發(fā)布日期：2017-04-27
在美國舊金山的杜比實(shí)驗(yàn)室里面，有一間精心設(shè)計(jì)的隔音客廳，被邀請(qǐng)的受訪者需要佩戴一頂掛滿金屬紐扣的皮帽，坐在皮革沙發(fā)上面，手腕上也被套上一個(gè)類似Apple Watch的穿戴設(shè)備。整個(gè)氛圍充滿了黑科技的氣息。
生物電子的“風(fēng)口時(shí)代”
這是一頂帶有64通道的EEG帽，上面嵌入的是能夠測量大腦神經(jīng)元產(chǎn)生的電活動(dòng)的生物傳感器，手腕上佩戴的實(shí)際上是一個(gè)能夠測量心率和皮膚電反應(yīng)的跟蹤儀。事實(shí)上，房間中還架設(shè)了熱成像相機(jī)，能夠即時(shí)觀察受訪者的皮膚溫度變化。除此以外，受訪者的指尖還帶有一個(gè)能夠測量脈搏血氧的小型設(shè)備。
這間完整的生物物理實(shí)驗(yàn)室，是2015年的時(shí)候由杜比實(shí)驗(yàn)室構(gòu)思策劃建立的，負(fù)責(zé)該項(xiàng)目的首席科學(xué)家Poppy Crum對(duì)外宣布其目的是為了更好的理解人類對(duì)視頻和音頻體驗(yàn)。事實(shí)上在2012年，該團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)開始研究人類對(duì)視頻和音頻的生理反應(yīng)。
杜比實(shí)驗(yàn)室并不是第一家采用這些先進(jìn)的生物傳感器來研究人機(jī)互動(dòng)技術(shù)的公司。美國Electrozyme公司研制出一款內(nèi)置生物傳感器的腕帶，能夠直接讀取皮膚表面滲透出來的汗液內(nèi)化學(xué)信息數(shù)據(jù)，通過內(nèi)置的算法和處理器采集和分析人類身體在劇烈運(yùn)動(dòng)過程的反應(yīng)；布朗大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)出一種新型傳感器，能夠利用人體唾液而不是血液來檢測血糖水平，真正做到無創(chuàng)級(jí)別的血糖監(jiān)測；美軍在2014年開發(fā)出一種嵌入繃帶中的生物傳感器，能對(duì)軍人汗液中的流動(dòng)物質(zhì)進(jìn)行跟蹤，從而監(jiān)測健康狀況來提升作戰(zhàn)時(shí)的表現(xiàn)；意大利的科學(xué)家們利用DNA開發(fā)了一種傳感器，可以對(duì)癌癥細(xì)胞產(chǎn)生的化學(xué)變化進(jìn)行檢測并作出反應(yīng)，從而幫助將藥物成功運(yùn)送進(jìn)腫瘤細(xì)胞進(jìn)行治療作用。
生物電子時(shí)代的“發(fā)動(dòng)機(jī)”
根據(jù)全球知名市場調(diào)研公司PMR(Persistence Market Research) 發(fā)布的一份新報(bào)告，未來6年，全球生物傳感器 (biosensor) 市場將經(jīng)歷快速增長，該市場2014市值為129億美元，到2020年將達(dá)到225億美元，復(fù)合年增長率 (CAGR) 為9.7%。按地理劃分，北美是全球生物傳感器的最大市場，2014年市值57億美元，預(yù)計(jì)到2020年將達(dá)到95億美元，預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率 (CAGR) 為8.9%。而由于醫(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)，亞太地區(qū)將成為增長最快的地區(qū)。
多年前美國化學(xué)協(xié)會(huì)召開的一個(gè)會(huì)議上面，曾經(jīng)有科學(xué)家展示過DNA傳感器的應(yīng)用場景。這種DNA傳感器也稱為基因傳感器，是生物傳感器的一種，能將目標(biāo)DNA的存在轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓹z測的電信號(hào)的一種傳感裝置。這種靈敏快速準(zhǔn)確的傳感器非常適合醫(yī)學(xué)檢測，包括傳染性疾病、遺傳學(xué)疾病以及惡性腫瘤等疾病上面的檢測。在納米膜技術(shù)發(fā)展推動(dòng)下，DNA傳感器在“即時(shí)檢測”的應(yīng)用會(huì)越來越廣。
傳感器的跨界應(yīng)用，對(duì)生物傳感器的需求能做到無縫切入，將是未來的趨勢。未來十年內(nèi)“即時(shí)檢測”的潮流會(huì)到來。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實(shí)現(xiàn)個(gè)性化。生物傳感器的發(fā)展，不再是像智能手表或者健身手環(huán)那樣，而是通過3D打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的需求。近日，美國研究人員宣布開發(fā)出一種3D打印的可植入血壓傳感器裝置。美國勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家創(chuàng)造了一個(gè)納米級(jí)別的“模孔蛋白”，這種碳納米管能在體內(nèi)用于運(yùn)輸藥物，作為新型的生物傳感器和DNA測序的應(yīng)用基礎(chǔ)。梅奧診所和無線傳感器公司Gentag日前也宣布，雙方計(jì)劃開發(fā)一次性的無線可穿戴貼片傳感器，面積只有藥膏般大小，能和智能手機(jī)整合進(jìn)行糖尿病、肥胖癥和相關(guān)疾病的監(jiān)控。
隨著生物傳感器整合3D技術(shù)和納米技術(shù)推動(dòng)下，更多的穿戴設(shè)備將被重新定義，不僅在物理形態(tài)上，而且在和人類身體無縫對(duì)接上面，更是帶給我們無限的想象空間。
正是生物傳感器技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了生物電子學(xué)領(lǐng)域的“風(fēng)口”到來。
生物電子的商業(yè)化之路
2016年8月1日，英國葛蘭素史克 (GSK) 和美國公司Verily宣布投資5.4億英鎊聯(lián)手創(chuàng)建GalvaniBioelectronics（生物電子），標(biāo)志著生物電子在醫(yī)療領(lǐng)域的商業(yè)化開始了更大空間的發(fā)展。
葛蘭素史克由葛蘭素威康和史克必成合并而成，于2000年12月成立。兩家公司的歷史均可追溯至19世紀(jì)中葉，各自在一個(gè)多世紀(jì)的不斷創(chuàng)新和數(shù)次合并中，在醫(yī)藥領(lǐng)域都確立了世界級(jí)的領(lǐng)先地位。目前GSK已經(jīng)是全球Top5的生物醫(yī)藥企業(yè)之一。從2012年開始，GSK就已經(jīng)關(guān)注生物電子領(lǐng)域，在全球開展了50多項(xiàng)研究。
那么，美國公司Verily又是什么來歷呢？原來，這家公司是由谷歌神秘的Google X實(shí)驗(yàn)室分拆出來的Google Life Sciences改名以后的子公司。過去幾年這家公司一直在秘密的進(jìn)行著兩項(xiàng)改變世界的項(xiàng)目：1. 開發(fā)一款與電影《星際迷航》中的醫(yī)用“三錄儀”（Tricorder）類似的設(shè)備用于治療癌癥；2. 開發(fā)一款能夠檢測眼淚中血糖的隱形眼鏡。但是這兩個(gè)項(xiàng)目一直以來都是處于“雷聲大雨點(diǎn)小”的狀態(tài)。
谷歌聯(lián)合創(chuàng)始人Sergey Brin曾透露說，之前谷歌血糖檢測隱形眼鏡的想法激發(fā)了Verily的形成，該公司在其網(wǎng)站上推出了一些產(chǎn)品，這些設(shè)備都能輕松融入到人們的日常生活之中。雖然這家公司的項(xiàng)目極具黑科技的風(fēng)格，但卻在產(chǎn)品開發(fā)的道路上面臨眾多的質(zhì)疑。谷歌很多的劃時(shí)代項(xiàng)目都是起源于“先啟動(dòng)，再開發(fā)”的原則，在醫(yī)療健康領(lǐng)域，這家公司的做法和傳統(tǒng)的生物科技公司往往背道而馳。絕大多數(shù)的生物科技公司起初都是秘密運(yùn)營的，一旦對(duì)外公開，就意味著得到了一些“力量”的支持，目前為止，Theranos和Verily是例外，這兩家公司的高層都非常高調(diào)，熱衷于游走在媒體之間獲得關(guān)注。
盡管這兩家公司聯(lián)合進(jìn)軍生物電子在醫(yī)療的應(yīng)用領(lǐng)域，也無法證明其能夠在未來壟斷這個(gè)領(lǐng)域的一些核心技術(shù)。生物電子是一個(gè)處于爆發(fā)前期的領(lǐng)域，這里面有兩個(gè)重要的組成部分：生物傳感器和生物信息。
生物電子的未來趨勢
生物電子學(xué)研究包含兩個(gè)方面：一是研究生物體系的電子學(xué)問題，包括生物分子的電子學(xué)特性、生物系統(tǒng)中信息存貯和信息傳遞，由此發(fā)展基于生物信息處理原理的新型計(jì)算技術(shù)；二是應(yīng)用電子信息科學(xué)的理論和技術(shù)解決生物學(xué)問題，包括生物信息獲取、生物信息分析，也包括結(jié)合納米技術(shù)發(fā)展生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)及輔助治療技術(shù)，開發(fā)微型檢測儀器。
在商業(yè)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用領(lǐng)域，生物電子的這兩個(gè)研究方向，形成了：1. 生物傳感器的核心技術(shù)，包括超導(dǎo)技術(shù)（超聲波神經(jīng)腦機(jī)交互）、生物芯片技術(shù)（蛋白質(zhì)和DNA分子）、生物納米技術(shù)（生物納米傳感器）等；2. 生物信息的核心技術(shù)，包括生物信息采集技術(shù)（生命數(shù)據(jù)化）、生物信息系統(tǒng)的建模（生物信息分析算法）、生物信息解讀系統(tǒng)（基因信息解讀和腦機(jī)交互信息解讀）等。
未來生物電子領(lǐng)域發(fā)展的兩個(gè)趨勢也會(huì)到來：1. 生物傳感器相關(guān)設(shè)備的小型化；2. 生物信息相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)的專業(yè)化。這兩個(gè)趨勢會(huì)在商業(yè)市場中形成上千家細(xì)分的專業(yè)型科技公司，大量互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的軟件工程師和產(chǎn)品經(jīng)理將會(huì)涌入到生物信息科技公司，眾多醫(yī)療領(lǐng)域的自動(dòng)化工程師和科技人才會(huì)轉(zhuǎn)型到生物傳感器相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)公司。
來源：基因空間
