传感器——世界市场的热门商品

第7版(国际)
专栏：

传感器——世界市场的热门商品
卢继传
如果没有眼、耳、鼻、舌和皮肤感知外界信息，并传递到大脑，那么，再聪明的大脑也是难以起作用的。同样，电脑也必须有获得和传递信息的器件配合，否则，它也无法工作。当前，美、日等国大力研制一种器件，称之为传感器，诸如化学传感器、生物传感器等等。它们被称为“电脑的五官”，担负感知和传递信息的任务。
自然界中有各种信息，如温度、湿度、声音、气体、磁、光和力等，人们可以根据需要制作不同用途的传感器，以感知不同类型的外界信息。目前，生物传感器最令人注目。它以模拟生物细胞的识别机能来感知和传递信息。它的简单原理是，利用生物的特异性反应原理，将所接受的感觉信息转换成可定量的电信号或光信号，从而做出快速检测。
生物传感器的进展很快。六十年代，美国首先开发了酶传感器。人们利用酶能够专一地识别分子的独有能力，研制生物传感器的最初构型——葡萄糖酶电极。它能够测定血或尿中葡萄糖的含量。研究人员将葡萄糖酶膜固定在氧电极上，在酶膜上葡萄糖和氧作用生成葡萄糖酸。同时使氧电极的输出电流相应减少，这一平衡电流的减少与溶液中葡萄糖的浓度在一定的范围内成正比。这样通过血或尿中葡萄糖含量的测定来判断是否患有糖尿病。现在，酶电极已进入商品阶段，出现多种类型的酶电极。如将葡萄糖酶换成其它如胆固醇的酶电极，就可以通过测定血液中相应成分的含量来判断是否患有心血管病。
七十—八十年代以来，美、日大力研制生物传感器，像免疫传感器等纷纷问世。美国近年研制的免疫传感器是利用抗体具有对特定抗原分子的选择识别能力，应用于梅毒病、血型分析与鉴定，引起了医学界的兴趣。反响更大的是，一九八六年日本和美国几家公司的研究人员研制一种廉价的生物传感器，它使糖尿病患者呆在自己家中就能监测血液中的葡萄糖含量。下一步，他们将研制能植入人体的生物传感器。如一个安放于静脉或动脉中的葡萄糖传感器，它能持续不断地监测血糖含量，并将指令送给一个植入的胰岛素泵。类似的生物传感器将能帮助神经失常的病人控制药物的释放或为癌症患者监测所用的化学药物。
美国科学家正奋力设计的植入体内生物传感器还能帮助修补损伤的神经系统，甚至把人工传感器官与大脑连接起来。据称，这是不容易的，研究人员还未能制造出坚韧可靠、可在体内长期使用而不受损坏或排斥的传感器，但这方面研究工作正在取得进展。
目前，生物传感器正向高性能微型化方向发展。如酶传感器已发展到用于病人的床头连续监护、工业发酵和环境污染的监控，进入了高效率、高灵敏、微型化的开发阶段。日本电气株式会社研究人员一九八四年制作一种生物传感器，其大小只有0.6×0.4毫米，用它来测定血液中尿素的浓度只需三十秒钟。他们还积极研制能化验血液和尿液中各种成分、测定糖、蛋白质、胆固醇等物质的多功能生物传感器。一九八七年，日本工业技术研究院电子技术综合研究所与东亚合成化学工业会社合作，成功研制出一种人工细胞生物传感器，它具有很高的灵敏度，检查癌症仅需二十秒，并可用于工业及环境检测；同年，日本这家研究所还研制出一种小型的人体磁场传感器，它能测定出脑中心部位的极微弱磁场，以及测定通常状态下产生的心脏磁场和脑磁场。
美国《新闻周刊》早就做出预测，生物传感器的发展前景诱人，在未来的十年内，它将在世界市场上成为药物、食品加工、环境监测和防卫方面的热门商品。据预测，在不久的将来，模仿生物感觉系统的智能生物传感器将成为现实。