2015年初，美國研究人員發(fā)現(xiàn)了一只可以聞出甲狀腺癌的德國牧羊犬。這只名叫弗朗姬的牧羊犬被訓(xùn)練成聞到甲狀腺樣本時會躺下，而當(dāng)樣本正常時則會走開，研究人員對34名患者進(jìn)行檢測時，成功率達(dá)到了88%。

88%的成功率，這是一個什么概念？通常甲狀腺癌的檢測和診斷需要專業(yè)的儀器和復(fù)雜的生化檢驗過程，目前是通過檢測人體血液中的激素水平和提取細(xì)胞來進(jìn)行診斷，檢測周期至少需要一天，若需要細(xì)胞培養(yǎng)或者通過DNA測序進(jìn)行診斷的，則需要長達(dá)數(shù)周的時間。

多年前曾有這樣一本英文書，書名叫《我在雨中等你》，是美國作家加思·斯坦創(chuàng)作的一本通俗小說。書里講述了一只擁有人類靈魂的狗狗和他賽車手主人的故事。書里的狗聞到了男主人老婆的腦瘤疾病，而書里描述的醫(yī)院和醫(yī)生都無法提前診斷出女主人的毛病。由此看來，狗能聞出癌癥的故事都已經(jīng)是文學(xué)作品里的素材了。除了甲狀腺癌和腦癌，狗還能聞出哪些癌癥呢？

1989年，英國倫敦的兩位皮膚病學(xué)家在著名的醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》上描述過，一名44歲女性患者的狗狗發(fā)現(xiàn)了女主人腿上的一顆痣是惡性黑色素瘤（一種致命性的皮膚癌），原因是她的狗總是湊到她的腿上聞這顆痣并試圖咬掉它。直到這位女主人不勝其煩找到皮膚科大夫?qū)⑦@顆痣切除以后才檢查出來這是一顆惡性腫瘤。

2003年，研究人員發(fā)現(xiàn)狗可以從患者的呼吸中聞出腫瘤和乳腺癌。2004年，英國白金漢郡醫(yī)院使用生物檢測手段發(fā)現(xiàn)狗可以從患者的尿液中聞出膀胱癌。2011年，《英國腸胃病學(xué)會志》上刊登的一篇研究文章表明，一只經(jīng)過特殊訓(xùn)練的8歲大拉布拉多尋回犬可以從人的呼吸中聞出人類是否患有結(jié)腸直腸癌，成功率達(dá)到91%。

德國的研究人員在《歐洲呼吸雜志》上發(fā)表報告說，嗅癌犬能辨別肺癌，準(zhǔn)確率超過70%。這里提到的“嗅癌犬”，包括德國牧羊犬、澳大利亞牧羊犬和拉布拉多犬。顯然，狗不僅能夠聞出甲狀腺癌，還能聞出皮膚癌、乳腺癌、結(jié)腸直腸癌等其他的癌癥疾病。很遺憾的是，狗不能告訴我們癌癥究竟是什么味道的。

除了狗能夠聞出疾病，還有其他的動物有這樣的能力嗎？

在費城，科學(xué)家們訓(xùn)練出一批老鼠來識別肺癌的味道，原理和哺乳動物靈敏的嗅覺有關(guān)。昆蟲也可以聞出疾病，世界上只有四個實驗室在進(jìn)行昆蟲診斷疾病的實驗。

蜜蜂可以聞到房間里極其微弱的氣味，科學(xué)家已經(jīng)證實蜜蜂的這種能力可以用來診斷肺結(jié)核和糖尿病等多種疾病。英國產(chǎn)品設(shè)計師SuanaSoares設(shè)計了一種簡單的用蜜蜂來診斷疾病的裝備，稱為Bee’s。這些疾病包括像肺癌和卵巢癌這樣的癌癥。這種設(shè)備的原理是在一個大的容器中間有一個相互連接的大小容器，病人向容器中吹氣，里面的蜜蜂會根據(jù)病人呼出的氣體發(fā)出某種警告。蜜蜂已經(jīng)經(jīng)過訓(xùn)練能將糖和疾病相關(guān)的化學(xué)氣味聯(lián)系起來并發(fā)出警告信號。最終這種Bee’s設(shè)備在實際應(yīng)用中只能測出糖尿病。

通過訓(xùn)練動物和昆蟲來診斷疾病的臨床應(yīng)用，這里有兩個門檻：一個是準(zhǔn)確率，另一個是訓(xùn)練成本和周期。為了解決這兩個門檻，科學(xué)家們開始了“電子鼻”的研究。

早在二十世紀(jì)六十年代，Wilkens和Hatman兩位科學(xué)家已經(jīng)開始利用氣體在電極上的氧化還原反應(yīng)原理開始了“電子鼻”的研究。1965年，Dravieks等利用接觸電勢的變化實現(xiàn)了“電子鼻”對氣體的測量。1987年，Gardner等研發(fā)了能測量氣體的傳感器，提出了“模式識別”的概念，為“電子鼻”奠定了理論基礎(chǔ)。1993年，Pearce等人把傳感器應(yīng)用在啤酒檢測上。1994年，Gardner等發(fā)表了關(guān)于“電子鼻”的綜述性文章，正式提出“電子鼻”的概念。2005年，英國的科學(xué)家發(fā)明了一種能夠聞出感染了抗藥性極強的“超級細(xì)菌”患者的“電子鼻”。這種電子鼻的體積大約有兩臺電腦顯示器大小，售價估計在6萬英鎊左右。2010年，以色列科學(xué)家研發(fā)出“電子鼻”，只要通過簡單的呼吸測試，就可以查出肺癌、乳腺癌、腸癌和前列腺癌。

目前“電子鼻”已經(jīng)廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)的各個部門，如煙草業(yè)、化妝品、食品工業(yè)、石油化工、糧食貯存與加工、酒類和飲料、環(huán)保監(jiān)測、臨床診斷。此外，“電子鼻”還用于商檢、微生物鑒別、藥物分類與辨別、宇航等部門，以及檢查爆炸物品、槍支彈藥、毒品與其他違禁物品等。

其實這種神奇的“電子鼻”，就是生物傳感器。隨著生物傳感器的不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)也進(jìn)入了老百姓的生活。

關(guān)于生物傳感器我們在第二章中有詳細(xì)的介紹，不過多展開，但生物傳感器的應(yīng)用范圍除了智能可穿戴設(shè)備也涉及醫(yī)療診斷、食品毒性檢測、農(nóng)業(yè)檢測、工業(yè)過程控制和環(huán)境污染控制等方面。其中醫(yī)療診斷是目前最流行的應(yīng)用領(lǐng)域，而醫(yī)療診斷中即時檢測（POCT）是生物傳感器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。

根據(jù)2014年全球知名市場調(diào)研公司PMR（PersistenceMarketResearch）發(fā)布的報告，2014年生物傳感器市場的市值為129億美金，預(yù)計到2020年將達(dá)到225億美金，復(fù)合年增長率（CAGR）為9.7%。其中北美是全球生物傳感器的最大市場，2014年市值57億美金，預(yù)計到2020年將達(dá)到95億美金。亞太地區(qū)由于醫(yī)療保險普及率的不斷擴大、人口基數(shù)大以及衛(wèi)生保健系統(tǒng)的不斷升級，將成為增長最快的地區(qū)。

目前參與全球生物傳感器市場的包括雅培、西門子醫(yī)療、NovaBiomedical公司、拜耳、強生、美敦力、羅氏等企業(yè)。想想國內(nèi)企業(yè)在生物傳感器研發(fā)上面已經(jīng)落后了許多，也許在服務(wù)應(yīng)用層面上能通過互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的推動實現(xiàn)“彎道超車”。

在多年前美國化學(xué)協(xié)會召開的一個會議上面，曾經(jīng)有科學(xué)家展示過DNA傳感器的應(yīng)用場景。這種DNA傳感器也稱為基因傳感器，是生物傳感器的一種，能將目標(biāo)DNA的存在轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測的電信號的一種傳感裝置。這種靈敏快速準(zhǔn)確的傳感器非常適合醫(yī)學(xué)檢測，包括傳染性疾病、遺傳學(xué)疾病以及惡性腫瘤等疾病上面的檢測。在納米膜技術(shù)發(fā)展推動下，DNA傳感器在“即時檢測”的應(yīng)用會越來越廣。

目前，生物傳感器的跨界應(yīng)用已經(jīng)實現(xiàn)。

2014美國知名時尚品牌拉爾夫·勞倫和加拿大初創(chuàng)公司OMsignal合作研發(fā)出來一種帶有生物傳感器的智能短袖襯衣。這種智能衣物能夠通過生物傳感器和移動技術(shù)收集用戶的運動和方向數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳到云端進(jìn)行分析處理，最終通過手機APP實現(xiàn)用戶端的可視化信息統(tǒng)計。

在消費者市場熱捧下，生物傳感器的跨界應(yīng)用會推動消費者慢慢的接受更多的穿戴產(chǎn)品“侵入”。像智能手表、健身手環(huán)以及隨身攜帶的一些追蹤器這樣的產(chǎn)品，很有可能最終的歸宿是在抽屜中塵封。

傳感器的跨界應(yīng)用，對生物傳感器的需求能做到無縫切入，將是未來的趨勢。有人大膽的預(yù)測，10年內(nèi)“即時檢測”的潮流會到來。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實現(xiàn)個性化。

智能設(shè)備通過互聯(lián)網(wǎng)讓我們實現(xiàn)了健康數(shù)據(jù)的收集和管理。德國柏林的夫朗禾費研究所開發(fā)了一套名為MyRehab的應(yīng)用系統(tǒng)。整套系統(tǒng)包括一部特殊的攝像機、一臺電視機和一條裝有多個感應(yīng)器的胸帶。一個電視里面的虛擬人物通過系統(tǒng)指導(dǎo)病人進(jìn)行鍛煉來實現(xiàn)康復(fù)。同時系統(tǒng)還實現(xiàn)了醫(yī)生、治療師和病人雙方通過互聯(lián)網(wǎng)視頻進(jìn)行實時交流。

這樣的智能設(shè)備實現(xiàn)了醫(yī)生和病人的互聯(lián)，而這在國內(nèi)已經(jīng)不是新鮮事物。隨著互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療的不斷發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療已經(jīng)能夠通過智能設(shè)備實現(xiàn)這樣的情景應(yīng)用。除此以外，家具業(yè)也加入了智能設(shè)備的行列。隨著新一波智能化浪潮進(jìn)入傳統(tǒng)行業(yè)。國內(nèi)也從人人互聯(lián)進(jìn)入到物物互聯(lián)。無論是人人或物物互聯(lián)，還是業(yè)業(yè)互聯(lián)，互聯(lián)網(wǎng)為我們的交流提供了前所未有的便利，交流的方式實現(xiàn)了數(shù)字化，社交世界也搬到了線上。任何的互聯(lián)都需要互動才能產(chǎn)生社交，社交的一個重要屬性就是數(shù)據(jù)的價值體現(xiàn)。在這樣的社交網(wǎng)絡(luò)里面，出現(xiàn)互動產(chǎn)品是必然趨勢。

我們想象中未來10年生物傳感器的發(fā)展，不再是像智能手表或者健身手環(huán)那樣，而是通過3D打印技術(shù)實現(xiàn)個性化的需求。近日，美國研究人員宣布開發(fā)出一種3D打印的可植入血壓傳感器裝置。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了一個納米級別的“?？椎鞍住保@種碳納米管能在體內(nèi)用于運輸藥物，作為新型的生物傳感器和DNA測序的應(yīng)用基礎(chǔ)。梅奧診所和無線傳感器公司Gentag日前也宣布，雙方計劃開發(fā)一次性的無線可穿戴貼片傳感器，面積只有藥膏般大小，能和智能手機整合進(jìn)行糖尿病、肥胖癥和相關(guān)疾病的監(jiān)控。

隨著生物傳感器整合3D技術(shù)和納米技術(shù)推動下，更多的穿戴設(shè)備將被重新定義，不僅在物理形態(tài)上，而且在和人類身體無縫對接上面，更是帶給我們無限的想象空間。

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