美国南加州大学工程学院研究人员受折纸启发创造出一种新的传感器，这些传感器有朝一日可用于检测器官微小变形从而预测疾病，也可用于可穿戴设备和柔性机器人。论文发表在最新一期《科学进展》上。

该论文通讯作者、南加州大学航空航天、机械工程和生物医学工程助理教授赵航波指出，创建能够显著拉伸、快速响应、即使在测量大的动态变形时也能提供精确读数的传感器，是一个极大挑战。

目前的可拉伸应变传感器大多使用橡胶等柔性材料，但经过重复使用后，材料特性可能发生不可逆的变化，从而产生与变形检测相关的不可靠指标。

研究人员因此设计了一种新型的传感器结构。受折纸的启发，坚硬的材料被折叠起来，面板的每一侧都有电极。人们可以将该传感器想象成一本颠倒的、打开的书，在封面和封底有两个电极。当电极展开时，电极之间的电场强度就能被捕获，团队开发的模型将该读数转换为捕获变形幅度的测量值。

新传感器可拉伸至原始尺寸的3倍，即使重复使用也具有很高的传感精度。此外，传感器响应速度非常快，可在不到22毫秒的时间内检测到非常微小区域（约5平方毫米）的变形，还能检测来自不同方向的应变。

研究人员表示，此类传感器可准确测量复杂而大量的变形，也可应用于感知柔性机器人的运动、跟踪人体关节的运动，甚至监测膀胱等器官以确定可能预示疾病的异常情况。

医用传感器是什么？

医疗传感器可以看作是一套信息转换装置，将人体的生理信息转化为具有一定功能关系的电信息。作为医疗器械与人体之间的重要环节，它在医疗诊断、医疗器械开发、医学研究等方面发挥着非常重要的作用。这是一门非常全面的科学技术。

医疗传感器主要是将人体生理信号转化为医疗电信号。在现代医学中，医疗传感器实际上取代了医生的感觉器官并发挥了扩展作用。它已成为制约高水平先进医疗设备发展的关键技术和信息社会的重要技术基础。

可以说，医用传感器技术的创新必将促进现代临床医学的快速发展。

医学对传感器的要求

1、安全性高(特别是用于人体的传感器和换能器)，灵敏度高，信噪比高(选择性高)。

2、保证物理安全性的措施是电的隔离、浮置技术。

3、保证化学安全性高的要求是无毒性，无近期和远期的致癌效应。

4、保证生物安全性高的要求是无DNA和RNA突变。

5、保证选择性高的措施是利用共振效应、滤波技术、自适应技术、分子识别与离子识别技术。

6、保证灵敏度高的措施是：物理、化学和生物放大技术。

生物医学传感器是传感器的一大应用领域，做医学传感器的厂商也不在少数。很多时候，生物医学传感器是技术门槛较高的传感器，是生物医学科学和技术的尖兵。现代生物医学的研究，依赖于生物医学传感器的正确测量。

生物医学传感器的分类

按应用形式分类有：植入式传感器、暂时植入体腔(或切口)式传感器、体外传感器、用于外部设备的传感器

植入式传感器

按工作原理分有：物理传感器(位移、力、温度、湿度···)、化学传感器(各种化学物质)、生物传感器(各种酶、免疫、微生物、DNA···)、生物电电极传感器(心电、脑电、肌电、神经元放电···)

物理传感器

力传感器用来测量重量;压电薄膜传感器用于测量心率和呼吸模式;热电堆传感器用于测量体温;血氧传感器用于测量血氧含量;CO2，传感器用于测量新陈代谢;流量传感器用于辅助呼吸;力传感器用于测量氧气瓶中剩余的氧气含量。

化学传感器

化学传感器是把化学成分、浓度等转换成与之有确切关系的电学量的器件。它多是利用某些功能性膜对特定化学成分的选择作用把被测成分筛选出来，进而用电化学装置把它变为电学量。

一般多是依赖膜电极的响应机理、膜的组成或膜的结构进行分类。如离子选择电极换能器、气敏电极换能器、湿敏电极换能器、涂丝电极换能器聚合物基质电极换能器、离子敏感场效应管换能器、离子选择微电极换能器、离子选择薄片换能器。

生物医学用各种化学换能器测量的化学物质有：K+、Na+、Ca2+、Cl-、O2、CO2、NH3、H+、Li+ 等。

生物传感器

生物传感器利用生物活性物质选择性的识别和测定实现测量，主要由两大部分组成：一为功能识别物质(分子识别元件)，由其对被测物质进行特定识别;其二是电、光信号转换装置(换能器)，由其把被测物所产生的化学反应转换成便于传输的电信号或光信号。

最先问世的生物传感器是酶电极，Clark和Lyons最先提出组成酶电极的设想。70年代中期，人们注意到酶电极的寿命一般都比较短，提纯的酶价格也较贵，而各种酶多数都来自微生物或动植物组织，因此自然地就启发人们研究酶电极的衍生型：微生物电极、细胞器电极、动植物组织电极以及免疫电极等新型生物传感器，使生物传感器的类别大大增多;

按器件分类

酶传感器

酶的催化作用是在一定条件下使底物分解，故酶的催化作用实质上是加速底物分解速度。

酶传感器由固定酶和基础电极组成，酶电极的设计主要考虑酶催化过程产生或消耗的电极活性物质，如一个酶催化反应是耗O2过程，就可以使用O2电极或H2O2电极;若酶催化反应过程产生酸，即可使用PH电极。

葡萄糖传感器

工作原理：测量氧消耗量的葡萄糖传感器+测H2O2生成量的葡萄糖传感器

氧化酶(GOD)：葡萄糖+H2O+O2――――――→葡萄糖酸+H2O2

故葡萄糖浓度测试方法有三种：1、测耗量O2; 2、测H2O2生成量;3、测由葡萄糖酸而产生的PH变化。

微生物传感器

微生物传感器分为好气性微生物传感器和厌气性微生物传感器。将传感器放入含有有机化合物的被测溶液中，有机物向微生物膜扩散而被微生物摄取(称为资化)。

好气性微生物传感器

微生物的呼吸可用氧电极或二氧化碳电极来测定结构。

厌气性微生物传感器

可测定微生物代谢产物，可用离子选择电极来测定。

甲酸传感器(厌气性)原理：将产生氢的酪酸梭状芽菌固定在低温胶冻膜上，并把它固定在燃料电池Pt电极上；当传感器浸入含有甲酸的溶液时，甲酸通过聚四氟乙烯膜向酪酸梭状芽菌扩散，被资化后产生H2,而H2又穿过Pt电极表面上的聚四氟乙烯膜与Pt电极产生氧化还原反应而产生电流，此电流与微生物所产生的H2含量成正比，而H2量又与待测甲酸浓度有关，因此传感器能测定发酵溶液中的甲酸浓度。

免疫传感器

免疫传感器基本原理是免疫反应。利用固定化抗体(或抗原)膜与相应的抗原(或抗体)的特异反应，使得生物敏感膜的电位发生变化。

抗原或抗体一经固定于膜上，就形成具有识别免疫反应强烈的分子功能性膜。如，抗原在乙酰纤维素膜上进行固定化，由于蛋白质为双极性电解质，(正负电极极性随PH值而变)所以抗原固定化膜具有表面电荷。其膜电位随膜电荷要变化。故根据抗体膜电位的变化，可测知抗体的附量。

现代医用传感器技术已经摆脱了传统医用传感器体积大、性能差等技术缺点，形成了智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等全新的发展方向，并取得了一系列的技术突破。其他一些新型的传感器如DNA传感器，光纤传感器等也方兴未艾。医用传感器技术的革新必将推动现代临床医学的更快发展。

随着信息时代的到来,传感器技术已经成为信息社会的重要技术基础,而医学传感器也势必要紧紧抓住这一机遇,努力朝着智能化、微型化、多参数、可遥控和无创检测等方面发展，为促进现代医学发展提供重要推动力。相信在医用传感器不断提高其科技含量的同时，医用传感器在医学领域中的应用也将越来越广泛。

文章来源： 嘉丰芯城，科技日报，传感器专家网，汉洁集团