一、生物感測器市場趨勢

生物感測器透過物理化學偵測器回傳生物分子如酵素、抗體、細胞接受器或是DNA探針的反應，結合電子與訊號處理器將結果呈現，是一種易於使用的裝置。近幾年生醫工程的進步，讓生物感測器能微型化，使在一小個晶片上就能進行實驗，亦即實驗室晶片 (Lab-on-chip)。這為醫療監測帶來許多優點，如減少尺寸、樣品體積、生物試劑、分析時間且可進行多重分析物分析。典型的生物感測器系統會將生物催化劑與物理化學轉換器結合，以放大、處理並顯示電訊號。根據Markets and Markets 市場預測報告顯示，至2026年全球生物感測器市場規模將達367億美元，年均複合成長率(CAGR)達7.5% (2021-2026)，詳見圖一。

二、生物感測器技術類別
依照技術類別可將生物感測器區分為電化學生物感測器、光學式生物感測器、壓電式生物感測器、熱感式生物感測器與奈米力學生物感測器等五大類別。各技術類別產品之市場成長預測顯示於圖二。以下簡述各類別之技術特性與應用潛力。

(1) 電化學生物感測器 (Biochemical biosensors)
電化學感測器將電化學的型式轉化為能夠分析的有效訊號，此感測器含括兩種基本組成：化學/分子辨識系統與物理化學轉換器 (一種裝置能將化學反應轉化為可被電子儀器偵測的訊號)，此兩部分在感測器中作為工作(或感測)電極用以量測電子訊號。電化學生物感測器具有生物辨識因子能夠有選擇性地與目標待測物反應並產生與分析物濃度相對應的電子訊號。而電化學感測器又能區分為電流式感測器 (例如血糖感測器)、電位式感測器 (例如免疫感測器)與導電度式感測器 (應用於藥物偵測或式環境汙染監測)。電化學技術預期在生物感測市場中占有最大部分，其非醫療類的應用逐漸增加，例如環境監控與食品品質管控。而最常見的電化學生物感測器為血糖機。

(2) 光學式生物感測器 (Optical biosensors)
光學式生物感測器是基於生物辨識過程所導致的光的相位、振福、偏極光或光頻率的改變，因此被認為是很靈敏的生物感測器。由於其靈敏性、小尺寸且具成本效益而被廣泛的使用，也因為易於微型化，因此也可被應用於活體的量測。此外光學式生物感測器具有直接、即時且免標記檢測化學與生物分子的潛在能力，使在過去十年投入的研發費用顯著地增加，被預期具有最高的年均複合成長率 (CAGR)。此種感測器又能再區分為比色生物感測器 (colorimetric biosensor)、螢光式與表面電漿共振 (SPR)生物感測器。

(3) 壓電式生物感測器 (Piezoelectric biosensors)
壓電式生物感測器使用壓電晶體(例如石英)，壓電晶體會在電場的影響下震盪，其震盪頻率的改變會與質量的改變呈正比。當抗原與抗體結合時，會導致壓電晶體震盪頻率的改變，而壓電式生物感測器透過量測頻率的改變進行生物感測。此種感測器常用於檢測癌症、C型肝炎、DNA雜合與確認藥物的有效性。壓電式生物感測器又可區分為聲感測器(acoustic biosensors)與微懸臂梁感測器 (microcantilever biosensors)。

(4) 熱感式生物感測器 (Thermal biosensors) 
熱感式或是熱量計型生物感測器是利用吸收或產生熱能，透過酵素熱感測器量測溫度以達其生物感測目的。當待測物與感測器上的生物辨識分子作用時，所產生或吸收的熱能與所有分子反應的莫耳生成焓呈正比，因此能量測出待測物之濃度。熱感式感測器的優點是轉換器不須與待測物或樣品直接接觸，裝置較為穩定不須頻繁校正，且不受待測樣品的光學與電化學特性影響。熱感式生物感測器常應用於食物、藥品與成分分析。

(5) 奈米力學生物感測器 (Nanomechanical biosensors)
由於微米與奈米加工技術的進步，使機械型轉換器能達更小的尺寸，微米與奈米尺寸增加其靈敏度，使感測器更能偵測生物分子之間交互作用所產生的力、動作、機械性能與質量變化。奈米力學裝置作為感測元件能有快速、靈敏且具選擇性的偵測生物及生化分子。

三、生物感測器應用市場

各種傳染性疾病與癌症造成的高致死率說明診斷工具的不足，因此開發能提供高靈敏且專一的疾病檢測裝置需求大量出現，以改善預後與降低死亡率。根據生物感測器的應用，市場又可區分為定點照護、居家診斷、實驗研究、食品、環境監測與生物防禦等，圖三顯示各應用類別之市場成長預測，以下將簡述各類應用範疇。

(1) 定點照護與居家診斷
在定點照護(Point of Care)與居家診斷類別中，生物感測器常應用於血糖監測、心臟生物指標監測、傳染性疾病偵測、凝血監測、懷孕與生育測試、血液氣體與電解質檢測、腫瘤與癌症生物指標檢測、尿液常規檢查與膽固醇測試。定點照護應用於整體生物感測市場中據最大占比，而COVID-19大流行亦驅動傳染性疾病偵測市場，使居家診斷的需求增加。

(2) 實驗研究
生物感測器市場中的實驗研究則是負責開發大眾負擔得起的疾病早期監測，例如糖尿病、癌症檢測或是冠狀動脈疾病。抑或是用於驗證各種臨床試驗、作為各種化學分析的工具與幫助進行一些特定的試驗。

(3) 環境監測
科技的進步伴隨一些人類製造的化學廢物或是工業產生的副產物。這些有害的汙染物被釋放到環境中造成生態環境的破壞，也可進而人類的健康問題。儘管傳統的方法能夠精確地分析汙染物，但還是需要一種更快且低成本的工具進行環境汙染物的檢測與監測。而生物感測器則可以有效的診斷環境中汙染物的類型與濃度，並在水質、土壤或是空氣中進行持續的環境監測。相比傳統方式，生物感測器的優點在於可攜帶，且僅需少量樣品就能進行汙染物檢測。

(4) 食品安全檢測
食品工廠面臨的挑戰是維持環境與原物料整潔與食物品質，因為監測食品與各階段食品製造、包裝到運輸的安全是必要的。生物感測器能檢測與管理食物營養成分、病原體與毒素。以哺乳動物細胞作為生物辨識因子的生物感測器 (mammalian cell-based biosensors)可以有效的檢測食物中的病原體與毒素。此外，生物感測器也被應用在飲品，如紅酒、啤酒及一些軟性飲料。這種感測器在食品製造工廠的品質管理中扮演重要的角色。

(5) 生物防禦
生物戰與生物恐怖主義已成為各國開始關注的議題，化學品、毒化物與微生物將被用於戰爭，生物戰的威脅預計將持續增加。生物感測器可用於偵測那些會造成生命危害的微生物病原體，因此在軍事應用上，生物感測器的需求也在增加中。

四、焦點創新產品案例介紹

(1) i-STAT血氣分析儀幫助Rochdale急救護理中心的病患
英國Rochdale急救護理中心提供當地約24萬居民非緊急服務，而在如此繁忙地中心要達成英國國家保健局 (NHS)所建議的四小時內得到血液檢測結果，快速地進行診斷是一大挑戰。Abbott的i-STAT血氣分析儀幫助醫療團隊可以更有效率地將不同症狀的患者進行分診，以遵循英國國家保健局對於及時安排患者的建議。i-STAT血液分析儀能測試與分析病患的腎功能、心臟生物指標與身體的電解質，可幫助快速診斷。此外也能提供需要進行靜脈注射的年老體弱或是有心律不整風險的患者支持照護。

(2) 透過非侵入式的血紅素監測減少產後復發率與死亡率
每90秒就有一位女性死於懷孕或是分娩相關併發症，根據世界衛生組織(WHO)產後出血是全球產婦死亡的主要原因。在分娩期間或分娩後，Masimo的非侵入式的血紅素監測 (SpHb)能夠辨識低下或是下降的血紅素值，幫助臨床醫師檢測出產後出血，防止產婦死亡或是殘疾的發生。斯里蘭卡的衛生部報告指出，透過非侵入式的血紅素監測即早地檢測出出血症狀並給予即時輸血，產婦死亡率因此大幅下降。

五、結語

隨著物聯網(IoT)的普及，監測生命體徵、生理健康數據、環境監測等聯網生物感測器有效地提升照護效率，減緩照護人力短缺所造成之困境。而穿戴式生物感測裝置具有長期監測健康狀態，並得以產生個人健康大數據之優勢，將可望加速並協助傳統醫學診斷達成數位轉型，亦為未來預防醫學的實踐建立基石。