可穿戴設備已在市場(chǎng)上商業(yè)化，主要是實(shí)現心電圖和光電體積圖的測量，它們分別屬于電化學(xué)傳感器和光生物傳感器。除這兩種類(lèi)型之外，可穿戴設備中還有一種更有價(jià)值的類(lèi)型——生物傳感器。該生物傳感器通過(guò)無(wú)損檢測體液生化指標來(lái)反映人體生理狀態(tài)。這種生物標記物主要有汗液、淚液、唾液和間質(zhì)液，還有體內代謝物、細菌、激素等?，F在，可穿戴設備主要使用物理傳感器來(lái)監測用戶(hù)的動(dòng)作能力和諸如步數、熱能消耗和觸覺(jué)等生命特征。由于它的功能從追蹤身體活動(dòng)擴展到關(guān)注醫療保健(如糖尿病管理或老年人遠程監測等等)，因此可穿戴設備也需要創(chuàng )新。一個(gè)典型的生物傳感器包括兩個(gè)基本的功能單位：一個(gè)負責生物標記(酶、抗體或DNA)選擇性識別的生物受體，以及一個(gè)負責將生物識別過(guò)程轉化成有用信號的物理或化學(xué)傳感器。近幾年來(lái)，隨著(zhù)無(wú)創(chuàng )采樣和監測技術(shù)的日趨成熟，用無(wú)創(chuàng )可穿戴生物傳感器代替常規血液檢測已越來(lái)越接近現實(shí)。該裝置具有使用方便，具有高可靠性，低成本，低損耗等優(yōu)點(diǎn)。當前可穿戴式生物傳感器主要分為三大類(lèi)：可穿戴式生物傳感器、可穿戴式生物傳感器和口腔生物傳感器。人體上的絕大多數可穿戴生物傳感器都由皮膚覆蓋，在各種可穿戴生物傳感器中，通過(guò)皮膚與人體接觸的可穿戴生物傳感器是最受關(guān)注的。穿著(zhù)式生物傳感器可以從皮膚表面采集汗液或間質(zhì)液體，并能實(shí)時(shí)分析或連續監測其中的生物標記物。這種感應器通常依賴(lài)生物受體，通過(guò)生物催化和離子識別標記物，并通過(guò)不同的傳導方式如光學(xué)、電化學(xué)或機械來(lái)組合。電化學(xué)和色差是目前兩種主要的傳導方式?，F在，可穿戴式生物傳感器已經(jīng)研發(fā)成功，常用的傳感器有電子皮膚、臨時(shí)印刷紋身、腕帶、貼片或直接嵌入紡織品等。這種一體化的方式保證了傳感器在身體運動(dòng)時(shí)與皮膚緊密接觸，并能承受機械壓力?？纱┐魇缴锔袘鳒I液也是一種可以用來(lái)監測人體生理狀況的生物液體。眼淚中的生物標記分子直接從血液中擴散出去，加上淚-血閉環(huán)，顯示出與血壓相關(guān)標記物質(zhì)濃度。眼淚是眼睛防污機制的一部分，其組成不如血液復雜，因此淚液在無(wú)創(chuàng )監測和診斷方面更具吸引力?？谡质缴锔袘髦械脑S多生物標記物，通過(guò)參與體內的血液循環(huán)，以細胞運輸或細胞間傳輸的方式進(jìn)入唾液中，使唾液能反映人體生理狀態(tài)，是一種理想的體液，可以代替血液進(jìn)行分析。另外，唾液中蛋白質(zhì)含量較高，適于檢測唾液中與疾病、壓力有關(guān)的生物標志物，在生物醫學(xué)及健康監測方面也有重要價(jià)值。當前，可穿戴生物傳感器的技術(shù)和商業(yè)化進(jìn)程仍然面臨著(zhù)挑戰，它仍然處在概念階段，離實(shí)際應用還有一段距離，這類(lèi)設備在探測范圍、有效性、穩定性、精確度、供電、通訊、安全和隱私等方面也面臨著(zhù)諸多挑戰。一種更廣泛的生物標記測量方法。
現在，大多數的可穿戴式生物傳感器只能檢測少量的生物標記。將來(lái)，工業(yè)界應該致力于采用新的生物傳感器形式和更好的非侵入式生物樣品采集方法來(lái)監測更多的生物標記物種。理解每種生物液體的組成，以及它們與某些疾病的關(guān)系，對于在醫療保健領(lǐng)域提高可穿戴技術(shù)的知名度，并擴展這類(lèi)設備的臨床應用，是非常重要的。無(wú)創(chuàng )液樣和同期標記物的檢測濃度之間的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，是獲得樣品檢測合格的重要指標。生物傳感器讀出的解釋?zhuān)绕涫窃谟信R床反應或手術(shù)反應的情況下，在現實(shí)世界中得到嚴格且可復制的解釋。將來(lái)，為了鑒別新的生物標記，我們需要系統而深入地分析每種不同的有機體的組成。類(lèi)似地，除了已有的體液類(lèi)型外，還應尋求其它新的體液類(lèi)型。這一更廣泛的生物標記物的實(shí)時(shí)分析也將有益于生物醫學(xué)的其他領(lǐng)域，例如通過(guò)生物標記物指導的新型實(shí)驗療法的臨床發(fā)展。02精確度和穩定性確?？纱┐魇缴飩鞲衅鳒蚀_可靠地響應市場(chǎng)需求，提升市場(chǎng)接受度至關(guān)重要。表面污染效應是影響可穿戴生物傳感器精度的主要因素，而表面污染效應又是影響傳感器連續工作的主要因素。為了保證傳感器長(cháng)期穿戴的可靠性，有必要對傳感器表面進(jìn)行防污處理。以唾液為基礎的口腔生物傳感器將受到許多生物污染。所以，口腔生物傳感器需要特別重視表面防護涂層，應謹慎選用傳感器涂層材料，以降低生物污染的影響和消除電活性干擾。此外，還可以在傳感器表面增加一種酶，以防止泄漏傳感器上的潛在毒性。不像傳統的基于實(shí)驗室的生物傳感器，可穿戴生物傳感器可以影響生物傳感的穩定性，而無(wú)需對環(huán)境進(jìn)行長(cháng)時(shí)間的戶(hù)外活動(dòng)。為了保證佩帶過(guò)程中測量的準確性，還必須注意周?chē)h(huán)境可能造成的污染、與陳舊體液的混合、相關(guān)傳感器的連續信號漂移等因素。在硬件、電源、通信等方面03系統的集成和硬件的研究對于這類(lèi)傳感器的實(shí)際應用至關(guān)重要。必須根據具體的應用需求，將硬件組件與生物傳感器平臺高度集成。帶有功能齊全的微處理器的印刷式無(wú)線(xiàn)電路板由于其靈活性強、成本效益高而得到廣泛應用，這種電路板可以與電池集成。持續監測期間，為了給穿著(zhù)者或其他最終用戶(hù)提供有用和及時(shí)的信息，可穿戴設備的另一功能上的關(guān)鍵需求是保持低功耗。在能耗和數據速率之間，尤其是在需要高采樣頻率的情況下，這可能需要一種高效處理數據并保證數據安全的高效通信方式。在可穿戴式生物傳感器平臺上使用的最常用的電源是鋰離子電池或堿性電池。但是，它們的體積很大，可能導致毒性問(wèn)題，特別是基于鋰離子系統?，F在，電池已經(jīng)能夠使用彈性材料來(lái)提供更好的穿戴性能。由于復用多路感測平臺對供電要求的提高，所以可穿戴傳感器供電技術(shù)的發(fā)展成為一大熱點(diǎn)。這種需求可以通過(guò)電力和更多的節能設備的發(fā)展以及減少能源需求的適應性算法得到補償。在商業(yè)市場(chǎng)上，可穿戴生物傳感器面臨著(zhù)一些與其基本運作功能相關(guān)的障礙。第一，可穿戴設備必須解決長(cháng)時(shí)間工作而又不受控制的穩定性問(wèn)題，如生物污染、生物鑒定成分本身固有的不穩定等。第二，設備必須能夠可靠運行，而不需要頻繁的校準。傳感器的研究與開(kāi)發(fā)必須保證較高的生物受體穩定性，才能保證響應的準確、可靠。再次，必須有合適的流體取樣系統，例如微流控技術(shù)的應用，才能有效地將生物液體傳送到傳感器上，以確?？蓮椭?、精確的信號，以及可以忽略的樣品污染。這一先進(jìn)的可穿戴流體系統還可以促進(jìn)多步生物親和測定，尤其是免疫檢測。對于長(cháng)期使用的可穿戴設備而言，再生免疫傳感器是另一項需要克服的挑戰。完整的可穿戴式生物傳感器平臺需要將具有電力供應功能的無(wú)線(xiàn)電子裝置結合起來(lái)，以保證數據處理和信號的安全傳輸。另外，移動(dòng)終端和基于智能手機的顯微鏡的應用等，都將推動(dòng)光學(xué)可穿戴生物傳感器的發(fā)展。鑒于上述挑戰的存在，我們才剛剛開(kāi)始了解可穿戴生物傳感器技術(shù)及其如何提高人類(lèi)健康水平。
今后可穿戴生物傳感器將有多種形式，從腕帶到紡織品或時(shí)尚配飾，并逐步融入佩戴者的日常生活?？紤]到競爭激烈的生物傳感器研究和巨大的商業(yè)機會(huì )，我們有理由期待這個(gè)行業(yè)在不久的將來(lái)會(huì )有新的發(fā)展。佩戴式感應器市場(chǎng)有望迅速增長(cháng)，而這類(lèi)裝置也將在未來(lái)改善人們的健康生活質(zhì)量。
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