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醫用傳感器的發展及實用化研究

2017-11-27
關鍵詞: 傳感器 醫用傳感器

  醫用傳感器的一種用來感知生物的各種信息并轉換成容易處理的電信號器件,在醫學儀器的研制和醫學實驗中占有重要地位。它是醫學測量儀器的第一個環節,是醫學儀器與人體直接耦合的環節,也是一個關鍵環節。如果沒有醫用傳感器對原始參量進行精確可靠是測量,那么后續各環節再先進也得不到正確結果。另外,醫用傳感器為醫學診斷儀器提供的是特定信息,它往往決定著醫學儀器的測量原理和結構設計。

  醫用傳感器的發展

  傳感器在醫學研究與臨床診治中占據著重要地位,隨著工程技術和醫學科學的進步,生物醫學傳感器也必將得到迅速發展。

  傳感器技術有兩個發展方向,一是傳感器本身的開發研究,另一個是與計算機技術相結合的研究。其中傳感器本身的開發研究有兩個分支,一是有關傳感器基礎研究,即研究發展傳感器所需要的新技術和新原理,另一是新型傳感器產品的開發,即面向市場研究并生產社會迫切需要的產品。基礎研究中集中在新材料和超微細加工技術。新產品開發中重點解決光技術的應用、微電子封裝技術和一次性芯片等。

  目前熱門的研究課題有多功能精密陶瓷材料在傳感器中的應用、生物功能性物質在傳感器開發中的利用、微細加工技術制造超小型傳感器的研究。

  此外,發展化學傳感器和生物傳感器是傳感器技術發展的另一趨勢,尤其在生物醫學領域的更具實用性,有利于促進醫學基礎研究、臨床診斷和環境醫學的發展。

  生物功能性物質與傳感器

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  在新材料研究中生物功能性物質(也稱分子識別物質)的研究在發展仿生傳感器中引人注目。目前已有的傳感器還不能說部分代替了生物體的感覺功能,它只是利用物理或化學現象的信號變換器。真正代替生物體感覺功能的傳感器很少。生物體中的物質膜能對外來刺激作出反應,這種生物膜厚約6~10um,內含許多受容細胞(受體),它是一種磷脂質雙層膜,蛋白質像瓷磚似的鑲在上面。外來刺激加在生物膜時,膜電位發生變化,與受容細胞相連的神經發出脈沖傳遞到神經中樞,外來刺激是光時,由于光敏的蛋白質的作用,使膜電位發生變化;如果外來刺激是化學物質,由于膜附著有化學物質引起膜電位變化。仿生物體中的物質膜現已研究出利用抗原抗體結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的選擇吸收被測物質后而形成復合體性質的膜(酶膜)。人們正利用這種生物功能性膜研究開發出各種新型傳感器,即生物傳感器,為仿生物傳感器的發展奠定了基礎。在醫學中已用這種傳感器測血糖、乳酸、免疫球蛋白G(IgG)、甲胎蛋白(AFP)等,也有的用來測脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)和神經遞質等。有人提出用陣列電極或復合酶電極同時識別多種化學物質以實現和人的五種感覺相媲美的生物傳感器。

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  醫用傳感器的實用化研究

  (1)體液成分的實時測量:如血液中各種離子、氣體等的在體實時測量技術。

  (2)多信息超小型傳感器陣列的應用:如使用導管探針從心臟內部體實測量有關心功能的多種信息體實測量技術。

  (3)利用光導纖維和半導體微光器件研究開發更先進的人體測量技術。

  (4)研究開發利用生化反應的新型用于分子水平測量的技術。


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