生物传感器技术飞速发展：为未来医疗与环境保护取得突破奠定基础

随着生物技术和数字技术的迅速融合，生物传感器正成为现代医学和环境保护的关键工具。二十年前，业界就曾预言生物与数字技术的结合将会带来一场革命，而如今，这一趋势正加速发展。

研究人员开发出一款可穿戴设备原型，可以监测汗液中的雌激素，并可能在女性健康和生育能力方面发挥作用。

上图：研究人员开发出一款可穿戴设备原型，可以监测汗液中的雌激素，并可能在女性健康和生育能力方面发挥作用。来源：加州理工学院（侵删）

生物传感器是一种能够“检测生物分析物存在或浓度”的设备。例如，它们可以检测生物分子、细胞结构或微生物的存在。最常见的生物传感器形式包括快速检测工具，如家庭孕妇试纸和糖尿病患者常用的连续血糖监测仪。

生物传感器技术在医疗领域，尤其是即时检测（POCT）和快速诊断中，已经取得了显著进展。在COVID-19疫情期间，生物传感器的制造得到了快速扩展，同时基于基因组学的生物传感技术也取得了突破性进展。例如，通过DNA测序与聚合酶链反应（PCR）技术的结合，我们可以更精准地进行疾病检测。

根据全球信息社SNS Insider的报告，到2032年，全球即时检测市场预计将达到914.7亿美元，而生物传感器在POCT市场的份额也将达到295亿美元。随着人口老龄化、久坐的生活方式和气候变化引发的流行病，这一需求将不断扩大。

尽管生物传感器技术已经取得了成熟的进展，但它们在使用过程中仍面临一些挑战，尤其是在传感器读数的准确性、灵敏度以及生物受体的特异性方面。随着生物传感器的小型化，它们如何在不牺牲实验室级别的质量的前提下进行微型化，依然是一个亟待解决的问题。

科学家们正在探索体内（即植入式）生物传感器的潜力，这些传感器能够长期监控人体健康。例如，哈佛大学的团队最近推出了一种新型涂层，能够防止细菌、细胞等生物液体在传感器表面附着，从而降低传感器故障和排异反应的风险。

同时，北京的研究团队也开发了一种可贴在皮肤上的生物传感器，能够实时检测过敏性皮炎的生物标志物。加拿大的一家初创公司正在攻克实时监测钾离子的技术，以便更好地管理心脏、肾脏和代谢疾病。

生物传感器的未来充满了无限可能。瑞士的专家正致力于研究蛋白质的单分子分析，他们希望能够通过生物传感器实现对单个蛋白质的精确分析。这一技术不仅能为药物开发提供支持，也将在食品污染分析、植物工程甚至外星探索中发挥重要作用。

根据SNS的预测，到2032年，全球生物传感器市场的整体规模将达到565.4亿美元。虽然许多应用仍处于研究阶段，但它们展现出了巨大的潜力，尤其是在水质检测方面。例如，针对饮用水中有害物质PFAS的检测，科研人员正在开发基因编码生物传感器。

微生物生物传感器（如大肠杆菌）也被认为具有广阔的应用前景。大肠杆菌的生化反应已经被用于检测水中的重金属含量，而最近，来自丹麦、德国和以色列的科研团队通过基因工程改造的大肠杆菌，成功用于检测浮游植物的繁殖。这些微生物生物传感器还能够检测合成CO₂固定路径中的关键酶，这对于碳一生物制造应用至关重要。

可摄取生物传感器原型，展示纳米技术如何赋能新型生物传感器应用。来源：imec(侵删)

IEC 60747-18标准系列为每个生物信号转化为数字信息的阶段提供了参考测量协议。通过在每个步骤中进行校准和评估潜在的偏差，这些标准有助于推动生物传感器在各个领域的广泛应用。

IEC TC 47技术委员会的生物传感器专家、SOL公司首席执行官JongMuk Lee表示，IEC 60747-18标准定义了镜头无CMOS光子阵列传感器（CPAS）的评估和测试方法，这些传感器在高分辨率技术——如镜头无数字在线全息显微镜系统（DIHM）中，具有重要的应用潜力。

随着生物技术和药物研究在太空领域的不断扩展，IEC标准也在不断演进。例如，CPAS在太空环境中的表现需要更多的评估，而量子随机数生成（QRNG）等加密技术的整合，将为未来的生物传感器提供更强的安全性。

随着技术的不断进步，生物传感器不仅将推动医学领域的变革，还将在环保、水质监测等多个领域带来革命性的改变。