在美國舊金山的杜比實驗室里面，有一間精心設(shè)計的隔音客廳，被邀請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類似Apple Watch的穿戴設(shè)備。整個氛圍充滿了黑科技的氣息。
生物電子的“風(fēng)口時代”
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)生的電活動的生物傳感器，手腕上佩戴的實際上是一個能夠測量心率和皮膚電反應(yīng)的跟蹤儀。事實上，房間中還架設(shè)了熱成像相機，能夠即時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能夠測量脈搏血氧的小型設(shè)備。
這間完整的生物物理實驗室，是2015年的時候由杜比實驗室構(gòu)思策劃建立的，負(fù)責(zé)該項目的首席科學(xué)家Poppy Crum對外宣布其目的是為了更好的理解人類對視頻和音頻體驗。事實上在2012年，該團隊就已經(jīng)開始研究人類對視頻和音頻的生理反應(yīng)。
杜比實驗室并不是第一家采用這些先進的生物傳感器來研究人機互動技術(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動過程的反應(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，能對軍人汗液中的流動物質(zhì)進行跟蹤，從而監(jiān)測健康狀況來提升作戰(zhàn)時的表現(xiàn)；意大利的科學(xué)家們利用DNA開發(fā)了一種傳感器，可以對癌癥細(xì)胞產(chǎn)生的化學(xué)變化進行檢測并作出反應(yīng)，從而幫助將藥物成功運送進腫瘤細(xì)胞進行治療作用。
生物電子時代的“發(fā)動機”
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)療保險普及率的不斷擴大、人口基數(shù)大以及衛(wèi)生保健系統(tǒng)的不斷升級，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)會召開的一個會議上面，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)展推動下，DNA傳感器在“即時檢測”的應(yīng)用會越來越廣。
傳感器的跨界應(yīng)用，對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)“即時檢測”的潮流會到來。生物傳感器的物理形態(tài)和應(yīng)用情景將實現(xiàn)個性化。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)實現(xiàn)個性化的需求。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驗室的科學(xué)家創(chuàng)造了一個納米級別的“模孔蛋白”，這種碳納米管能在體內(nèi)用于運輸藥物，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，能和智能手機整合進行糖尿病、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實驗室分拆出來的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行著兩項改變世界的項目：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。但是這兩個項目一直以來都是處于“雷聲大雨點小”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。谷歌很多的劃時代項目都是起源于“先啟動，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營的，一旦對外公開，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領(lǐng)域的一些核心技術(shù)。生物電子是一個處于爆發(fā)前期的領(lǐng)域，這里面有兩個重要的組成部分：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交互信息解讀）等。
未來生物電子領(lǐng)域發(fā)展的兩個趨勢也會到來：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。這兩個趨勢會在商業(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)理將會涌入到生物信息科技公司，眾多醫(yī)療領(lǐng)域的自動化工程師和科技人才會轉(zhuǎn)型到生物傳感器相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)公司。