来源：IDTechEx报告《2017-2027年印刷与柔性传感器：技术、参与者、预测》。IDTechEx指出，生物传感器是印刷传感器中最大的市场细分领域，这仅仅是因为血糖传感器代表了一个数十亿美元的市场，每年用于糖尿病监测的数十亿次一次性测试条都在使用。但据该市场研究公司称，气体传感器有望成为第二大细分市场。正如演讲者在演讲中所揭示的，血糖监测或环境传感还有更多内容。
来自里尔IMT大学的让-吕克·沃伊凯维奇(Jean-Luc Wojkiewicz)将环境传感和污染监测视为印刷生物传感器的巨大市场，他的实验室在开发用于电子气体传感器的混合纳米化合物和生物聚合物方面非常活跃。
沃伊凯维奇引用了世界卫生组织(WHO)的估计，每年约有700万人的死亡可归因于空气污染，其中氨气(NH₃)是最被低估的污染物之一，主要来自农业(93.7%)和工业过程。但许多其他污染物，包括硫化氢(H₂S)、胺类、挥发性有机化合物(VOCs)、臭氧(O₃)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)等，也需要在户外和室内进行实时监测，这就需要紧凑且廉价的传感器。正是在这一点上，印刷生物传感器可以发挥作用——它们可以通过导电聚合物配制来检测多种气体，能够提供非常精细的监测网络（监测间距为米级，而卫星观测的间距则为公里级）。
"一升溶液可以制造数百万个传感器，传感器的活性表面成本变得微不足道，"沃伊凯维奇强调，并分享了一个典型的基于电阻的传感器布局细节：该传感器带有梳状电极和一滴调谐聚合物，其导电性会受到分析物吸附的影响。
在实验设置中，研究人员和他的团队能够在不到一分钟的时间内表征400个（具有不同组成的）传感器，这些传感器被放置在一个微小的受控圆柱体中。研究人员使用掺杂聚苯胺(PANI)和PANI/TiO₂杂化纳米复合材料来检测0.2至30ppm之间的氨气水平，定量限约为10ppb。进一步研究表明，杂化材料的响应（将TiO₂纳米颗粒与导电掺杂聚苯胺混合）比纯掺杂PANI形式的响应高10至35倍。
沃伊凯维奇解释说，这是由于在PANI-TiO₂纳米颗粒界面形成了p-n异质结。这些传感器具有快速的响应和恢复时间（当恢复新鲜空气时可完全恢复）。为了降低成本并确保无毒性，研究人员转而将PANI与壳聚糖(Chitosan)混合，壳聚糖是一种在甲壳类动物外壳中发现的丰富且可生物降解的聚合物。使用这种新混合物制造的传感器对氨气也有良好的响应。
由于聚苯胺可以掺杂以响应不同气体，因此可以制造传感器来检测呼吸中已知的疾病生物标志物，提供非侵入性筛查工具，以便在早期诊断疾病。沃伊凯维奇指出，肾脏疾病的特点是呼吸中氨气浓度增加，但区分健康人和非健康人的个位数ppm变化需要设计多层传感层并进行进一步表征，以及新的信号处理算法。沃伊凯维奇预计他的研究成果将发表在《Sensors and Actuators B: Chemical》期刊上。在未来的调查中，研究人员希望能够将他的生物传感器应用于肺癌、乳腺癌甚至神经系统疾病的早期检测。
"我们正在进行专利申请流程，但在商业化之前还有大量工作要做，"沃伊凯维奇承认。研究人员再次强调，这类传感器可以设计用于检测数百种不同的污染物，其中一些可能是致癌物。在与汽车制造商标致(Peugeot)的研究合作中，沃伊凯维奇和他的团队负责监测新车中的挥发性有机化合物(VOCs)。"一般来说，当闻到新车味时，这对你的健康来说是个坏消息，"他开玩笑地总结道。
电解质门控有机场效应晶体管(EGOFET)的概念图。其他有前景的印刷生物传感器包括电解质门控有机场效应晶体管(EGOFETs)和有机电化学晶体管(OECT)，这是由巴黎狄德罗大学ITODYS实验室的研究人员贝诺特·皮罗(Benoît Piro)和文森特·诺埃尔(Vincent Noël)介绍的。尽管它们的工作机制不同，但这两种有机晶体管都具有类似的布局，非常易于印刷，由三个PEDOT:PSS电极（源极、漏极和栅极）以及包括电解质和有机半导体聚合物在内的两个导电层组成。
对于OECT，当基于酶的分析物间接将电子转移到栅极时，有机半导体被还原，从而降低其导电性并降低检测到的漏源电流。对于EGOFET，对栅极进行极化会在栅极/电解质和半导体/电解质界面处产生离子积累，在有机半导体中形成电荷积累。对于p型半导体，当VGS为负时，这会导致导电通道。这两种实现方式都在1V以下工作以检测目标分析物。
在他们联合演讲的第二部分，文森特·诺埃尔(Vincent Noël)重点介绍了印刷生物传感器的新兴市场，突出了两个规模庞大但监管方式截然不同的应用领域：健康和化妆品。
在健康应用方面，趋势是通过便携式和一次性传感器实现的即时诊断和个性化治疗，患者可以直接使用，无需大型且昂贵的实验室设备。目前，诺埃尔看到的一个更大趋势是即时诊断传感器与个性化护理生物标志物识别的融合。理想情况下，制药行业希望将配套的自动诊断生物传感器与每种药物关联，使患者能够确保治疗与其状况相关，开箱即用。研究人员认为，这可能在未来10年内实现。
"印刷生物电子学正是这一超级趋势的交汇点，"诺埃尔说，特别是多亏了EGOFETs。不过，一个缺点是，健康市场非常具有竞争力且监管严格，使得获得任何产品认证都变得困难且成本高昂。
另一方面，许多活性分子和给药方式可以很容易地转移到化妆品中，用于所谓的皮肤即时护理，在更少的审查下进行。他开玩笑地指出，化妆品很大程度上是由市场营销驱动的，尤其是奢侈品牌非常擅长从几乎一无所有中创造价值。
一些奢侈品牌已经提供基本工具，有时作为智能手机附件或独立设备，用于测量皮肤的基本参数，如水分、紫外线暴露、脂肪含量或粗糙度。在这里，印刷生物传感器可以作为独立的促销样品提供，或集成到化妆品包装中用于皮肤自动诊断。
"接下来可能是基于你的微生物组分析的个性化护肤，即你皮肤上真正独特的活细菌混合物，"诺埃尔展望道。
"化妆品的好处是，这对生物传感器来说是一个相当新颖的市场，具有高附加值且仍有待定义，"研究人员总结道，并指出拥有"化妆品谷"(Cosmetic Valley)的法国非常适合成为这一领域的领导者。
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