紙基生物傳感器

　　紙基生物傳感器正成為滿足環境保護需求的醫療診斷傳感器。

　　用于診斷的生物傳感器

　　家庭可使用（Home-based）的生物傳感器已經改變了社會對醫療診斷的看法。生物傳感器是能夠通過換能器將目標分析物的生物信息轉化為定量信號的集成式分析裝置。生物傳感器的設計一般為一次性測試條，在現場進行快速、簡單的測試。除生物醫學診斷外，生物傳感器已應用于許多其它領域，如農業、藥物發現、法醫學、環境控制和食品安全。在醫療保健領域，生物傳感器不僅適用于診斷，還適用于患者監測。血糖生物傳感器被世界各地成千上萬的糖尿病患者使用，可能算是最有名的例子了。第一款商用生物傳感器（YSI葡萄糖生物傳感器）在70年代中期就進入人類的視野，但直到1987年市場上才出現全部印刷有電極的葡萄糖生物傳感器（與我們現在所認知的傳感器類似）。用戶友好的遠程血糖監測工具無疑是治療糖尿病的關鍵，對患者日常生活起到了非常巨大的幫助作用。該應用的成功成就了生物傳感器市場指數級的增長，到2022年該市場將達到270.6億美元。在實現葡萄糖生物傳感器的同時，其它技術領域也取得了進展，例如微加工、材料科學、微流控、電子學和物聯網（IoT）。生物傳感技術與這些科技進步相結合有助于實現應用更廣泛、功能更強的器件。

　　技術進步帶來的環境污染無法回避

　　一次性或短壽命電子裝置（例如生物傳感器）的生產導致了電子廢棄物的數量不斷增多，發達國家面臨著嚴峻的環境問題。根據2017年聯合國發布的報告，2016年全球產生了超過4000萬噸電子廢棄物，只有20%被正確回收。雖然世界上66%的人口都能受到電子廢棄物的立法保護，但采取更多措施來鼓勵其他國家制定政策迫在眉睫。

　　對全球變暖和污染的擔憂推動人類尋找替代解決方案。紙的回收性高，因而成為傳統塑料生物傳感器的“生態型”替代品。從技術上講，紙具有許多固有的優點：基于纖維素纖維的內部組合物允許電傳導操作、親水性、疏水性和高溫下不會燃燒等。因此，紙作為一種活躍的生物傳感平臺，具有環保性，正在成為一種前景可期的診斷方法。紙基解決方案將通過減少碳排放和毒性，作為對減少電子產品對環境影響的支撐，有助于實現2020歐盟氣候行動（ 2020 EU Climate Action）。

　　在紙上實現凹版印刷電子結構

　　紙基生物傳感器作為替代品，進展如何？

　　紙基生物傳感器尚處于起步階段。因此，從學術界走向臨床應用，還要經歷更深入的研究。主要面臨材料易脆性、大規模生產、樣品制備和系統集成等挑戰。目前已有一些成功的紙基生物傳感器進入市場，例如妊娠試驗。但它們主要提供定性或半定量“是/否”的響應，應用范圍大受限制。目前，為了解決這些問題，大量研究正在進行，從該行業評審的文獻中就可以看出。2017年發表的關于紙基生物傳感器文章達693篇（而1990年僅126篇）。在歐洲，有許多合作研究在努力縮小這一差距并開發環保電子產品。GREENSENSE、IMPETUS和INNPAPER等項目的目標則是利用木材衍生材料（如納米纖維素和紙）開發PoC傳感系統。

　　除了技術挑戰，紙基生物傳感器在商業和社會方面還面臨一些問題需要解決。其中包括與其它可生物降解材料的組合，處置規定，以及作為塑料器件替代品的成本競爭力也需要證明。隨著技術與市場越來越接近，并證明其為日常接受、應用具有可行性，這些問題都將得到解決。