一、課程簡介

生物傳感器（Biosensor）是一種用于檢測生物分子并將其濃度轉(zhuǎn)換為可用信號的分析裝置，其通常有兩個主要組成部分：（1）生物分子識別元件/感受器（例如酶、抗體、抗原、微生物、細(xì)胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）；（2）信號轉(zhuǎn)換器/換能器（例如電化學(xué)電極、光學(xué)檢測元件、熱敏電阻、場效應(yīng)晶體管、壓電晶體、表面等離子體共振器件等）。此外，信號放大器和處理器也會根據(jù)實際的分析需求而進(jìn)行配置。當(dāng)待測物與生物分子識別元件特異性結(jié)合后，所產(chǎn)生的復(fù)合物（或光、熱等能量）通過信號轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡娦盘柣蚬庑盘?，并?jīng)過放大處理后輸出可用信號，從而達(dá)到檢測/分析目標(biāo)生物分子濃度的目的。

生物傳感器組成部分示意圖（DOI: 10.3390/s151229783）

根據(jù)生物分子識別元件類型，生物傳感器可以分為酶傳感器、免疫（抗原或抗體）傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細(xì)胞器傳感器、核酸傳感器等。根據(jù)信號轉(zhuǎn)換器類型，生物傳感器可以分為電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、比色傳感器、質(zhì)量傳感器、熱量傳感器等。其中，電化學(xué)傳感器主要包括電位（電勢）型、電流（安培）型、阻抗型、電導(dǎo)型等；光學(xué)傳感器主要包括熒光型、化學(xué)發(fā)光型、光譜吸收型、表面增強(qiáng)拉曼散射型、表面等離子體共振型等。目前，血糖監(jiān)測市場上的主流技術(shù)路線是電化學(xué)法，逐漸取代了比色法，而光學(xué)法則成為近些年發(fā)展較快的技術(shù)路線。

生物傳感器分類（DOI: 10.3390/molecules26102940）

1962年，Clark和Lyons首次提出了“在化學(xué)電極的敏感膜中加入酶以實現(xiàn)對目標(biāo)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分析”的設(shè)想。1967年，Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶（GOD）固定化膜和氧電極組裝在一起，研制出首個生物傳感器——電化學(xué)葡萄糖傳感器。后續(xù)的電化學(xué)葡萄糖傳感器發(fā)展歷程，根據(jù)電子傳遞機(jī)制，可以分為四個階段：（1）以天然介體（氧氣）為電子受體的第一代（有酶）傳感器；（2）以人工介體為電子受體的第二代（有酶）傳感器；（3）無介體的直接電子傳遞的第三代（有酶）傳感器；（4）基于電催化活性納米材料的直接電子傳遞的第四代（無酶）傳感器。長期以來，生物傳感器一直是相當(dāng)活躍的科技研究方向，并逐步從實驗室走向大眾市場。如今，生物傳感器已被應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)、食品安全、畜牧獸醫(yī)、環(huán)境監(jiān)測、發(fā)酵工程、軍事和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。

四代電化學(xué)葡萄糖傳感器示意圖（DOI: 10.3390/bios12121136）

四代電化學(xué)葡萄糖傳感器優(yōu)缺點（DOI: 10.3390/bios12121136）

糖尿病是由遺傳和環(huán)境因素共同作用而引起的一組以糖代謝紊亂為主要表現(xiàn)的臨床綜合征，由于患病人數(shù)逐年上升，已成為危害人類健康的第三大殺手。由于糖尿病目前無法治愈，患者需要長期服藥和干預(yù)，一旦疏于護(hù)理便可引發(fā)眼、腎、神經(jīng)、血管、心臟等器官的一系列慢性并發(fā)癥，給患者家庭和社會帶來了沉重的負(fù)擔(dān)。血液葡萄糖濃度是臨床上診斷糖尿病的有效指標(biāo)，同時也可作為糖尿病日?？刂?、代謝綜合癥進(jìn)展預(yù)測的依據(jù)。過去十多年來，血糖監(jiān)測行業(yè)見證了重大變革——從電化學(xué)測試條（electrochemical test strips）向連續(xù)血糖監(jiān)測貼片（CGM patch）轉(zhuǎn)變。2010年至2021年期間，連續(xù)血糖監(jiān)測市場的復(fù)合年增長率（CAGR）超過了25%。該市場主要由三家美國醫(yī)療科技廠商推動發(fā)展，它們是雅培（Abbott）、美敦力（Medtronic）和德康（Dexcom）。連續(xù)血糖監(jiān)測還使自動胰島素給藥系統(tǒng)的開發(fā)成為可能，推動胰島素泵市場增長，對胰島素給藥行業(yè)帶來變化。

血糖監(jiān)測行業(yè)變革：電化學(xué)測試條→連續(xù)血糖監(jiān)測貼片

2010年~2021年連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）市場增長情況
（來源：《糖尿病管理技術(shù)及市場-2022版》）

鑒于此，麥姆斯咨詢邀請生物傳感器領(lǐng)域的科研學(xué)者及企業(yè)高管，為大家梳理生物傳感器發(fā)展之路，重點傳授葡萄糖傳感器及血糖監(jiān)測方面的知識和經(jīng)驗。本次課程內(nèi)容包括：（1）生物MEMS與傳感器及健康醫(yī)療應(yīng)用；（2）場效應(yīng)晶體管（FET）生物傳感器；（3）單細(xì)胞可穿戴微納生物芯片技術(shù)；（4）血糖監(jiān)測傳感技術(shù)及系統(tǒng)綜述；（5）連續(xù)血糖監(jiān)測生物傳感器及系統(tǒng)；（6）連續(xù)血糖監(jiān)測傳感器微電極制造及產(chǎn)品開發(fā)；（7）集成納米壓印的微型MEMS柔性血糖傳感器；（8）基于葡萄糖敏感型水凝膠的連續(xù)血糖監(jiān)測技術(shù)；（9）可穿戴柔性電化學(xué)葡萄糖傳感器；（10）類皮膚表面生物傳感體系及其無創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測功能；（11）基于呼吸氣體分析的血糖監(jiān)測技術(shù)。

審核編輯：劉清