微型生物传感器，如何照亮地球最贫瘠的角落？
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图片来源@视觉中国
文｜脑极体
通过一滴汗或血液 ， 就可以测量人体十几项健康指标 ， 或是提前预测癌症等大中型疾病 ， 你认为这样近乎无创的医疗检测服务应该值多少钱？
答案是 ， 要么只能前往拥有专业仪器的医院来一套专项检查 ， 要么就花上数百美元的价格购买一套家用无创检测设备 。
以最常见、最高频的血糖检测来说 ， 目前通过各国医疗机构允许发售的无创血糖仪终端售价都在数千元以上 ， 而且大部分仅在美国、以色列等地区销售 。
如果告诉你 ， 有人用生物传感器免费帮世界上最贫困的人口做疾病筛查 ， 怎么听都像是别有预谋吧？
今天咱们的科技“鬼故事” ， 就要从最贫穷的非洲村庄讲起 。
地球之殇：等待疗愈的贫瘠之地
众所周知 ， 非洲这片土地一直深受疟疾等传染病的困扰 ， 因此 ， 疟疾药物和医疗人员 ， 一直是各国对非洲医疗原著项目的重点 。
但作为世界上最危险的传染病之一 ， 在非洲的偏远地区想要及时是否罹患疟疾做出诊断 ， 也是一件不太现实的事情 。
于是来自格拉斯哥大学的生物工程师Jonathan Cooper就创造了一种新兴的生物传感器 ， 用来快速而准确地检测疾病 。
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这种生物传感器是一张特殊的纸张 ， 在上面涂上一层血 ， 用蜡覆盖（控制血液的流动方式）和特定的化学物质（准备血液进行测试） 。
然后将纸张通过特定的方式折叠 ， 将其放在可检测疟疾寄生虫存在的微小测试条旁边 。
然后把这些组合测试物全部用薄膜密封并置于热板上45分钟 。 随着温度的升高 ， 感染了疟疾寄生虫的DNA会被反复复制 ， 使其更容易被发现 。
如果检测到寄生虫的存在 ， 测试条带将显示两个红色条带 。 如果没有 ， 则只会显示一个条带 。
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这项实验在乌干达的St. Kizito和Mayuge地区对67名6至14岁的孩子进行了测试 。 结果证明 ， 折纸检测到疟疾的准确率为98％ ， 这比当地医疗团队采用的其他方式都要好 。 目前 ， 乌干达卫生部的人员已经开始考虑在农村地区广泛使用该设备 。
什么是生物传感器？
这里有必要多说一点 ， 为什么生物传感器可以通过无创或微创的方式来做出媲美精密仪器的诊断 ， 它究竟是如何工作的？
各种生物传感器都拥有共同的作用机制和结构 ， 那就是：一种能够识别生物活性的材料 ， 即生物膜 ， 以及能够把生物活性信号转换为电信号的换能器 。 这二者经过现代制造技术的再加工 ， 就构成了各种生物传感器分析装置和仪器 。
它们能够从动植物的细胞、抗体、血液等材料中提取出DNA等关键因子 ， 再经过信息转换成人类可以理解的内容（比如是否罹患某种疾病、含量是否超常等） ， 为决策提供依据 。
它还具有一些“天生骄傲”的优点 ， 比如简单易操作 ， 不像传统的酶法分析那么昂贵而繁琐；分析速度快 ， 往往一分钟内就可以得到测试结果；准确性高 ， 理想情况下相对误差可以达到1%；成本低 ， 每次测定仅需几分钱 。
活好、不贵 ， 让生物传感器越来越多地出现在医疗领域中 。 不过 ， 普通人想要接触到还是有点不容易的 。
目前生物传感器主要被用来检测抗癌药物的作用机理 ， 或是在军事上用于监测细菌和病毒 ， 也会出现在DNA鉴定和亲子认证等项目中 。 无论哪种 ， 对大多数普通人来说都是永远别遇上的好吧 。
比如2000年 ， 美国就研制出了可检测霍葡萄球菌肠毒素B、蓖麻素、土拉弗氏菌和肉毒杆菌等4种生物战剂的免疫传感器 。
可是 ， 总有一些地区和人民 ， 背负着贫困和苦难而生 。 对于他们来说 ， 生物传感器的出现 ， 就是一个救生命于水火的最优解了 。
最后的一根稻草？
那么 ， 生物传感器普惠于落后地区的途径到底有哪些呢？不妨通过几个实际案例了解一下 。
除了疟疾 ， 困扰非洲人民的还有严重的饮用水污染 。 根据世界卫生组织统计 ， 每年有 180 万人死于该病 ， 这些死亡人群中 90% 为 5 岁以下儿童 。
因此 ， 提高饮水安全的首要任务 ， 就是寻找一种快速、易用、便宜并且高精度的方法来监测饮用水的生物污染 。
因此 ， 英国地质调查局就联合赞比亚大学等机构 ， 采用英国CTG 公司开发的色氨酸传感器——一种废水指示器 ， 上面附着的荧光剂可以快速检测浅层地下水的色氨酸含量 ， 从而直接判断水中细菌污染的程度 。
这种传感器无需试剂 ， 价格十分低廉 ， 可以对全镇数十口水井进行快速测量 ， 每小时能够测试多达六种不同的供水 ， 并帮助快速绘制地下水水质图 。 目前在印度也得以推行 。
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和疟疾一样 ， 目前诊断技术依然落后的疾病 ， 还有肺结核 ， 仍在沿用几十年前开发的“痰菌培养法” 。
这种方法不仅经常会得到假阴性等错误结果 ， 有时候即使使用CT或X光等先进影像诊断仪器 ， 医生也难以准确判断病人的肺结核进程 。
英国伦敦卫生与热带病研究所的科研人员就研制出了一种能为病人当场化验出是否患有肺结核的新型纳米生物传感器 。 这种化验仪造价十分低廉 ， 已经在东南亚等肺结核高发区推广使用 。
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此外 ， 英国国民保健署（Britain's National Health Service）还资助了使用Owlstone 传感器诊断肺癌的临床试验 ， 包括了癌症病人在内的3000名受试者 。
这种传感器被做成了手机SIM 卡的样子 ， 受试者只需吹气 ， 气味中的分子就会被传感器离子化（让它们带上电荷） ， 然后接上电流 ， 就能使和疾病相关的化学物质移动到芯片中专门的通道上 ， 从而被检测到 。
这类传感器还可以用来检测结直肠癌、肠易激综合症等其他疾病 。
为什么是“免费的午餐”？
生物传感器的优点显而易见 。 但也许有人会问了 ， 这么厉害的技术 ， 怎么就是只做“赔本买卖” ， 专往穷乡僻壤跑呢？背后的原因恐怕不是“钱太烫手” ， 而是另有玄机 。
抛开一些政治角度的阴谋论 ， 从应用场景来说 ， 落后地区进行细菌和病毒检测手段升级的紧迫性显然是要更高的 。
经济发展较好的国家 ， 大多都完成了城市化改造 ， 建立了规范的传染病管理体系 ， 这是预防疫病的关键 ， 也正是落后地区所不具备的前提条件 。
而历史上许多灾难性的瘟疫 ， 比如霍乱、麻疹等等 ， 都是由相应的病菌或病毒所引起的 。 在全球一体化的大背景下 ， 帮助落后地区及早诊断并控制病源微生物的感染 ， 自然是一件既有慈善意义 ， 又具备广泛社会价值的事儿 。
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另外一点 ， 很多生物传感器的研发时间并不长 ， 其效果的稳定性都有待观察 ， 而先进国家的药物仪器面世审核流程都十分漫长 ， 往往需要几年多批次的临床实验才有可能完成 。
在现代城市中寻找相应的受试者不仅成本高昂 ， 而且很有可能因为技术缺陷引发患者不满 。 相比之下 ， 深受贫困和疾病困扰的落后地区 ， 群众的接受度和容忍度都要高出许多 ， 也比较有利于前沿技术的推行 。
当然 ， 这并不意味着企业和医疗机构就“人傻钱多”了 ， 或者是拿着人民税收去撒钱“献爱心” 。 事实上 ， 主流国家的医疗技术研发已经形成了完善的产业机制 。
比如前面提到的非洲饮用水检测项目 ， 就是由英国国家环境研究委员会(NERC)、经济和社会研究理事会(ESRC) ， 以及英国国际发展部(DFID)共同资助的 。 开发使用这种传感器 ， 后续还会应用到英国水工业内部的实时遥测技术监测原水质量 。
当商业应用价值可以反哺 ， 公益事业自然也更容易找到一个可持续的平衡点了 。
生物传感器虽然出身高知的实验室 ， 却也在做着非常草根的工作 。 或许 ， 当一项技术拥有对底层人类的帮助与抚慰能力的时候 ， 它才拥有着做任何事情的能力 。
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