传感与电子技术融合推动实现PoC诊断

来源:电子发烧友网发布时间:2023-05-12415浏览

电子发烧友网报道（文/李宁远）得益于化学与生物传感技术、嵌入式电子技术、云分布式服务以及人工智能的进步，数字医疗在近几年正逐渐兴起，各种有关医疗设备的新兴解决方案层出不穷。

PoC诊疗点现场即时诊断就是在这些技术进步之下兴起的很受欢迎的医疗解决方案。采用以往的常规检测方式，检测结果通常都会或长或短的延迟，等待检测结果的时间对就医人员来说很容易引起焦虑。PoC诊断的目的就是在短时间（几分钟）内完成检测，大大缩短传统检测存在的延迟。

电化学生物传感技术推动PoC诊断发展

目前应用的传感器里以半导体技术、电化学技术和光学技术为主。电化学技术是利用待测物的电化学性质，将待测物化学量转变成电学量进行传感检测的一项技术，生活中常见的血糖测试纸就是非常典型的电化学生物传感应用。电化学技术的进步让越来越多的生物指标检测成为可能，同时检测的灵敏度以及检测生物指标的特异性也大大提升。
对电化学生物传感器可以按照生物识别元件进一步划分，如电化学免疫传感器、电化学核酸传感器、电化学酶生物传感器等等。生物识别元件是这类传感器特异性检测的关键，也叫生物敏感元件。上面提到的血糖测试纸，其生物识别元件是酶，因此也是电化学酶生物传感器。
这一领域不断探索着新化学成分和生物检测技术，以测量更多生物指标，并以更低成本实现快速诊断。想要实现这一目标，不仅需要在生物识别元件上更新，还需要灵活高精度的电化学前端来配合。
电化学生物传感器的信号链必须兼顾精度和灵活性，在PoC检测中如果因为测量误差导致的漏报或误报，影响还是很严重的。可编程软件可配置的电化学传感模拟前端是现在PoC检测传感的标配，保证信号链有足够的灵活性能够适应未来多样的检测需求。
在高精度方面，模拟前端可以通过高精度的激励环路，为传感元件提供高精度测量支持。高精度的激励环路通过低带宽或高带宽的激励信号，优化信号链，降低系统整体噪声水平，配合高性能的TIA或ADC，能将测量精度提高。
现在越来越多模拟前端会集成恒电位仪、电化学阻抗谱功能和用于先进传感器诊断的硬件加速器等等，提供给电化学传感器更快、更精准、更可靠的检测支持，这也有助于PoC诊断开辟出更多新的应用方向。

PoC诊断中的光学检测

光学生物诊断同样是PoC诊断中重要的一种检测手段，可以根据不同的光学原理来区分不同类型的光学生物传感器，有些用于检测荧光的强弱，有些用于检测酶催化显色，有些用于检测吸光度，有些用于光的折射率或反射率等。
荧光检测是光学技术一个典型的用例，利用比色和荧光光学接收链，光学生物传感器能够实现高度灵敏且具体的体外诊断结果。光学检测往往有着出色的灵敏度，能够体现十分具体的检测读数。但相应的，它也带来了更复杂的电路电子设计，无论是各种增加设计难度的各种光干扰，还是需要各种误差补偿。
光学前端的光学信噪比必须足够优秀，否则会大大限制测量的精准度，其次是能否提供高度环境光抑制。在荧光含量很低的情况下，如果光学前端具备很低的本底噪声，则能在抑制系统噪声的同时检测到极低含量的荧光。在光学技术和前端的配合下，高灵敏PoC诊断的可靠程度一步步提升。