传感新品

【东华大学等五校合作：研发用于可穿戴健康监测的电化学传感纤维】

一、研究背景

自1962年Clark和Lyons提出生物传感器的概念以来，其由于具有生物识别过程的高度特异性，在过去几十年中得到了广泛关注与开发，最成功的例子之一就是血糖仪。近年来，可穿戴设备取得巨大的商业进步，根据Grand View Research的市场报告，2016年全球可穿戴设备市场约为1.5亿美元，预计2025年将达到28.6亿美元，新增市场规模的很大一部分将由可穿戴电化学传感器组成。电化学传感器可以实现实时监测人体体液中生物分子的动态波动，为原位体液测量和实时数据反馈搭建桥梁，具有极高的临床应用价值。但受限于稳定性和复杂性等问题，可穿戴电化学传感器的商业化尚不成熟。

可穿戴电化学传感器从最初的台式设备逐渐演变而来，研究人员将传感电极与柔性基底相结合，优化了设备形态与体积，使器件能够贴合人体，从而便捷地进行实时健康监测。在可穿戴器件中，纤维电子器件展现出巨大的应用潜力，其具有优异的穿戴性能，如透气性、舒适性和拉伸性，有可能在日常生活中长时间持续使用。将电化学传感技术与纤维电子结合，通过日常穿戴为人们提供健康状况的实时监测，代表了可穿戴健康监测的前沿发展方向。

图1 综述的总体框架。电化学传感原理和方法：伏安法、电位法和阻抗法；纤维制造策略：电极材料和制造方法；纤维集成：功能化和性能描述；应用和挑战：智能服装系统和个性化医疗

该综述以问题为导向，首先介绍了基于纤维和织物的可穿戴传感技术新平台，进而讨论了电化学传感纤维的原理和优势；强调了电化学传感纤维在智能服装设计与应用中的重要性，重点介绍了解决电化学传感纤维关键问题的策略如材料选择和结构设计；最后概述了基于电化学传感纤维的智能服装系统及其在医疗健康中的前沿应用（图1）。

二、文章内容

综述首先介绍了可穿戴传感技术的新时代：基于纤维和织物的电化学传感器，总结了电化学传感纤维相对于其他可穿戴电极材料的独特之处(图2)，如成本低、灵活性高、舒适性好等。概述了电化学传感纤维存在的关键挑战，如：动态电化学稳定性、机械耐久性、可洗涤性、透气透湿性、柔软性等，并讨论了应对上述挑战的策略。

图2 电化学传感纤维的独特性能

该综述阐明了电解池、微芯片和纤维电子学在电化学原理和方法上的异同（图3）。传统的电化学传感器依赖于恒电位仪以及具有电极和电解质的电解池。随着柔性电子技术的进步，电化学传感器正逐步向小型化、高密度、高集成化方向发展。微芯片技术通常利用光刻喷涂等工艺在芯片上产生各种微电极，并利用DNA、蛋白质和其他生物分子进行修饰，形成具有生物分子识别功能的传感器。随着新型电化学传感技术的发展，传感器件不再局限于刚性电极，纤维电极因为具有高柔性、高拉伸性等优点受到关注。如丝绸、棉线等天然纤维，可以涂上导电材料，赋予其电极的特性。

然后用传感元件对纤维表面进行功能化，以进行电化学传感并检测特定物质。常见电化学传感器的工作原理根据所使用的电化学技术进行分类，包括（1）记录三电极电路中电流的安培法/伏安法；（2）电位法，其记录双电极系统的工作电极的平衡电势；以及（3）阻抗测量，其监测由分析物引起的电阻抗信号。但在纤维器件中仍存在部分挑战：比如，为了在纤维电极上实现离子的实时传感，合理设计微流体通道以允许新分泌的生物流体流过传感器是至关重要的，否则纤维只感应到累积水平的离子会出现不准确的读数；同时需要考虑纤维在穿着过程中的变形引起的固有阻抗变化等。

图3 a）电化学传感器发展的三种基本形式 b）电化学传感器工作原理：基于酶电极的电流测量法，包括电流-时间（i–t）曲线；基于蛋白质和其他物质分析的伏安法，包括电流-电势（i-E）曲线；基于离子选择电极的电位测定法，包括电位的测定；阻抗测量法，用于记录电极表面电特性的变化

理想的电化学传感纤维应具有以下组成和结构特征：

（1）尽可能多的活性位点以实现高的本征活性；

（2）高导电性以确保稳定的性能，因为纤维电极本身的总电荷转移路径比薄膜电极的总电荷传输路径长；

（3）高比表面积；

（4）足够的柔性和机械强度，以应对使用过程中的弯曲和拉伸；

（5）合理的结构，有利于反应物材料的电荷转移和扩散。该综述概述了纤维基底和生物活性材料，包括类别、制造、表面改性和纤维器件集成（图4）。重点阐述了从实验室制备到工厂生产、商业化的策略，从而有望实现电化学传感纤维的连续和大规模制造。

图4 电化学传感纤维的材料、结构和制造方法

纤维重量轻，柔韧性好，易于功能化，可进行多种集成，如一维纱线、二维织物和三维编织结构。该综述将纤维电子功能集成到纺织品中的方法分为两类（图5）：（1）通过各种编织方法（针织、编织、刺绣）将纤维器件嵌入绝缘织物中；（2）直接使用合适的技术对织物进行功能化，包括丝网印刷、浸涂、静电纺丝等。

图5 将纤维整合到织物中的各种方法

随着材料科学、电子电路和集成技术的快速发展，基于可穿戴电化学传感纤维的智能服装系统已经在实验室中实现了较好的效果演示。智能服装系统通常由传统服装、纤维传感器、电源、信号采集以及传输、接收组件组成，从而以便携的方式实时监测人体健康状况。这里总结了解决纤维电化学传感器局限性的策略，除了提高电化学传感纤维和织物的性能指标外，拓展新领域以增强实用性也及有必要。作为进一步的展望，重点介绍了采用智能服装和电化学传感技术的个性化医疗新概念（图6）。

图6 电化学传感纤维的未来趋势

传感动态

【索尼图像传感器业务押注中国市场，工厂扩产以提升产能】

12 月 25 日消息，据日经新闻报道，日本科技巨头索尼集团正计划通过大力拓展中国智能手机厂商市场，重振其图像传感器的盈利能力。

周五，索尼集团在生产图像传感器的长崎科技中心举行了扩建工程的竣工仪式，索尼集团总裁十时裕树表示：“图像传感器是电子世界的‘眼睛’，我们将把它送到全球客户手中。”该公司位于长崎的工厂是其图像传感器的主要生产基地，此次扩建使洁净室面积增加了 60%。此外，索尼还计划在熊本县新建一座图像传感器工厂。

索尼预计，截至明年 3 月的财年，其合并净利润将下降 13% 至 8800 亿日元（IT之家备注：当前约 441.76 亿元人民币），半导体部门的营业利润也将下滑 8% 至 1950 亿日元。2019 财年，半导体部门的营业利润率曾达到 22%，位居索尼六大业务板块之首，而本财年这一指标预计仅为 12.3%。

索尼半导体部门盈利能力下降的一个重要原因是，索尼对华为的图像传感器供应大幅减少。华为曾是全球销量第一的智能手机制造商，也是索尼的重要客户，但受中美贸易摩擦影响，其手机销量大幅下滑，波及到索尼图像传感器业务。

与此同时，索尼另一大客户苹果的订单量保持强劲，这也使得索尼向其他客户大幅增加销售变得更加困难。

因此，索尼扩大了长崎工厂的产能，瞄准长期加大对中国智能手机制造商的销售，小米和 OPPO 是索尼瞄准的两大目标。

索尼还于去年推出了专门针对中国市场的“Lytia”品牌图像传感器，并指定长崎工厂为供应中心。“索尼正在以主摄像头为重点，以利润为优先，大力促进销售，”瑞穗证券的分析师中根康介表示。

此外，索尼还在积极提高生产效率，今年春季从其他工厂调派工程师到长崎，协助解决今年在长崎开始量产的新型图像传感器的良品率。该传感器可以提高夜间拍摄的图像质量，但大规模生产一直存在问题。

随着智能手机市场日趋成熟，索尼也开始将目光投向物流领域，作为新的收入来源。上个月，该公司推出了一项利用人工智能图像传感器提升仓库效率的服务，可自动追踪卡车进出货时间，分析装卸货效率。随着日本明年实施更严格的卡车司机加班限制，预计这类服务将迎来更大需求。

【四方光电发力气体传感器市场 拟不超1亿元赴匈牙利建生产工厂】

在外贸业务持续扩张，海外营收占比持续提升的背景下，四方光电(688665)拟赴欧洲投建生产基地，辐射当地市场。

12月24日晚间四方光电披露，该公司拟通过香港全资子公司四方光电（香港）有限公司（英文名：Cubic Sensor And Instrument（Hong Kong）Co., Limited）（下称“香港四方”）作为投资路径，由香港四方在匈牙利设立四方光电（匈牙利）有限公司（英文名：Cubic Sensor and Instrument Hungary Kft.）（下称“匈牙利四方”）。

通过新设立的匈牙利四方投资建设生产基地，四方光电拟为欧洲客户群体提供气体传感器的本地化生产及供货。该项目计划投资总金额不超过1亿元（实际投资金额以中国及当地主管部门批准金额为准）。

据披露，匈牙利四方主要业务为测量仪器制造，该公司设立后，上市公司将结合公司产能规划、下游市场需求及项目建设资金筹措等具体情况分阶段逐步建设匈牙利气体传感器生产基地。项目主要内容为建设气体传感器生产工厂，资金主要用于项目中厂房购买/租赁、厂房装修、设备采购等。资金来源为上市公司自有资金及自筹资金。

近年来，四方光电依托精准营销核心能力，外贸业务持续扩张，海外营收占比持续提升。本次对外投资也是该公司加速国际化布局的又一重要举措。

四方光电称，匈牙利是中国推进“一带一路”倡议项目建设的必经之地，地理位置优越，基础设施完善，劳动力性价比高，投资环境较好。公司在匈牙利投资建设生产基地，打造产品海外供应能力，辐射欧洲区域大量公司客户及潜在客户；一方面，有利于提升公司对欧洲客户需求的响应速度，更好地满足客户欧洲区域的订单和需求；另一方面，有利于公司进一步完善国际营销渠道，抢抓海外市场先机，挖掘潜在客户需求，获得增量订单，推动外贸业务的持续较快发展，提高公司整体业绩。同时，公司也能更加灵活地应对宏观环境波动、产业政策调整以及国际贸易格局变化可能对公司形成的潜在不利影响。

除海外投建产能外，四方光电还拟通过对外投资加强主业。24日晚间该公司同时披露，在2023年12月22日与四川希尔得科技有限公司（下称“四川希尔得”）及其股东陈晓晖、何柳、成都众辉智安企业管理中心（有限合伙）、黄学连、冯梦箫、毛平安、张永根、郭涛、马小健、康民、孙倩、陈亮签署了《增资协议》。上市公司将以自有资金5000万元向标的公司增资，其中535.33万元计入标的公司注册资本，其余4464.67万元计入标的公司的资本公积。本次增资后，四川希尔得注册资本由1039.18万元增至1574.51万元，上市公司持股比例为34%。

四川希尔得主要从事家用探测器、工商业探测器、报警控制器和自闭阀、电磁阀的研发、生产和销售。其产品主要应用于城市燃气领域，并逐步开拓石油、化工、医疗等非城市燃气领域。其客户主要包括一些知名燃气公司等。

据披露，四川希尔得股东陈晓晖、黄学连、毛平安、张永根、郭涛、马小健、康民、孙倩、陈亮之间已于2023年12月21日签署了《一致行动协议》，该等自然人股东同意将其持有的标的公司股权的表决权集中委托给股东陈晓晖代为行使；同时，陈晓晖系成都众辉智安企业管理中心（有限合伙）的执行事务合伙人，有权就合伙企业重大事项做出决策，因此，在本次增资完成前，陈晓晖合计拥有四川希尔得80.6%股权的表决权，在本次增资完成后，陈晓晖合计拥有标的公司53.2%股权的表决权，各方均认同陈晓晖拥有标的公司的控制权，是标的公司的实际控制人。

本次增资还设立了业绩承诺。各方同意，以经四川希尔得及现有股东聘请的并经投资方认可的审计机构，对公司2022年度进行审计后确认的净利润数据（净利润以标的公司扣除非经常性损益后为计算依据，即1404.9万元）为承诺基数，以2023年度、2024年度、2025年度为业绩承诺期限，现有股东承诺标的公司业绩目标为每年度经审计的净利润（合并报表数据，下同）复合增长率不低于10%。

四川光电认为，本次对外投资基于公司对未来战略发展布局的考量，通过协同标的公司报警器产品中气体传感器核心部件的采购需求及其成熟的燃气公司销售渠道资源，同时发挥公司在气体传感器方面的技术及外贸销售能力优势，共同开拓报警器相关市场，实现公司现有的安全监控气体传感器业务与重点新培育的智慧计量产业加速发展。

未来，双方将在市场开拓、产品研发等领域展开合作，实现双方的资源共享与能力互补，提高双方的业绩与核心竞争力。在市场开拓方面，上市公司可以向标的公司销售报警器产品中的核心气体传感器部件，有利于公司安全监控气体传感器业务的业绩提升；同时，标的公司的燃气公司客户与公司智慧计量产业中超声波燃气表及其模块产品的客户重叠程度高，可以实现客户的资源共享，有利于公司智慧计量新产业相关产品的市场开拓；公司较强的外贸销售能力可以帮助标的公司拓展海外客户，进而提升公司本次对外投资的投资回报。

而在产品研发方面，上市公司将发挥多年沉淀的技术平台能力，通过非分光红外（NDIR）、可调谐激光光谱（TDLAS）技术赋能，开发出市场竞争力强、面向未来的报警器产品，支持双方业务的长远发展。

【公司技术源于两弹研制基地，东方之光获柯力传感战略投资】

12月21日，柯力传感与宁波东方之光安全技术有限公司签署投资协议，双方达成战略合作。东方之光成为柯力传感控股子公司，也将成为柯力传感多物理量传感器协同发展版图中的重要一员。

宁波东方之光安全技术有限公司成立于2013年，原址位于中国工程物理研究院宁波科技园。公司技术源于两弹研制基地——中国工程物理研究院，是宁波市“3315计划”重点引进项目，自成立以来得到宁波市政府的大力支持。东方之光以光子计数探测、光电温度传感为技术基础，专注于高危环境温度测试系统的研发及推广，目前已成为国内领先的光纤温度传感解决方案供应商。公司拥有强大的技术团队，自主研发分布式光纤测温系统、光纤光栅测温系统、无线测温系统，拥有自主开发的软件系统，为用户产品的升级提供有力保障。产品广泛应用于新能源、航空、船舶、交通、电力、冶金、石油石化、城市管廊等领域。

基于多年研发积累及技术升级，东方之光主要产品—分布式光纤温度传感系统，在产品性能领先的情况下，成本已降至行业最低水平，且该系统经多方验证，具有防燃、防爆、抗腐蚀、耐高压、抗电磁辐射、测量范围广、定位精度高、使用方便等优点。公司在传统行业业务基础上，也紧抓市场需求，目前已成功进入宁德时代（300750）、先导智能（300450）、利元亨、杭可科技等新能源及智能装备上市公司供应链。

柯力传感此次战略控股东方之光，既丰富了柯力传感的多传感产品布局，亦有望结合东方之光技术平台在力学、光学等领域作出更大科技成果转化，如瞬态光学测温系统，瞬态高温成像系统等。本次投资完成后，双方将在研发、市场、供应链、制造、管理等方面进行更深度的融合。

【比亚迪入股深迪半导体，后者为陀螺仪芯片研发商】

天眼查App显示，近日，深迪半导体（绍兴）有限公司发生工商变更，股东新增深圳市创启开盈创业投资合伙企业（有限合伙）、比亚迪、绍兴市柯桥区智城数智五号创业投资合伙企业（有限合伙）等，同时公司注册资本由约1707.24万美元增至约1825.83万美元。

深迪半导体（绍兴）有限公司成立于2008年8月，法定代表人、董事长为BO ZOU，经营范围含新型电子元器件、微机械电子传感器的研究、开发、设计，系统集成的设计、调试、维护等。公开信息显示，深迪半导体是商用MEMS陀螺仪系列惯性传感器芯片提供商。

【视觉传感器的工作原理】

光电传感器包含一个光传感元件，而视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的。图像的清晰和细腻程度通常用分辨率来衡量，以像素数量表示。Banner 工程公司提供的部分视觉传感器能够捕获 130 万像素。因此，无论距离目标数米或数厘米远，传感器都能“看到”十分细腻的目标图像。

在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件。此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在 360 度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断。

视觉源于生物界获取外部环境信息的一种方式，是自然界生物获取信息的最有效手段，是生物智能的核心组成之一。人类80%的信息都是依靠视觉获取的，基于这一启发研究人员开始为机械安装“眼睛”使得机器跟人类一样通过“看”获取外界信息，由此诞生了一门新兴学科——计算机视觉，人们通过对生物视觉系统的研究从而模仿制作机器视觉系统，尽管与人类视觉系统相差很大，但是这对传感器技术而言是突破性的进步。视觉传感器技术的实质就是图像处理技术，通过截取物体表面的信号绘制成图像从而呈现在研究人员的面前。

视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素。图像的清晰和细腻程度通常用分辨率来衡量，以像素数量表示。在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件。此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在 360 度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断视觉传感技术的出现解决了其他传感器因场地大小限制或检测设备庞大而无法操作的问题，由此广受工业制造界的欢迎。

视觉传感技术包括3D视觉传感技术，3D视觉传感器具有广泛的用途，比如多媒体手机、网络摄像、数码相机、机器人视觉导航、汽车安全系统、生物医学像素分析、人机界面、虚拟现实、监控、工业检测、无线远距离传感、显微镜技术、天文观察、海洋自主导航、科学仪器等等。这些不同的应用均是基于3D视觉图像传感器技术。特别是3D影像技术在工业控制、汽车自主导航中具有急迫的应用。

智能视觉传感技术也是一种视觉传感技术，智能视觉传感技术下的智能视觉传感器也称智能相机，是近年来机器视觉领域发展最快的一项新技术。智能相机是一个兼具图像采集、图像处理和信息传递功能的小型机器视觉系统，是一种嵌入式计算机视觉系统。它将图像传感器、数字处理器、通讯模块和其他外设集成到一个单一的相机内，由于这种一体化的设计，可降低系统的复杂度，并提高可靠性。同时系统尺寸大大缩小，拓宽了视觉技术的应用领域。

智能视觉传感器的易学、易用、易维护、安装方便，可在短期内构建起可靠而有效的视觉检测系统等优点使得这项技术得到飞速的发展。视觉传感器的图像采集单元主要由CCD/CMOS像机、光学系统、照明系统和图像采集卡组成，将光学影像转换成数字图像，传递给图像处理单元。