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從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng),生命傳感器的跨界應(yīng)用
來(lái)源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2018/8/10

  2016年初,美國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)了一只可以聞出甲狀腺癌的德國(guó)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(shí)會(huì)躺下,而當(dāng)樣本正常時(shí)則會(huì)走開(kāi),研究人員對(duì)34名患者進(jìn)行檢測(cè)時(shí),成功率達(dá)到了88%。


  88%的成功率,這是一個(gè)什么概念?通常甲狀腺癌的檢測(cè)和診斷需要專(zhuān)業(yè)的儀器和復(fù)雜的生化檢驗(yàn)過(guò)程,目前是通過(guò)檢測(cè)人體血液中的激素水平和提取細(xì)胞來(lái)進(jìn)行診斷,檢測(cè)周期至少需要一天,若需要細(xì)胞培養(yǎng)或者通過(guò)DNA測(cè)序進(jìn)行診斷的,則需要長(zhǎng)達(dá)數(shù)周的時(shí)間。


  多年前曾有這樣一本英文書(shū),書(shū)名叫《我在雨中等你》,是美國(guó)作家加思·斯坦創(chuàng)作的一本通俗小說(shuō)。書(shū)里講述了一只擁有人類(lèi)靈魂的狗狗和他賽車(chē)手主人的故事。書(shū)里的狗聞到了男主人老婆的腦瘤疾病,而書(shū)里描述的醫(yī)院和醫(yī)生都無(wú)法提前診斷出女主人的毛病。由此看來(lái),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(guó)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(guò),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(lái)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(guó)白金漢郡醫(yī)院使用生物檢測(cè)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(guó)腸胃病學(xué)會(huì)志》上刊登的一篇研究文章表明,一只經(jīng)過(guò)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(lèi)是否患有結(jié)腸直腸癌,成功率達(dá)到91%。


  德國(guó)的研究人員在《歐洲呼吸雜志》上發(fā)表報(bào)告說(shuō),嗅癌犬能辨別肺癌,準(zhǔn)確率超過(guò)70%。這里提到的“嗅癌犬”,包括德國(guó)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(dòng)物有這樣的能力嗎?


  在費(fèi)城,科學(xué)家們訓(xùn)練出一批老鼠來(lái)識(shí)別肺癌的味道,原理和哺乳動(dòng)物靈敏的嗅覺(jué)有關(guān)。昆蟲(chóng)也可以聞出疾病,世界上只有四個(gè)實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行昆蟲(chóng)診斷疾病的實(shí)驗(yàn)。


  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(shí)蜜蜂的這種能力可以用來(lái)診斷肺結(jié)核和糖尿病等多種疾病。英國(guó)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師Suana Soares設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單的用蜜蜂來(lái)診斷疾病的裝備,稱(chēng)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(gè)大的容器中間有一個(gè)相互連接的大小容器,病人向容器中吹氣,里面的蜜蜂會(huì)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(guò)訓(xùn)練能將糖和疾病相關(guān)的化學(xué)氣味聯(lián)系起來(lái)并發(fā)出警告信號(hào)。最終這種Bee's設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中只能測(cè)出糖尿病。


  通過(guò)訓(xùn)練動(dòng)物和昆蟲(chóng)來(lái)診斷疾病的臨床應(yīng)用,這里有兩個(gè)門(mén)檻:一個(gè)是準(zhǔn)確率,另一個(gè)是訓(xùn)練成本和周期。為了解決這兩個(gè)門(mén)檻,科學(xué)家們開(kāi)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(kāi)始利用氣體在電極上的氧化還原反應(yīng)原理開(kāi)始了“電子鼻”的研究。1965年,Dravieks等利用接觸電勢(shì)的變化實(shí)現(xiàn)了“電子鼻”對(duì)氣體的測(cè)量。1987年,Gardner等研發(fā)了能測(cè)量氣體的傳感器,提出了“模式識(shí)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(cè)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(guó)的科學(xué)家發(fā)明了一種能夠聞出感染了抗藥性極強(qiáng)的“超級(jí)細(xì)菌”患者的“電子鼻”。這種電子鼻的體積大約有兩臺(tái)電腦顯示器大小,售價(jià)估計(jì)在6萬(wàn)英鎊左右。2010年,以色列科學(xué)家研發(fā)出“電子鼻”,只要通過(guò)簡(jiǎn)單的呼吸測(cè)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(gè)部門(mén),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(lèi)和飲料、環(huán)保監(jiān)測(cè)、臨床診斷。此外,“電子鼻”還用于商檢、微生物鑒別、藥物分類(lèi)與辨別、宇航等部門(mén),以及檢查爆炸物品、槍支彈藥、毒品與其他違禁物品等。


  其實(shí)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?cè)诘诙轮杏性敿?xì)的介紹,不過(guò)多展開(kāi),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(cè)、農(nóng)業(yè)檢測(cè)、工業(yè)過(guò)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(shí)檢測(cè)(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(chǎng)調(diào)研公司PMR(Persistence Market Research)發(fā)布的報(bào)告,2014年生物傳感器市場(chǎng)的市值為129億美金,預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到225億美金,復(fù)合年增長(zhǎng)率(CAGR)為9.7%。其中北美是全球生物傳感器的最大市場(chǎng),2014年市值57億美金,預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到95億美金。亞太地區(qū)由于醫(yī)療保險(xiǎn)普及率的不斷擴(kuò)大、人口基數(shù)大以及衛(wèi)生保健系統(tǒng)的不斷升級(jí),將成為增長(zhǎng)最快的地區(qū)。


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