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一文读懂医疗传感器及创新应用

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进行临床试验，从样品采集到注入、检测和医疗分析等整个过程，仅仅耗时10分钟，且成本低、精确性好。医院常使用的免疫固定电泳法相比，检测灵敏性提高了倍。不仅如此，该项技术配套的检测设备成本仅8万元，降低了检测准入，可广泛应用。

作为一种新型生物传感器使用平台，此技术可以运用到更广阔的技术领域，如白血病、尿毒症、淋巴癌、肝癌等重症的提早诊断，甚至在环境监测、军用探测领域取得更长远的发展。

用呼吸检测疾病的传感器医用传感器

我们的呼吸中含有一系列关于自身健康的信息，它们以分子形态存在，其存在与否和浓度可以作为疾病检测的生物标记物，有一种能检测许多不同分子，并将这些生物标记物与17种疾病相关连的呼吸传感器。

人体呼出的气中含有氮气、二氧化碳和氧气，以及少量的多种挥发性化学成分。这些物质的相对数量会根据人体健康状况而变化。比如，糖尿病就会产生一丝甜味。

不过目前的呼吸分析仪大多集中在单一类型的疾病，只会检测单个标记物，其使用范围和筛选能力也有限。

使用质谱来鉴定与疾病相关的呼吸成分，让研究人员发现，基于不同量的13种成分，每种疾病会产生独特的挥发性化学印记。他们还发现，一种疾病的存在，不会妨碍其它疾病的检测，这也是以非侵入性的方式，检测和诊断各种疾病的先决条件。

这种传感器由一系列特别制备的金纳米颗粒传感器，和基于单壁碳纳米管的随机网络的传感器组成。它真正特别的地方在于，可以收集患不同疾病的数千患者的呼吸样本，并用人工智能软件找到数据中的相关性。

得益于研究中的人工智能组件，该系统对17种不同疾病的平均诊断准确性在86％，包括诸如癌症，克罗恩病，两种类型的帕金森病，先兆子痫和肺动脉高压等。

在现代医学实验技术成熟前，医生曾通过闻病人的呼吸来诊断一些疾病，寻找疾病线索。现在看来，这种靠呼吸来检测疾病的方法，由人工智能实现的更加精准。

纳米荧光传感器准确切除肿瘤组织

一种新型纳米荧光传感器可以特异性地在肿瘤组织“打开”并发出荧光，帮助医生准确切除肿瘤组织，并在最大程度上保留正常组织。

据研究人员报道，这项突破性的技术适用于任何类型的肿瘤，研究人员将这种纳米探针注射到小鼠的肿瘤组织后，一旦接触肿瘤细胞，这种探针就会打开并照亮肿瘤组织。

人肿瘤组织偏酸性，研究人员利用了肿瘤组织的这个特点。

对许多肿瘤而言，手术是首选治疗方案。但是要完全清除肿瘤组织并尽可能保留正常组织在目前仍然是一个巨大的挑战，因为目前的影像技术不够灵敏，无法准确区分肿瘤组织与非肿瘤组织。

而这项新技术使用了临床批准的荧光染料，医院正在使用的标准照相机进行成像。这种纳米探针就像传感器一样，只有所处环境的pH值低于阈值时，它才会打开并发出荧光。

研究人员在小鼠头颈癌模型中进行了实验，他们发现在手术中使用这种探针具有极强的特异性和敏感性，它甚至可以照亮直径小于1mm的肿瘤结节。

进行手术时，这种探针可以为外科医生准确描绘出肿瘤边界。这是一种纳米尺度的开关技术，迄今为止还没有任何一项技术具有这么高的精确度。

制备这种探针相对简单，因此成本也不高，这项技术可以用于人体内肿瘤边界的检测。

让脑细胞发光的神奇传感器医用传感器

有一种最新型的生物发光传感器，可以让单个的脑细胞像萤火虫那样，在黑暗中闪闪发光熠熠生辉。它通过对荧光素酶这种生物酶进行基因改造而发明出来。很多生物，比如萤火虫，之所以会发光就是利用了这种酶。

那么，这种研究方法可以用来做什么呢？答案是：追踪大脑中大型神经网络的内部互动情况。

长期以来，神经系统科学家依靠电讯号纪录神经元的活动。该方式虽然能起到很好的检测效果，但却只能用于少量神经元。而这种新方法可以使用光学技术，同时记录数百个神经元的活动。

光学纪录的方式一般使用荧光，这需要很强烈的外部光源。它带来的副作用就是引起生物组织发热并且直接一些生物进程，尤其是那些对光敏感的活动。

如果他们把发光现象和光遗传学相结合，就可以创造一种新的生物手段，通过光来控制活体组织中的细胞，尤其是神经元细胞——这将成为研究大脑活动的强有力新型武器。

研究人员把发光感应器附在一种病毒上，该病毒可以感染神经元，这样感应器就进入了神经元细胞内部。听起来还蛮吓人的对不对？然后研究人员选择钙离子作为神经元活动的信号标志。首先，感应器一旦遇到钙离子就会发光；其次，钙离子参与神经元的活化过程——神经元外的周围环境中钙含量往往较高，但是细胞内部含量很低，但是在神经元受到来自“邻居（另一个神经元）”的刺激时，钙含量会短暂达到尖峰水平。传感器通过增亮和变暗来响应钙浓度的变化——这证明感应器对一群神经元能同样起到检测作用。

看这幅照片，神经元被感应器发出的光芒点亮，想不想茫茫宇宙中一颗耀眼的星星？本来人体中就蕴含着浩如烟海的未解之谜，希望这个颇具传奇色彩的发现能带给人类更多答案。

结语

传感器因其处在采集数据的最前哨，在医疗健康领域一直是个重要角色。结合新材料、纳米技术、生物技术，以及供电技术、新型通讯技术等相关传感器领域的周边技术发展，催生了一批以创新传感器技术为核心的医疗健康新兴产品与服务模式。新型的医疗传感器具有更灵敏、微型化、便捷、成本低、无创或者微创、互联性等优点。为人类医学的进步发展起到了不可磨灭的贡献。

来源：传感器技术

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