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、細胞、組織、核酸等生物活性物質）；（2）信號轉換器/換能器（例如電化學電極、光學檢測元件、熱敏電阻、場效應晶體管、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實際的分析需求而進行配置。當待測物與生物分子識別元件特異性結合后，所產生的復合物（或光、熱等能量）通過信號轉換器變為電信號或光信號，并經過放大處理后輸出可用信號，從而達到檢測/分析目標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、細胞器傳感器、核酸傳感器等。根據信號轉換器類型，生物傳感器可以分為電化學傳感器、光學傳感器、比色傳感器、質量傳感器、熱量傳感器等。其中，電化學傳感器主要包括電位（電勢）型、電流（安培）型、阻抗型、電導型等；光學傳感器主要包括熒光型、化學發光型、光譜吸收型、表面增強拉曼散射型、表面等離子體共振型等。目前，血糖監測市場上的主流技術路線是電化學法，逐漸取代了比色法，而光學法則成為近些年發展較快的技術路線。

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

1962年，Clark和Lyons首次提出了“在化學電極的敏感膜中加入酶以實現對目標物質進行選擇性分析”的設想。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——電化學葡萄糖傳感器。后續的電化學葡萄糖傳感器發展歷程，根據電子傳遞機制，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，生物傳感器已被應用于臨床醫學、食品安全、畜牧獸醫、環境監測、發酵工程、軍事和科學研究等諸多領域。

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

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

糖尿病是由遺傳和環境因素共同作用而引起的一組以糖代謝紊亂為主要表現的臨床綜合征，由于患病人數逐年上升，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，一旦疏于護理便可引發眼、腎、神經、血管、心臟等器官的一系列慢性并發癥，給患者家庭和社會帶來了沉重的負擔。血液葡萄糖濃度是臨床上診斷糖尿病的有效指標，同時也可作為糖尿病日常控制、代謝綜合癥進展預測的依據。過去十多年來，血糖監測行業見證了重大變革——從電化學測試條（electrochemical test strips）向連續血糖監測貼片（CGM patch）轉變。2010年至2021年期間，連續血糖監測市場的復合年增長率（CAGR）超過了25%。該市場主要由三家美國醫療科技廠商推動發展，它們是雅培（Abbott）、美敦力（Medtronic）和德康（Dexcom）。連續血糖監測還使自動胰島素給藥系統的開發成為可能，推動胰島素泵市場增長，對胰島素給藥行業帶來變化。

血糖監測行業變革：電化學測試條→連續血糖監測貼片

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

鑒于此，麥姆斯咨詢邀請生物傳感器領域的科研學者及企業高管，為大家梳理生物傳感器發展之路，重點傳授葡萄糖傳感器及血糖監測方面的知識和經驗。本次課程內容包括：（1）生物MEMS與傳感器及健康醫療應用；（2）場效應晶體管（FET）生物傳感器；（3）單細胞可穿戴微納生物芯片技術；（4）血糖監測傳感技術及系統綜述；（5）連續血糖監測生物傳感器及系統；（6）連續血糖監測傳感器微電極制造及產品開發；（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血糖監測技術；（9）可穿戴柔性電化學葡萄糖傳感器；（10）類皮膚表面生物傳感體系及其無創連續血糖監測功能；（11）基于呼吸氣體分析的血糖監測技術。

審核編輯：劉清