盤點！十項擁有強大檢測本領的智能感測器

【中國化工儀器網 本網原創】導讀：感測器作為一種檢測裝置，如今被運用到生產生活的方方面面，極大地提高了社會生產效率並為日常生活帶來極大地便利。技術的日益提高，使得感測器不斷向著微型化、數字化、智能化、多功能化、系統化、網路化方向發展。不容忽視的是，感測器在科學儀器領域更是發揮著舉足輕重的作用，下面筆者就為大家盤點了一下近期多項新型感測器，看看它們都擁有哪些強大的本領？

1、生物納米感測器研究新發現：疾病早期診斷新星

對於很多疾病來說，診斷得越早，療效和預後就越好。英國倫敦帝國學院和西班牙維戈大學的科學家研製出一種新的生物納米感測器，有望更早地診斷疾病。由MollyStevens和同事們研製的這種新感測器則相反，靶分子濃度越低，產生的信號越強，從而能夠可靠地檢測到低濃度的靶分子，其可檢出的最低濃度比醫院現在使用的診斷方法低好幾個數量級，比目前最靈敏的檢測方法也至少低10倍，有利於早期診斷疾病。

研究團隊用直徑50納米的小金星（納米星）製造感測器。金表面的傳導電子發生相干振蕩，形成等離子體；葡萄糖氧化酶（GOx）粘附到金星表面，作為生物催化劑，將溶液里的銀離子還原為銀原子。當GOx濃度較低時，銀原子在納米星周圍沉積，為它們裹上一層銀衣，導致其表面等離子體的共振頻率加快（藍移）。而當GOx濃度較高時，銀的結晶率也較高，更容易在溶液里形成獨立的晶核，納米星表面等離子體的共振頻移也較不明顯。向納米星上照射可見-近紅外光，一部分光將被吸收，通過檢測最大吸收峰可測定共振頻率。通過這個技術，研究人員可以檢測到濃度低至10^-18g/ml的PSA，這比醫院裡廣泛使用的酶聯免疫吸附法（ELISA）所能檢測到的下限低十億倍。

2、新型「光學微腔」感測器，讓癌症篩檢成為日常

據報道，一個由加拿大維多利亞大學的盧濤教授和美國羅徹斯特大學的林強教授以及他們的博士學生於文彥和姜偉組成的團隊報道了一種能夠在液態環境里探測單個生物分子的光學感測器。

未來，這個小小的器件可以用來探測血液或尿液樣本中的癌細胞生物標記物。因為它的精度能夠測到單分子信號，所以理論上來說即使樣本中僅有一個生物標記物也能夠被探測器捕捉到。這就意味著，當最初的幾個細胞發生癌變時，只要及時檢查就能夠發現，為進一步的檢查治療爭取到了大量寶貴的時間。這項技術發展成熟後，其操作難度與血糖儀相當，加上器件成本很低，可以徹底改變癌症篩查的現狀。不必再等每年一次的醫院體檢，自己在家就能檢測。最後需要強調的是，這項技術是完全基於微光腔和「光子彈簧」的物理特性，不涉及任何化學反應。若在器件表面進行化學處理，實現功能化，即只針對某種特定的生物標記物，那就可以用來篩查各種不同的疾病而不局限在癌症。那時，它的應用可能更加廣闊。

3、超聲波神經灰塵感測器，可以檢測人體神經信號

這是第一種可以監控活體生物神經活動的感測器，未來可以幫助治療癲癇症等神經類疾病。生物電子在醫學領域的快速發展，讓谷歌決定讓旗下的Verily生物科學實驗室與葛蘭素史克藥廠聯手投資1.75億美元組建了合資企業GalvaniBioelectronics，而目前這家企業已經推出了自己最新的研發成果，一種非常微小的植入式電子設備，可以檢測到我們身體發出的自然信號。

來自加州大學伯克利分校的工程師團隊將這種最新的研究成果稱作「超聲波神經灰塵感測器」，在微型無線技術領域取得了新的突破。這是第一種可以監控活體生物神經活動的感測器，未來可以幫助治療癲癇症等神經類疾病。這是第一次有人用超聲波的方式將超微系統植入體內，並且可以檢測神經、器官、肌肉或胃腸道的數據，並且通過無線的方式傳輸出來。研究人員已經將這種只有灰塵大小的感測器植入到了老鼠的肌肉和周圍神經，並且通過超聲波將神經信息信號返回。另外超聲波本身還能提供電能，可以讓這種感測器無需電池和供電設備就能使用。

4、「神經灰塵」感測器，檢測健康狀況

近年來，健身追蹤器已變成了一種更加流行的可穿戴科技產品。不過，加州大學伯克利分校的工程師們將這個概念更推進了一步，開發出了極小的無線感測器用以檢測人體內的健康狀況。這些設備大約只有一粒灰塵大小，並將被植入人的體內。它們將在那裡對組織、肌肉及神經進行實時檢測。

Maharbiz和同事及加州大學伯克利分校的神經科學家JoseCarmena共同領導了這項研究。他解釋說，「採用體內遙測技術曾經是絕無可能的，因為無法將一個超小的物體放入很深的地方。但是現在，我可以拿起一個極小的物體，將它放入神經或器官、消化道或肌肉旁邊，並讀取數據。」為了測試他們的器件，Maharbiz和Caarmena採用每一百毫秒發出六個540納秒超聲脈衝以驅動感測器。這讓他們可以持續從器件內讀取實時數據。目前，實驗還僅限於末梢神經和肌肉。但研究人員對於它們在大腦和中樞神經系統中也會起效很有信心。最終，它甚至會被用來控制假肢器械。

5、新型感測器，粘在手腕處即可檢測血液酒精濃度

現在智能穿戴技術發展迅速，人們通過各種手環即可測量心跳、血壓等。現在有一項新技術只需將檢測裝置黏貼在手腕上，你就能通過手機查看到血液酒精濃度。

它所實現的原理就是通過特殊貼紙粘在皮膚上時會釋放出一種叫做毛果鹼的導汗化學成分，通過電化學的方法測定血液中的酒精含量，然後將收集到的數據通過藍牙傳輸到手機上。目前，研究人員找了9名志願者進行實驗，結果表明該裝置對9個受試者的測試結果均是準確的。具體商用時間暫不可知。

6、可植入生物感測器，可檢測身體狀況信息

美國國防部先進研究項目局（DARPA）宣布將與美國陸軍研究辦公室（U.S.ArmyResearchOffice）一同研發能夠植入人體組織中的生物感測器。DARPA給一家舊金山的公司Profusa投資了750萬美元，讓他們來領導這個項目的研發工作。美軍希望這項技術能夠提升士兵執行任務時的效率，讓他們掌握可能影響任務的身體狀況信息。

據稱，Profusa的生物感測器技術是在身體中植入一種「智能水凝膠」，這種材料與隱形眼鏡所用材料很像，能夠克服身體天生的排異反應。要做到實時無線監測，這個生物感測器需要搭配光學掃描裝置。光學掃描裝置負責與智能手機應用通訊，為用戶提供有價值的身體信息。這些信息也可發送給醫生和公共健康分析師，在數據量充足的情況下，他們能利用這些數據完成長期研究。

7、新型應力感測器，可在不間斷條件下進行無損檢測

俄羅斯國家研究型技術大學莫斯科鋼鐵合金學院的科學家研製出一種能檢測核電站、天然氣管道等工業及能源重要設施運行狀況的新型應力感測器，並進行了測試。該感測器可在不間斷運行的條件下對承載高溫和輻射的工業設備部件進行無損檢測。

應力感測器的主要部件是直徑僅有幾微米的非晶鐵磁微型導線，這種比頭髮絲還細的微型導線能捕捉到外部拉伸應力造成的磁化曲線變化，並將其記錄在專門的電子電路上。根據導線直徑的不同，感應器可區分從幾到數千兆帕的機械應力，記錄千分之一到十分之一毫米的長度變化。它的優點之一是非接觸信號讀取，可集成到測量系統中，對重要的工業設施進行連續不斷檢測。目前，該原型機正在進行相關測試，預計2016年11月前完成專利申請。俄緊急情況部計劃還用它監測工業設施火災前後受損的情況。

8、新型感測器，科探測極低濃度下測量一氧化碳濃度

日本及法國科學院共同研發了新型測量一氧化碳濃度的感測器，該裝置具有令人意想不到的靈敏度，能夠探測到極低濃度下的一氧化碳，且生產成本低。

作為一種有毒和污染性氣體，一氧化碳在空氣中的檢測一直都是一個大問題。其主要來源於含碳物質的不充分燃燒過程中，比如烹飪用的燃氣和汽油。由於一氧化碳無色無味，因此很難被人察覺到。長期以來，科學家們從未停止對能夠測量一氧化碳濃度的感測器的研究。測試結果顯示，該裝置具有令人意想不到的靈敏度，能夠探測到極低濃度下的一氧化碳。「將採用氧化銅納米細絲和微型加熱膜的一氧化碳感測器小型化，這是發展下一代氣體感測器的第一步。」團隊中另一名成員Sowwan教授評論道，「與其他測量技術相比，我們所研發的這種方式不僅成本低，而且適合進行大批量生產。」

9、高精度激光吸收水氣感測器，發揮濕度測量先進水平

據悉，現有市場上傳統的測量方法具有低溫下解析度低、高濕遲滯、誤差大等問題，而航天易聯公司經過多年研究，通過大量試驗、測試提出的激光調製吸收(TDLAS)水氣感測器應用技術可使水氣測量精度更高，響應速度更快，同時環境適應性也更好。可應用於氣象環保、文物保護、石油化工、電力等眾多領域的濕度監測。

中國著名激光與非線性光學專家、中科院院士姚建銓，中國華雲氣象科技集團公司董事長王曉雲，中國航天空氣動力技術研究院副院長黃育群，中國文化遺產研究院副院長馬清林等21位專家作為評委出席本次評價會。評委會討論後認為，該技術成果具有多項核心自主知識產權，在濕度測量應用等方面具有重要意義，使用前景廣闊，達到國際先進水平。

10、新型生物感應器：快速測試出帕金森症

巴西國家納米技術實驗室(LNNano)研發了一款生物感應器，可以快速測試出帕金森症、失智症及部分癌症，如乳腺癌，令病人可以在初期得知病況，及早開始治療。據報道，感應器是由一片有機納米晶體管鋪在玻璃片上製成，它對一種稱為「谷胱甘肽S轉移酶」(簡稱GST)的有機化學物極為敏感。這種物質可成為檢測帕金森症、失智症及部分癌症的重要指標。

報道指出，裝置價錢便宜，體積小而且靈敏度高，非常適合作為日後普及檢測工具的發展基礎。研究團隊正在嘗試以一種有導電能力的紙張取代玻璃片，以進一步降低成品價格，令它更便攜、更易生產，使用後也更易被分解處理。

本網編輯總結：

「生物技術」、「航天科技」、「機器人應用」、「智慧城市、「工業製造業」」等等依託先進科學技術進步的工業、社會、生產都離不開感測器極其強大而廣泛的應用。隨著感測器技術的日益提升，據資料預測，到2030年，全球感測器數量將突破100萬億個，感測器市場未來一片光明。

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