你的健康「光」知道

图一 : 1980年穿戴式产品用感测技术的演变和历史（source：Science translational medicine；作者整理）

【作者： 卢杰瑞】

近年来，伴随着医疗手法已从治疗医学转向预防医学，对高感度生物感测技术的需求不断增加。例如，透过比以往更高灵敏度的检测疾病的生物分子，可提早发现疾病，从而及时采取各种医疗措施来延长健康预期寿命。此外，在COVID-19和后COVID时代，对于生物感测的应用需要更高的灵敏度，来达到防止各种变异病毒的散播感染。其中，利用高感度光学生物感测技术所开发出的穿戴式产品，也就成为预防医学领域中备受关注的技术。

先进的光学生物感测元件已经被广泛的应用，包括医疗健康监测、远端监测、家庭照护、疾病检测、农药残留现场监测等。尤其对于监测血压、血氧、体温、血糖、体液、脉搏和心率、电解质、药物、内分泌和代谢等的医疗健康监测方面，近年来更是光学生物感测元件最大的应用市场，而所展现出来的各种产品外貌，包括智慧手表、手套、贴片、纹身、面罩、腕带、衣服和血糖机。

各式的光学生物感测器

光学生物感测器主要是透过测量波长、相位和强度的变化来测量各种变化，包括化学、物理和生物变化。所以关键组件包括了软性基板、将一种讯号转换为另一种讯号的感测结构以及目标分析物。

为了提高感测器的性能，需要自组装单层、多孔材料以及水凝胶或聚合物涂层。对于各种生物感测器设计，已经有各种二维材料，包括碳和碳衍生的奈米材料，以及过渡金属二硫化物基材料被开发出来。也因此，基于不同的量测目标采用了不同的原理与材料，开发出各种光学生物感测元件来达到所期望的量测结果。以下将简单说明目前较为主流的几种光学生物感测元件技术与结构。

色度感测器

色度生物感测器是一种基于水凝胶的表皮多讯号感测器，该水凝胶是利用各种二元溶剂（例如甘油和水）中用单宁酸、聚丙烯酸和聚丙烯?胺，涂覆纤维素奈米晶体而制成的，经过20℃长期保存45天候，可产生良好的附着力、拉伸性、透明度，更可同时监测pH、温度和光周（light simultaneously），主要用于监测汗液生物标志，包括氯化物（25~100 mM）、葡萄糖（25~100 μm）、pH值（5.0~6.5）和乳酸浓度（5~20 mM），以及出汗率、流失量和温度（32~37°C）。

萤光感测器

利用萤光技术的微流体生物感测器，可用来量测汗液中氯化物、钠和锌的浓度。如图二所示，将检体和萤光试剂放置在微室内，当汗液和萤光形成混合物时，可从萤光微室中去除遮光膜，并利用智慧手机的光学模组捕获微室的萤光影像。采用纤维素材料的萤光穿戴式贴片可对葡萄糖、乳酸、pH、氯化物和汗液生物标记进行多重感测。

图一 : 1980年穿戴式产品用感测技术的演变和历史（source：Science translational medicine；作者整理）

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2023.10月(第383期)AI智慧医疗