加州理工學(xué)院：研究可穿戴式無創(chuàng)傳感器可通過監(jiān)測汗液確定是否有炎癥跡象

傳感新品

【加州理工學(xué)院：研究可穿戴式無創(chuàng)傳感器可通過監(jiān)測汗液確定是否有炎癥跡象】

研究人員開發(fā)了一種可穿戴式非侵入性傳感器，可以監(jiān)測佩戴者汗液中炎癥的生物標志物。他們表示，患有慢性炎癥疾病的人可以在家中使用該設(shè)備。炎癥與一系列精神和身體疾病有關(guān)，包括全球三大殺手：缺血性心臟病、中風(fēng)和慢性阻塞性肺病 (COPD)。

雖然急性炎癥反應(yīng)是人體抵抗感染和加速愈合的自然方式，但長期或慢性炎癥可能會導(dǎo)致不可逆的組織損傷。而能夠快速、輕松地檢測炎癥是治療的關(guān)鍵。測量血液中 C 反應(yīng)蛋白 (CRP) 的水平通常用作炎癥的生物標志物，但需要復(fù)雜的實驗室設(shè)備和人員來分析血液樣本。

現(xiàn)在，加州理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種新型可穿戴傳感器，稱為 InflaStat，通過測量人體汗液中的 CRP 水平來無線、無創(chuàng)地監(jiān)測炎癥。

研究人員在開始制造他們的第一個汗液分析傳感器之前必須克服一些障礙。主要難題是CRP比其他分子更難檢測，它在血液中的濃度比其他生物標志物低得多，而且它的分子更大，這意味著將它們從血液中分泌到汗液中更加困難。

“這些是以前阻止人們進行可穿戴 CRP 傳感的主要問題，”該研究的通訊作者高偉說。“我們需要高靈敏度來自動監(jiān)測皮膚上極低濃度的 CRP。”

InflaStat 由激光雕刻的石墨烯制成，石墨烯含有微小的孔，可形成較大的表面積。這些孔含有與 CRP 結(jié)合的抗體和稱為氧化還原分子的特殊分子，能夠在某些條件下產(chǎn)生小電流。傳感器結(jié)構(gòu)中融入了金納米顆粒，每個納米顆粒都攜帶一組獨立的 CRP 檢測抗體。

當佩戴者汗液中的 CRP 分子進入傳感器時，它們會附著在檢測器抗體和石墨烯孔中的抗體上。然后納米顆粒附著在石墨烯上并觸發(fā)氧化還原分子產(chǎn)生電流，該電流由附著在傳感器上的電子元件讀取。

由于每個金納米粒子都含有許多檢測抗體，因此信號（非常小）被放大得遠遠超過單個 CRP 分子產(chǎn)生的信號。

研究人員在健康參與者、慢性阻塞性肺病患者和從新冠病毒感染中康復(fù)的參與者身上測試了 InflaStat。他們發(fā)現(xiàn)該傳感器佩戴舒適，并且可以無創(chuàng)、無線地獲取炎癥生物標志物信息。數(shù)據(jù)實時顯示在定制的智能手機應(yīng)用程序上。正如預(yù)期的那樣，慢性阻塞性肺病患者和新冠病毒感染后患者的 CRP 水平顯著高于健康參與者。研究人員發(fā)現(xiàn)，該傳感器可以準確檢測汗液中與血液水平相關(guān)的 CRP 水平。

研究人員表示，他們的研究結(jié)果表明，他們的傳感器可用于無創(chuàng)、家庭監(jiān)測炎癥性腸病或慢性阻塞性肺病等慢性疾病。更重要的是，他們表示它可以適用于測試其他痕量水平和疾病相關(guān)的生物標志物。

“這是一個通用平臺，可以讓我們監(jiān)測體液中極低水平的分子，”高說?！拔覀兿Ｍ麛U展這個平臺來監(jiān)測其他臨床相關(guān)的蛋白質(zhì)和激素分子。我們還想看看這是否可以用于慢性病管理。炎癥對許多患者來說意味著風(fēng)險。如果能夠在家對他們進行監(jiān)測，就可以識別他們的風(fēng)險，并及時給予治療?！?/p>

傳感動態(tài)

【中國科學(xué)院過程工程所：開發(fā)出鄰域納米結(jié)構(gòu)生物傳感膜】

葡萄糖檢測和實時連續(xù)監(jiān)測，對于糖尿病等疾病的診斷和預(yù)防以及制糖和發(fā)酵過程中的可控生產(chǎn)至關(guān)重要。在這一過程中，以葡萄糖氧化酶（Gox）、普魯士藍（PB）、電極為核心的葡萄糖生物傳感設(shè)備頗具前景。近日，中國科學(xué)院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室開發(fā)出具有鄰域納米結(jié)構(gòu)的新型三維（3D）介孔生物傳感膜，提高了葡萄糖生物傳感設(shè)備中傳感區(qū)域面積、PB利用率以及底物對傳感區(qū)域可及性，具有優(yōu)異的靈敏度和長期穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進功能材料》（Advanced?Functional Materials）上。

由于PB形成速率快且極易團聚，使其在電極上的合成和分布難以控制，導(dǎo)致PB高密度無序堆積，形成傳感區(qū)域面積小、PB利用率低且空間位阻大的逐層分布傳感結(jié)構(gòu)，同時傳感靈敏度低且穩(wěn)定性差。

針對上述問題，萬印華團隊以單寧酸-3-氨丙基三乙氧基硅烷-鐵（TA-APTES-Fe）三元涂層作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，調(diào)控PB的固定化位置和組裝速率，分別通過配位和共價作用將PB和GOx相鄰固定在3D介孔碳納米管（CNTs）膜電極中，制備出具有鄰域納米結(jié)構(gòu)的介孔生物傳感膜。與逐層縱向分布的生物傳感器相比，新型傳感膜將傳感區(qū)域從2D平面擴展到3D介孔膜電極中，從而提高了PB的利用率以及葡萄糖和過氧化氫（H2O2）對傳感區(qū)域的可及性。同時，這一結(jié)構(gòu)拉近了級聯(lián)傳感單元間的距離，進而縮短H2O2到達傳感界面的擴散距離，有效抑制H2O2向主體溶液中的擴散，降低其無效耗散。實驗數(shù)據(jù)表明，在流通模式下，新型傳感膜的靈敏度達31.2 μA mM-1，可穩(wěn)定連續(xù)監(jiān)測蔗汁中的葡萄糖濃度長達8小時無電流響應(yīng)漂移。

針對生物傳感器污染問題，該團隊基于PB的pH響應(yīng)多酶活性，提出了利用GOx-PB級聯(lián)反應(yīng)依次產(chǎn)生微氣泡和芬頓氧化來模擬“疏松-降解”膜清潔過程。原位產(chǎn)生的微氣泡帶來的剪切作用有助于疏松膜表面污染層，增加自由基對污染物的可及性，實現(xiàn)被污染的生物傳感膜的自清潔。

【武漢神動：慷慨投資設(shè)備和技術(shù)，“煉好”汽車傳感器的“瓷器活”】

武漢神動汽車電子電器股份有限公司（以下簡稱“武漢神動公司”）近3年技術(shù)改造投入資金累計已超過公司一年的總產(chǎn)值。近日，武漢神動公司董事長劉慧琳接受長江日報《在場》欄目專訪時表示，學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書記重要講話精神，手里沒有“金剛鉆”就做不好汽車傳感器這個“瓷器活”，要想有自己的糧食首先要種好自己家的地。

公司大門其貌不揚

慷慨投資技術(shù)裝備

汽車傳感器是汽車的神經(jīng)末梢，感知傳遞溫度、濕度、壓力等信息，要求的精準度極高，可謂“差之毫厘，謬以千里”。世界汽車零部件巨頭憑借技術(shù)優(yōu)勢，長期占據(jù)著汽車傳感器市場。

近年來，我國汽車傳感器市場仍在高速增長，國產(chǎn)傳感器的突圍正在顯現(xiàn)，武漢神動公司就是其中的生動案例之一。

6月16日，長江日報記者在武漢神動公司壓力傳感器生產(chǎn)車間看到，一名工人在產(chǎn)線入口處放上原材料托盤，機械手抓取原材料上產(chǎn)線，另一名工人在產(chǎn)線出口處取走批量生產(chǎn)的傳感器產(chǎn)品。傳感器的關(guān)鍵核心零部件的生產(chǎn)全程“只見機器轉(zhuǎn)，不見手工動”。

這是我國首條實現(xiàn)全流程智能化生產(chǎn)的陶瓷傳感器生產(chǎn)線。此前，生產(chǎn)480支傳感器需要8人連續(xù)工作10小時；現(xiàn)在，10小時可生產(chǎn)2000支，僅有兩人看護機器運轉(zhuǎn)。

武漢神動公司副總經(jīng)理王清海說，持續(xù)投入產(chǎn)線智能化升級，絕不僅僅是為了省人力、提產(chǎn)能，關(guān)鍵是產(chǎn)品精度從2%提升到了5‰，遠超行業(yè)標準?！爱a(chǎn)品在市場上的競爭力大幅提升，帶來公司業(yè)務(wù)的擴張。”

武漢神動公司的大門在武漢經(jīng)開區(qū)人工智能產(chǎn)業(yè)園里并不顯眼，但是，對于投資關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備和技術(shù)研發(fā)，該公司極為慷慨，每年都是數(shù)千萬元。

陶瓷電容芯片生產(chǎn)線是武漢神動公司自主研發(fā)的國內(nèi)首臺套設(shè)備。8位工程師歷時一年研發(fā)，實現(xiàn)了陶瓷傳感器的生產(chǎn)工藝在一條產(chǎn)線上全自動完成，一舉填補了行業(yè)空白。

一條產(chǎn)線能夠生產(chǎn)70多款不同類型高溫傳感器，交付周期從7天縮短到兩天半。記者在武漢神動公司高溫傳感器生產(chǎn)車間里看到，生產(chǎn)線的零件竟然是用磁懸浮軌道傳送的?！按艖腋≤壍赖耐度腚m然更大，但穩(wěn)定性更高、速度更快，產(chǎn)品品質(zhì)得到大幅提升?！爆F(xiàn)場工作人員介紹，根據(jù)預(yù)定程序，零件可以在軌道任意節(jié)點?？?，更加靈活。

看好行業(yè)未來

新廠開工一年后建成

全廠員工121名，研發(fā)人員41名，產(chǎn)線工人27名，從武漢神動公司人員結(jié)構(gòu)就可看出競爭力的源泉。經(jīng)過新一輪技術(shù)改造后，該公司目前滿產(chǎn)可達8億元產(chǎn)能。“企業(yè)轉(zhuǎn)型升級必須要有好產(chǎn)品，要有好產(chǎn)品就必須要有好技術(shù)和裝備。我們公司的王牌就是做出行業(yè)領(lǐng)先的好產(chǎn)品?！眲⒒哿照f。

武漢神動公司近年來產(chǎn)值沒有大幅增長，但仍然大幅增加產(chǎn)線投資，提升技術(shù)實力。為何逆勢追加投資？劉慧琳直言不諱，中國汽車傳感器前裝市場一直由國外企業(yè)主導(dǎo)，近年來才有國內(nèi)極少數(shù)企業(yè)在局部實現(xiàn)突破，智能汽車時代的到來也是傳感器需求倍增的開始。武漢神動公司在技術(shù)領(lǐng)域追加投資，就是堅定看好行業(yè)的發(fā)展。

“機會總是留給有準備的人?！边@句老話在武漢神動公司再次得到驗證。投資技術(shù)帶來的不僅是效益，武漢神動公司生產(chǎn)的傳感器已覆蓋我國80%的商用汽車。近年來，由于對技術(shù)和裝備的大力投入，該公司生產(chǎn)的傳感器得以進入比亞迪等多家國產(chǎn)乘用車采購體系。

市場規(guī)模足夠大，并且在高速增長，這給了國產(chǎn)傳感器崛起的空間。劉慧琳說，汽車產(chǎn)業(yè)是工業(yè)技術(shù)的集大成者，進入門檻高，而傳感器更是汽車產(chǎn)業(yè)鏈里的“高精尖”，國內(nèi)傳感器生產(chǎn)企業(yè)都在加大投入，搶抓我國汽車傳感器崛起的機遇。

“國產(chǎn)傳感器出現(xiàn)之前，市場定價權(quán)被國外企業(yè)主導(dǎo)。國內(nèi)企業(yè)進入市場后，現(xiàn)在的價格幾乎透明?！眲⒒哿照f，傳感器是智能駕駛的底層，以前一輛燃油乘用車有100多個傳感器，現(xiàn)在以智能駕駛為主打的新能源汽車用到的傳感器超過300個。我國智能駕駛要實現(xiàn)自主安全可控，汽車傳感器自主研發(fā)和生產(chǎn)是基礎(chǔ)。

對技術(shù)的鍥而不舍讓武漢神動公司早在兩年前就成為國家級專精特新“小巨人”企業(yè)。目前，在武漢經(jīng)開區(qū)，武漢神動公司的新工廠已開工，一年后可建成。

【工信部：加快關(guān)鍵芯片、高精度傳感器等研發(fā)和推廣】

近日，工業(yè)和信息化部副部長辛國斌在新聞發(fā)布會上就汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展表示，相比電動化，汽車網(wǎng)聯(lián)化、智能化變革涉及的領(lǐng)域更多，程度也更深，可以想像的空間也更大。

創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，辛國斌指出，下一步，新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機制各成員單位將重點開展以下幾個方面工作：

一是支持關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。支持重點大企業(yè)牽頭，大中小企業(yè)參與，開展跨行業(yè)跨領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新。創(chuàng)新是第一生產(chǎn)力，要加快關(guān)鍵芯片、高精度傳感器、操作系統(tǒng)等新技術(shù)新產(chǎn)品的研發(fā)和推廣應(yīng)用，進一步提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展內(nèi)生動力。

二是進一步完善網(wǎng)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施。加快C-V2X、路側(cè)感知、邊緣計算等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立基于邊緣云、區(qū)域云和中心云三級架構(gòu)的云控基礎(chǔ)平臺，形成統(tǒng)一的接口、數(shù)據(jù)和通信標準，進一步提升網(wǎng)絡(luò)感知、云端計算能力。

三是深化測試示范應(yīng)用。啟動智能網(wǎng)聯(lián)汽車準入和上路通行試點，組織開展城市級“車路云一體化”示范應(yīng)用，支持有條件的自動駕駛，這里指的是L3級及更高級別的自動駕駛功能商業(yè)化應(yīng)用。

此前，辛國斌曾強調(diào)，要加強頂層設(shè)計，建立新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展部際協(xié)調(diào)機制，統(tǒng)籌推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展全局性工作；強化技術(shù)創(chuàng)新，支持產(chǎn)學(xué)研用深度合作，開展車用芯片、固態(tài)電池、操作系統(tǒng)、高精度傳感器等技術(shù)攻關(guān)；完善政策體系，推動研究并盡快明確2023年后車購稅減免政策，制定加快充換電建設(shè)、公共領(lǐng)域新能源汽車推廣應(yīng)用等支持政策；深化國際合作，加快規(guī)則對接和認證標準統(tǒng)一，建設(shè)海外政策、法規(guī)、標準等信息共享服務(wù)平臺，營造市場化、法治化、國際化營商環(huán)境。

【高華科技：SOI原理MEMS芯片正進行初樣驗證，準備于年底實現(xiàn)小批量試制】

高華科技6月26日披露投資者關(guān)系活動記錄表顯示，公司自研芯片的設(shè)計，但不進行晶圓制造，全部自研芯片用于自身產(chǎn)品研發(fā)及制造，不以芯片形式對外直接銷售。

截止目前，公司自研的擴散硅原理MEMS芯片已實現(xiàn)量產(chǎn)；SOI原理MEMS芯片正在進行初樣驗證，并準備于2023年底實現(xiàn)小批量試制，研發(fā)進展總體較為順利。

南京高華科技有限公司是以研制高可靠MEMS傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感工程的江蘇省高新技術(shù)企業(yè)，是江蘇省新型感知器件聯(lián)盟、江蘇省傳感（物聯(lián)）網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)起單位之一。“985、211高校”等建立了緊密的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，尤其擅長奇、新、特及耐高溫、高可靠、智能化等傳感器/變送器的研制和規(guī)?；a(chǎn)，擁有眾多發(fā)明技術(shù)專利；承擔了多項科研課題項目，完成率達100%，深得國內(nèi)外同行和權(quán)威機構(gòu)的關(guān)注和好評。

主要產(chǎn)品系列有：壓力、溫度、濕度、位移、轉(zhuǎn)速、力、位置等傳感器及網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。

【村田制作所計劃將硅電容器產(chǎn)能提高兩倍：總投資 100 億日元，有望用于智能手機】

6 月 26 日消息，日本電容器（MLCC）大廠村田制作所近日宣布，計劃到 2028 年，對日本國內(nèi)的金澤村田制作所、仙臺村田制作所和芬蘭子公司合計投資約 100 億日元，將硅電容器產(chǎn)能提高兩倍。

目前，硅電容器的應(yīng)用僅限于醫(yī)療設(shè)備，但未來有望擴展到智能手機和服務(wù)器等應(yīng)用，村田制作所希望通過投資和增產(chǎn)及時捕獲更多市場需求。

硅電容器采用半導(dǎo)體制造工藝制作，其介電層為穩(wěn)定性更好的硅材料。與當前的主流電容器相比，硅電容器有著更好的電容密度、可靠性、高頻特性等優(yōu)勢，老化時間可長達 10 年，其額定溫度甚至可高達 250℃，在惡劣環(huán)境下有著更好的表現(xiàn)。

不過，目前硅電容器的價格是普通 MLCC 的幾十倍，因此其應(yīng)用范圍集中于高附加值、對成本不敏感的尖端醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。但考慮到硅電容器在輕薄方面的優(yōu)勢，對于內(nèi)部空間越來越捉襟見肘的智能手機而言，硅電容器也是相當不錯的選擇。村田制作所的硅電容器厚度可低至 0.05 毫米。

今年 3 月，村田制作所曾宣布將于 2024 年之前向法國子公司投資約 5000 萬歐元（當前約 3.92 億元人民幣）以增加硅電容器的產(chǎn)能。此次村田制作所的投資計劃，將在兩家日本工廠和芬蘭子公司建立相同的生產(chǎn)系統(tǒng)，以實現(xiàn)全球化的硅電容器供應(yīng)。

審核編輯黃宇