无线传感器

11月5日-7日，由河南省人民政府和中国科学技术协会主办的2023年世界传感器大会在河南郑州举行。中国移动研究院联合中国仪器仪表学会、无源物联网技术联合创新中心、清华大学-中国移动联合研究院承办了无源无线传感与智能微系统分场活动，来自政产学研用各界千余人次参会。会议邀请了加拿大工程院沈卫明院士、河南省科学技术协会王继芬副主席、郑州市政府陈立志副秘书长致辞。来自中国科学院、清华大学、北京大学武汉人工智能研究院、意大利国家应用物理研究所、电子科技大学、上海交通大学等多家国内外学术机构的专家学者发表主题演讲。沈卫明院士在致辞中阐述了智能微系统的发展趋势和尚存技术挑战，强调了智能微系统发展离不开产业通力合作，共同探索新场景新模式。河南省和郑州市政府领导在先后致辞中强调了学术交流是科学创新的重要源泉，倡导各界加强交流，启迪智慧，推动无源无线与智能微系统的发展。来自中国科学院的载人航天工程空间应用系统副总师钟红恩、意大利国家应用物理研究所主任Anna MIGNANI分享了航空航天、食品分析等场景下对于无源无线传感器的需求以及痛点问题，并提出了针对性的解决方案。清华大学仪器科学与技术研究所所长赵嘉昊介绍了智能微系统集成化关键技术和最近研究进展，提出智能微系统未来向微型化和系统化发展，基于先进封装技术，实现低功耗、高密度、异质异构集成。北京大学武汉人工智能研究院执行院长吴志强教授介绍了智能感知和数据智能在社会治理中的重要意义，通过人工智能、大数据、云计算、互联网等信息技术的加持，将会为每一座城市带来更加智能化的社会治理方式。电子科技大学李建教授介绍了无源标签通过集成感知能力、通信能力和标识能力，将在泛在感知、泛在智能的数字化场景中具有广阔应用前景。上海交通大学文玉梅教授介绍了基于RFID的无源自采能技术，通过采集环境中的射频能，转换为电能供传感器工作，实现了传感器终端的去电池化，解决了基于有线或电池的传感器终端存在的难以维护的行业痛点。最后，中国移动通信研究院物联网技术与应用研究所所长肖善鹏作了题为《无源无线智能微系统 构筑数实融合新时代》主题演讲，从无源化、无线化、集成化、智能化等方面，阐述了智能微系统变革的方向，并介绍了无源无线智能微系统融合创新实践。会上同步发布了《先进感知技术白皮书（1.0版）》，中国移动携手产业上下游共同探索传感前沿和传感融合最新的代表性技术，旨在更好的服务产业，加快先进感知技术的研究突破和落地应用。与会专家就智能微系统技术、产品及应用的未来发展进行了充分研讨，一致希望共同推动我国物联网传感器与智能微系统技术创新与应用落地，共建良好的产业发展生态，深度赋能产业数字化转型与升级，携手构筑数实融合新时代。

中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室研究员吴南健团队研制出一种低功耗无源/半无源双模无线温湿度传感器。相关研究成果在传感器领域学术期刊IEEE SENSORS JOURNAL上发表，该论文在2015年2月和3月连续入选为该期刊的前50热点论文。　　无线温湿度传感器在高危环境监测、紧急救援、先进物流仓储系统、设备监测、建筑物监测和文物监测等领域具有非常广阔的应用前景，但无线传感器的功耗和成本严重限制了无线传感器网络的大规模应用。在国家自然科学基金和国家科技支撑项目的支持下，课题组研制出一种可与现有商用超高频RFID系统完全兼容的低成本低功耗无源/半无源双模无线温湿度传感器。传感器采用了自主研发的核心芯片，可实现高效率的电磁波能量采集、身份识别、温湿度测量、数据处理和无线通信的功能，传感器的最大工作距离可达6米。该传感器符合ISO18000-6C国际标准，可通过现有商用超高频RFID阅读器进行操作，还可支持扩展多种其他功能的传感器。使用这种传感器有望将无线传感器网络融合至现有的超高频RFID系统中，从而大幅降低无线传感器网络的应用成本，提升无线传感器网络的市场竞争力。

眼泪是由泪腺分泌的，其在全身循环并接触到身体的各个器官和组织。眼泪含有蛋白质、多肽、脂质、代谢物和电解质，可以作为多种疾病的生物标志物，不仅包括眼部疾病（例如干眼综合症、角膜炎、夜盲症、急性结膜炎等），还包括系统性疾病（例如癌症、糖尿病、帕金森病、阿尔茨海默病、囊性纤维化和多发性硬化症等）。此外，与血液检测相比，泪液分析更加方便、无创，且患者耐受性好。因此，泪液分析已成为临床监测健康的常规检查。然而，现有的泪液分析方法面临着三大障碍：1）泪液中目标分子的浓度极低（通常在皮摩尔水平）；2）可收集的泪液量很小（仅微升水平）；3）同时检测多种生物标志物有困难。这些挑战不可避免地导致了不准确的诊断。此外，基于质谱和或免疫分析的方法通常需要大型分析实验室设备，这使得POCT即时检测变得困难。近日，复旦大学附属眼耳鼻喉科医院洪佳旭主任医师与苏州大学功能纳米与软物质研究院王后禹教授、何耀教授合作，在 Advanced Materials 期刊发表了题为：Framework Nucleic Acids Combined with 3D Hybridization Chain Reaction Amplifiers for Monitoring Multiple Human Tear Cytokines 的研究论文。该研究开发了一种无线便携式泪液分析传感器，仅需3mL泪液即可灵敏检测泪液中的干眼综合症（DES）相关的四种细胞因子（IFN-γ、IL-6、TNF-α、MMP-9），检出限低至0.1 pg/mL。该研究为开发个性化、准确诊断多种眼病的泪液传感器奠定了基础。在这项研究中，研究团队开发了一种无线便携式泪液分析传感器，可以对泪液中的四种细胞因子——干扰素-γ（IFN-γ）、白细胞介素-6（IL-6）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和基质金属蛋白酶-9（MMP-9）进行灵敏的定量分析。这四种泪液细胞因子与干眼症（DES）密切相关。该传感器的检测策略基于DNA四面体框架（DTF）与三维杂交链反应（3D-HCR）放大器的偶联。最近，框架核酸使制造用于癌症诊断、药物递送、生物计算和智能治疗的多维有序纳米结构成为可能。此外，杂交链反应（HCR）提供了在各种环境中对分子信号进行多重、等温、无酶放大的解决方案，因此已被用于生物检测、原位成像和DNA纳米结构的构建。然而，其在泪液分析中的应用仍存在空白。在这项新研究中，研究团队利用DNA四面体框架（DTF）有效地捕获了具有可控多分支臂的3D-HCR产物。3D-HCR产物的组装由特定细胞因子触发，传统的1D-HCR具有不可控多分支臂，表现出相对较低的扩增效率，而3D-HCR产物显示出11.0倍的电化学信号增强。3D-HCR器件能够以100pg/mL、1pg/mL、1pg/mL和0.1pg/mL的检测限对MMP-9、IFN-γ、IL-6和TNF-α进行灵敏检测，且仅需3mL眼泪。研究团队使用所开发的传感器和商业ELISA试剂盒对临床干眼症（DES）样本进行的双盲测试显示，两者之间没有显著差异。与单一生物标志物诊断相比，基于多种生物标志物的这种传感器的诊断准确性提高了约16%。总的来说，该研究所开发的系统为泪液传感器提供了潜力，促进了各种眼病的创新诊断方法的开发，有望实现对各种眼病的个性化和准确诊断。长期以来，洪佳旭主任和何耀教授团队围绕角膜病的关键临床问题展开攻关，相关药物和器械研发均已推进至临床研究阶段，建立了良好的“临床-科研-转化”协作范式。