者/張漫子

在一個置有三台屏幕、十幾個揚聲器的房間里，一名美國舊金山女性頭戴64通道EEG帽（用來測量大腦神經元產生電活動的生物醫療帽）坐在黑色皮革沙發上。她手腕上佩戴有一部跟蹤儀，以測量心率及皮膚電反應，指尖置有一台脈搏血氧儀，房間中架設的熱成像相機實時觀察她皮膚的溫度變化。

這是發生在美國杜比實驗室的一幕，是該實驗室致力於用先進的生物感測器來研究人機互動技術的典型案例——科學家利用高動態範圍技術記錄下人類觀看電視節目時的身體反應。至於跳躍的屏顯數字錶征出的人體信息，機器明了，她本人卻未必明了。

根據2017年4月全球知名市場調研公司PMR發布的一份最新報告，未來6年，全球生物感測器市場將經歷快速增長，該市場2014年市值為129億美元，到2020年將達到225億美元，年複合增長率為9.7%。按地理劃分，目前北美是全球生物感測器的最大市場，而由於醫療保險普及率的不斷擴大、人口基數大以及衛生保健系統的不斷升級，亞太地區將成為增長最快的地區。

一項更懂你的技術

人工智慧2.0時代來臨之際，越來越多的學者開始重新思考技術與人的關係。技術意味著人類對自己的超越，然而，在技術更加自主、更加精準地服務於人之前，是否對用戶屬性有了精準的錨定與了解？究竟有沒有對人類極度了解與忠誠的技術？

不到咳嗽發燒感覺不妙、心悸心慌被推進醫院，我們往往並不知道身體出了什麼狀況。同樣地，我們對正在被多大強度的紫外線所照射、攝入的卡路里是否超標、睡眠是否充足、是否過於疲勞等信息也不得而知。

有效的判斷、決策和行動總是建立在充分了解的基礎之上。在第四次工業革命以前，最了解人類的也許是人類自己。然而一切因技術的更迭而發生改變，生物感測器將在未來成為解碼人類的重要幫手。

也許現在大部分人並不知道生物感測器為何物，但事實上，它已在炫酷的科幻電影里高頻亮相。

還記得電影《Her》中那個貼心的人工智慧系統嗎？它能感知人類的物質世界與心靈世界，了解使用者的喜怒哀樂，與人進行深度的交流和溝通，並豐富自己的意識和情感。在這個虛擬世界里，你可以與它分享細膩的情緒感受，它也能理解、認同並服務你的需求，幫你梳理知識、處理郵件，和你談情，甚至與你發生一場柏拉圖式的性愛。

在紅極一時的科幻電影《全面回憶》中，科學家在玻璃與人之間建立視頻通話聯繫，讓人體皮膚成為顯示屏，並讓血液充當提供電能的設備，以觸摸實現控制。

科幻電影《少數派報告》中，阿湯哥佩戴的體感手套操作電腦的鏡頭令人嚮往不已。通過佩戴手套實現細微的手勢控制，包括重疊窗口、下拉菜單等，以此控制用戶界面，實現多種操作。

科幻電影《華氏451》中，主角的妻子Mildred長達10年之久掛著一副智能耳機，通過讀唇與丈夫交流的場景也讓人大開眼界。根據設計，耳機用以收集運動數據，進行心率檢測和無線藍牙傳輸，並通過內置高精度運動感測器，準確記錄並分析使用者的運動及行為狀態。

生物感測器像理智的研究者一樣敏銳地體察並反饋人類的方方面面。利用信息獲得真實感受，增進理性，延伸人類存在的維度。

在尚未投入大規模使用以前，生物感測器已浩浩蕩蕩闖入了科學家的實驗室。比如，有些生物感測器能從你的汗水中讀取化學信息，監測身體在運動過後的反應。再比如，有著「鍍金條形碼」模樣的電子紋身可以通過靜脈監測血液中熱能的流動情況，以此觀察血管對溫度變化的反應，從而監測心血管健康。

生物感測的前世今生

前沿、未來感已成了生物感測器的標籤，然而它首次出現在我們生活的世界竟然可以追溯到17世紀。

英國煤礦工人率先發現了一個秘密：金絲雀對於瓦斯濃度的敏感性遠遠高於人類。於是當煤礦工人下井時，便常常隨手攜帶一個裝有活體金絲雀的鳥籠，以探測礦井中的氧氣濃度是否充足，確保生命安全。這是人類歷史上第一個氣體感測器。

而現代生物感測器概念的提出，還只是半個多世紀以前的事。生物感測器之父Leland C.Clark於1956年最早提出了氧電極生物感測器，基於其研究的葡萄糖感測器造福了數百萬的糖尿病患者。

經過上世紀60年代興起的專一性強且靈敏度高的酶法分析、基於離子選擇性電極的無試劑分析、酶電極、微生物電極、測抗原的免疫感測器、熱生物感測器、酶光纖感測器、壓電晶體酶感測器等發明應用階段，生物感測器的功能應用已拓展到活體測定、多指標測定、聯機在線測定等領域，並在臨床、發酵、食品、化工和環保等領域顯示出極具潛力的應用前景。

近20年來，生物親和感測器的技術取得突破，以表面等離子體和生物晶元為標誌的生物感測器掀起第二場高潮。緊接著，微型生物感測器、納米生物感測器、親和生物感測器、雜合生物感測器以及生物晶元接踵而至。

經過半個多世紀的發展，關於生物感測器的定義基本形成，簡單來說，生物感測器充當著一個接收器和轉換器的角色。主要體現在以下三個方面：

首先，感受。提取出動植物發揮感知作用的生物材料，包括：生物組織、微生物、細胞器、酶、抗體、抗原、核酸、DNA等。實現生物材料或類生物材料的批量生產，反覆利用，降低檢測的難度和成本。

其次，觀察。將生物材料感受到的持續、有規律的信息轉換為人們可以理解的信息。

再次，反應。將信息通過光學、壓電、電化學、溫度、電磁等方式展示給人們，為人們的決策提供依據。

作為一個典型跨學科的交叉產物，生物感測融合了生命科學、分析化學、物理學和信息科學及相關技術，能夠對所需探測的物質進行快速分析與追蹤。從它身上，人類獲得了極度的關注、了解與忠誠。

有了追蹤式的「無縫」了解，技術才能捕捉人類需求，以便做出合理、有效的決策。如室內溫度的調節，機器、設備、傢具、交通工具的實時控制，收發郵件等工作事務的處理，還有買賣股票等行為。可以說，生物感測是實現智能化的第一步。

生物感測的未來尺度

多年前，在美國化學協會召開的一個會議上，曾有科學家展示過DNA感測器的應用場景。這種DNA感測器也稱為基因感測器，是生物感測器的一種，能將目標DNA的存在轉變為可檢測的電信號的一種感測裝置。這種靈敏快速準確的感測器非常適合醫學檢測，包括傳染性疾病、遺傳學疾病以及惡性腫瘤等疾病的檢測。在納米膜技術發展推動下，DNA感測器在「即時檢測」上的應用會越來越廣。

感測器的跨界應用，對生物感測器的需求能做到無縫切入，將是未來的趨勢。未來10年內「即時檢測」的潮流會到來。生物感測器的物理形態和應用情景將實現個性化。

生物感測器的發展，不再是像智能手錶或者健身手環那樣，而是通過3D列印技術實現個性化的需求。近日，美國研究人員宣布開發出一種3D列印的可植入血壓感測器裝置。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家創造了一個納米級別的「模孔蛋白」，這種碳納米管能在體內用於運輸藥物，作為新型的生物感測器和DNA測序的應用基礎。梅奧診所和無線感測器公司Gentag日前也宣布，雙方計劃開發一次性的無線可穿戴貼片感測器，面積只有藥膏般大小，能和智能手機整合進行糖尿病、肥胖症和相關疾病的監控。

隨著人們使用可穿戴健康監測器和智能設備數量的快速增加，通過這些設備來監測我們的活動與健康的想法已深入人心。據福里斯特研究公司（Forrester Research）的預測，到2020年，物聯網產業的規模要比信息互聯網大30倍，將有250億台物聯網設備接入互聯網，這意味著將有海量設備需要感知數據。據英國市場分析公司CCS洞察公司（CCS Insight）的研究報告，可穿戴設備的銷量將在2018年達到並超過1.7億台。

連日來，英特爾、三星不約而同加速生物感測器領域的研發布局，引起業內矚目。應市場對可穿戴設備的熱切需求，二者分別推出了納米級微細製程應用處理器（AP），並研發整合多種感測器的感測器中樞，爭相搶佔穿戴用移動AP市場。

在人工智慧高強度、高密度融入我們世界的同時，可穿戴設備、智能感知廣闊的應用前景將「生物感測器」這一概念推至前台。不僅如此，更加前沿高端的黑科技「感測器植入套件」紛至沓來，令人類對「成為超物種」這一幻想再添憧憬。

然而從細分市場來看，以生物識別感測器市場為例，在產值接近45億美元的全球生物識別硬體市場中，傳統的指紋識別感測器仍然壟斷了95%的市場，而人臉識別/虹膜/眼球/眼紋識別感測器還處於等待「騰飛」的狀態。這不失為生物感測器市場的一個結構性不均衡的表現。

置有各類生物感測器的可穿戴設備將不僅監測人類的身體健康，還將無縫地融入生活，提供與物聯網及更廣泛世界的聯繫。

目前，醫療健康領域的應用覆蓋中醫針灸感測針、生物晶元、葡萄糖監測、檢測DNA突變、疾病診斷、病毒檢測、藥物劑量、腦損傷檢測等方面。

除此之外，生物感測器還大大改變了用戶操作遊戲的方式。如Neuro Sky神念科技的腦電感測器可以解放人的雙手，實現了用意念來玩遊戲。Throw Trucks With Your Mind等都是類似的遊戲應用。

多功能、多感測器及多標準可穿戴設備在人類日常生活中發揮的作用會日益顯著。連接人與人、物與物、人與物的各類感測器將逐步完成技術積累，並走向工業、醫學、生活等領域。屆時，生物感測器將搭建起大數據，讓一切與人有關的決策更加高效、更加科學。

未來，也許一隻鞋都會比人更「機靈」。它可以自動調節大小、形狀、溫度、質地和顏色，還會在你需要時，自己滑動到你的雙腳跟前。這不只是幻想。生物感測在不同領域的應用進步，不禁讓人好奇，再過十年，我們的生活會發生怎樣的變化呢？

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