可穿戴生物传感设备的最新进展,市场规模超25亿

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

可穿戴设备以其对人体生理信息动态、连续及实时的监控对我们的日常生活产生了广泛影响，在大健康行业得到了广泛的关注。不过，目前已经商业化的可穿戴设备主要实现心电图（ECG）和光电容积图（PPG）测量心率，分别属于电化学和光学生物传感器类型。

除了这两类传感器，可穿戴设备其实还有一类更具价值的生物传感器。生物传感器通过无创测量体液中的生化标志物来反映生理状态。这些生物标志物主要包括汗液、泪液、唾液和间质液，以及体液中的代谢物、细菌及激素等。

可穿戴生物传感器在医疗应用上前途无量，但在大规模商业化之前，还有很多问题需要解决。美国Nature杂志对该行业的最新进展进行了详细的介绍，动脉网对报告进行了编译，借此让大家对可穿戴生物传感器的现状及发展有所了解。

可穿戴式生物传感器前途无量

根据来自Grand View Research的市场报告，2016年，全球可穿戴设备市场规模约为1.5亿美元；预计其将在2025年达到28.6亿美元。新增市场规模中的很大一部分预计将由可穿戴生物传感器构成。

虽然可穿戴无创生物传感平台的商业化速度慢于预期一定程度上降低了市场预期。但随着该领域在技术上的突破，很多人仍然看好可穿戴生物传感器的市场前景。

目前，可穿戴设备主要采用物理传感器，用于监测行动能力和生命体征，如步数、热量消耗或心率。随着研究人员从跟踪体育锻炼活动扩展到关注解决医疗保健应用，比如糖尿病管理或者老年人的远程监控，可穿戴设备需要进行自我革新。

研究人员投入了大量努力来开发可穿戴生物传感器。通过将生物识别元件集成到传感器上，可穿戴生物传感器迅速从报告中的概念验证转换为实物，体现了该领域巨大的发展潜力。

基于糖尿病管理的巨大市场前景，微创血糖监测设备是可穿戴生物传感器中最受人关注的方向之一，也是最接近商业化的方向之一。

我们先来看看典型生物传感器的构成，它包含两个基本功能单元：负责选择性识别生物标志物（酶、抗体或DNA）的生物受体，以及负责将生物识别过程转换为有用信号的物理或化学传感器。

最早的生物传感器可以追溯到上世纪五六十年代。随着近年来无创取样及监测技术逐渐成熟，利用无创可穿戴生物传感设备替代常规的血液检测越来越接近现实。这种设备具有高度特异性、快速便携以及低成本低功耗等优点。

生物传感器平台以无创的方式对包括汗水、眼泪、唾液或间质液（ISF）在内的体液进行取样，并对其所含的生物标志物进行化学分析。无创的方式意味着取样过程可以随时方便地进行，且不用担心有创取样可能导致的伤害或感染。这种方式已经被广泛应用于各种应用场景。

可穿戴生物传感器依赖于高度特异的生物受体。这些生物受体能够在生理条件下识别复杂样品中的目标生物标记物及相关浓度。这一技术的推广也要求对体液的生化组成有深入的了解，如汗液或眼泪的生化组成及其与血液化学的关系。另外，为了实现在不会造成佩戴者不适的前提下无创采样，生物传感器还需要使用先进的材料和设计，从而提供必要的灵活性和延展性。

目前，可穿戴生物传感器主要分为三类，分别是表皮可穿戴生物传感器、眼部可穿戴生物传感器和口腔可穿戴生物传感器。

表皮可穿戴生物传感器

人类身体的绝大部分都为皮肤所覆盖。因此，在各种穿戴式生物传感器中，通过皮肤接触的表皮可穿戴生物传感器最受人关注。

表皮可穿戴生物传感器可以在皮肤表面对汗液或间质液采样，并对其中的生物标志物进行实时分析或连续监控。这类传感器通常依赖于生物受体以生物催化和离子识别标志物，并以光学、电化学或机械等不同的传导模式相结合。目前，电化学和色差是两种主要的传导模式。

通过将传感器直接与皮肤贴合，表皮可穿戴设备已经成为现实。目前，常见的传感器集成方式包括电子皮肤、临时打印的纹身、腕带、贴片或者直接嵌入纺织品等几种方式。这些集成方式可以确保传感器与皮肤紧密接触，并能在身体运动时承受机械压力。

表皮体液（汗液及间质液）的分泌和组成