淺談醫(yī)用傳感器的發(fā)展及實(shí)用化研究

時(shí)間:2017-11-28

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導(dǎo)語(yǔ):醫(yī)用傳感器的一種用來(lái)感知生物的各種信息并轉(zhuǎn)換成容易處理的電信號(hào)器件,在醫(yī)學(xué)儀器的研制和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中占有重要地位

醫(yī)用傳感器的一種用來(lái)感知生物的各種信息并轉(zhuǎn)換成容易處理的電信號(hào)器件,在醫(yī)學(xué)儀器的研制和醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中占有重要地位。它是醫(yī)學(xué)測(cè)量?jī)x器的第一個(gè)環(huán)節(jié),是醫(yī)學(xué)儀器與人體直接耦合的環(huán)節(jié),也是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。如果沒(méi)有醫(yī)用傳感器對(duì)原始參量進(jìn)行精確可靠是測(cè)量,那么后續(xù)各環(huán)節(jié)再先進(jìn)也得不到正確結(jié)果。另外,醫(yī)用傳感器為醫(yī)學(xué)診斷儀器提供的是特定信息,它往往決定著醫(yī)學(xué)儀器的測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

醫(yī)用傳感器的發(fā)展

傳感器在醫(yī)學(xué)研究與臨床診治中占據(jù)著重要地位,隨著工程技術(shù)和醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步,生物醫(yī)學(xué)傳感器也必將得到迅速發(fā)展。

傳感器技術(shù)有兩個(gè)發(fā)展方向,一是傳感器本身的開(kāi)發(fā)研究,另一個(gè)是與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的研究。其中傳感器本身的開(kāi)發(fā)研究有兩個(gè)分支,一是有關(guān)傳感器基礎(chǔ)研究,即研究發(fā)展傳感器所需要的新技術(shù)和新原理,另一是新型傳感器產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),即面向市場(chǎng)研究并生產(chǎn)社會(huì)迫切需要的產(chǎn)品?;A(chǔ)研究中集中在新材料和超微細(xì)加工技術(shù)。新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中重點(diǎn)解決光技術(shù)的應(yīng)用、微電子封裝技術(shù)和一次性芯片等。

目前熱門(mén)的研究課題有多功能精密陶瓷材料在傳感器中的應(yīng)用、生物功能性物質(zhì)在傳感器開(kāi)發(fā)中的利用、微細(xì)加工技術(shù)制造超小型傳感器的研究。

此外,發(fā)展化學(xué)傳感器和生物傳感器是傳感器技術(shù)發(fā)展的另一趨勢(shì),尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的更具實(shí)用性,有利于促進(jìn)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究、臨床診斷和環(huán)境醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

生物功能性物質(zhì)與傳感器

在新材料研究中生物功能性物質(zhì)(也稱分子識(shí)別物質(zhì))的研究在發(fā)展仿生傳感器中引人注目。目前已有的傳感器還不能說(shuō)部分代替了生物體的感覺(jué)功能,它只是利用物理或化學(xué)現(xiàn)象的信號(hào)變換器。真正代替生物體感覺(jué)功能的傳感器很少。生物體中的物質(zhì)膜能對(duì)外來(lái)刺激作出反應(yīng),這種生物膜厚約6~10um,內(nèi)含許多受容細(xì)胞(受體),它是一種磷脂質(zhì)雙層膜,蛋白質(zhì)像瓷磚似的鑲在上面。外來(lái)刺激加在生物膜時(shí),膜電位發(fā)生變化,與受容細(xì)胞相連的神經(jīng)發(fā)出脈沖傳遞到神經(jīng)中樞,外來(lái)刺激是光時(shí),由于光敏的蛋白質(zhì)的作用,使膜電位發(fā)生變化;如果外來(lái)刺激是化學(xué)物質(zhì),由于膜附著有化學(xué)物質(zhì)引起膜電位變化。仿生物體中的物質(zhì)膜現(xiàn)已研究出利用抗原抗體結(jié)合使膜電位變化的人工功能性膜(免疫膜)和由于固定于膜上的生物受容物質(zhì)的選擇吸收被測(cè)物質(zhì)后而形成復(fù)合體性質(zhì)的膜(酶膜)。人們正利用這種生物功能性膜研究開(kāi)發(fā)出各種新型傳感器,即生物傳感器,為仿生物傳感器的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。在醫(yī)學(xué)中已用這種傳感器測(cè)血糖、乳酸、免疫球蛋白G(IgG)、甲胎蛋白(AFP)等,也有的用來(lái)測(cè)脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和神經(jīng)遞質(zhì)等。有人提出用陣列電極或復(fù)合酶電極同時(shí)識(shí)別多種化學(xué)物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)和人的五種感覺(jué)相媲美的生物傳感器。

醫(yī)用傳感器的實(shí)用化研究

(1)體液成分的實(shí)時(shí)測(cè)量:如血液中各種離子、氣體等的在體實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)。

(2)多信息超小型傳感器陣列的應(yīng)用:如使用導(dǎo)管探針從心臟內(nèi)部體實(shí)測(cè)量有關(guān)心功能的多種信息體實(shí)測(cè)量技術(shù)。

(3)利用光導(dǎo)纖維和半導(dǎo)體微光器件研究開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的人體測(cè)量技術(shù)。

(4)研究開(kāi)發(fā)利用生化反應(yīng)的新型用于分子水平測(cè)量的技術(shù)。

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