mems技術在醫(yī)療中的應用課件

1、MEMS技術在醫(yī)療中的應用微醫(yī)療傳感器mems技術生物方向應用歷史 1967年，SB卡特使用的陰影蒸發(fā)鈀的島嶼，實現(xiàn)細胞附著。在此之后的首個生物MEMS研究，在該領域的后續(xù)發(fā)展緩慢，約20年。1985年，UNIPATH公司進行商業(yè)化實踐，將第一個微流體裝置內(nèi)含紙質(zhì)和第一微流體產(chǎn)品推向市場。 在1990年，Ciba-Geigy公司（現(xiàn)在的諾華），瑞士的安德烈亞斯曼茨和H.邁克爾威德默首先創(chuàng)造了這個詞微全分析系統(tǒng)（TAS）在其開創(chuàng)性的論文中提出使用化學傳感的微型全化學分析系統(tǒng)。已經(jīng)有三個主要的推動因素： 三個主要的推動因素 首先，過去幾十年的藥物發(fā)現(xiàn)在導致20世紀90年代，許多色譜分析在設備上并行

2、運行的時間和成本已經(jīng)大幅下降。 其次，創(chuàng)建人類基因組計劃（HGP） ，在1990年10月開始，DNA測序能力的改善需求。使得毛細管電泳成為成為化學和DNA分離的一個重點。 第三，美國國防部DARPA支持了一系列的微流體研究計劃 在20世紀90年代后，美國國防部意識到需要有一個制定現(xiàn)場部署微檢測化學和生物制劑的機構，因為這都是是潛在的軍事和恐怖主義威脅。 1993年，George.M. Whitesides，哈佛大學的化學家，推出了價格低廉的基于PDMS的微細加工，這徹底改變了生物MEMS領域。生物MEMS領域的爆炸便是從那時開始。測壓傳感器測壓傳感器是將力或重力轉化為電信號的換能器。測壓傳感器

3、應用在醫(yī)學中被稱為醫(yī)用測壓傳感器，它們都必須高度精確并緊湊包裝，以方便攜帶，特別是器械要與病人直接連接時。如果傳感器用于某醫(yī)療器械集成的監(jiān)測儀器內(nèi)，要使用不銹鋼和陽極化鋁等標準包裝材料。如果設備與人體或液體直接接觸，則可使用可高壓蒸汽滅菌的特種不銹鋼或一次性傳感器。 醫(yī)用測壓傳感器早期曾用于病床負重監(jiān)測，現(xiàn)在則將小型測壓傳感器應用到容易發(fā)生人為錯誤的領域，如：用于給藥的輸液泵。為了盡可能精確地調(diào)節(jié)流速以及便于護士隨時監(jiān)測，人們將測壓傳感器應用在輸液泵上。這種傳感器可準確測量輸液袋的重量，當液體重量與預先設定值不同時，傳感器會立即向連接的設備發(fā)出警告信息，并及時跟控制器通信。植入式傳感器植入式傳

4、感器應當體積小，重量輕，并且和身體兼容，同時還要求其功率非常小。更重要的是，它們不能隨著時間的推移而衰變。由于這類傳感器屬于第類醫(yī)療器械，因此需要有食品及藥物管理局（FDA）的批準才能使用。一般來講，這類傳感器價格非常昂貴，而且需要專家做外科手術進行移植。植入式傳感器體積小、重量輕、并且和身體兼容，同時還要求其功率非常小。更重要的是，它們不能隨著時間的推移而衰變。對功率的要求是植入式傳感器正常工作所面臨的主要挑戰(zhàn)之一。不需要功率就能發(fā)揮作用的傳感器是最完美的，可是市場尚沒有這種傳感器出售。壓電聚合傳感器體積小，可靠性高，不需要外部動力而且能長時間持續(xù)工作。這類傳感器可應用于監(jiān)視病人活動的心臟起

5、搏器，通過植入式傳感器可以實時監(jiān)測心率變化。舉個例子，由于腹部長了一個大動脈瘤，要求切除一部分脆弱的動脈，用人工合成的管狀器官來替代。這時，可以在手術的過程中植入一個傳感器，用來監(jiān)視手術部位的壓力泄漏。微傳感器的能源： 由于醫(yī)療用微傳感器要求功率極低，而且安裝在諸如心臟起搏器之類的醫(yī)療器材附近，因此由植入醫(yī)療器材工作產(chǎn)生的電磁波輻射出的能量驅(qū)動生物傳感器生物傳感器對生物物質(zhì)敏感并將其濃度轉換為電信號進行檢測，它是由固定化的生物敏感材料做識別元件（包括酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì)）與適當?shù)睦砘瘬Q能器（如氧電極、光敏管、場效應管、壓電晶體等）及信號放大裝置構成的分析工具。

6、 在臨床醫(yī)學中，酶電極是最早研制且應用最多的一種傳感器。利用具有不同生 物特性的微生物代替酶，可制成微生物傳感器。生物傳感器已應用于監(jiān)測多種細菌、病毒及其毒素。藥物分析用生物傳感器的典型代表 產(chǎn)品是 SPR 生物傳感器，這是一種表面膜共振分析，是實時測定生物分子結合的技術。生物傳感器設備包括生物識別系統(tǒng)，稱為bioreceptor，以及換能器。 與bioreceptor 分析物之間的相互作用導致的效果，即換能器轉換成測量，如一個電信號。 最常見的用于生物傳感bioreceptors 基于抗體-抗原的相互作用， 核酸相互作用， 酶的相互作用， 細胞相互作用， 使用仿生材料的相互作用。普通的聲換能

7、器技術，包括機械檢測，電檢測，光檢測。 特定的綁定功能和酶的催化活性他們流行bioreceptors的。 通過幾種可能的機制：1）酶分析物轉換成另一種產(chǎn)物，由傳感器檢測到，2）檢測分析物的酶抑制或激活，3）對產(chǎn)生與被分析物相互作用的酶性能的監(jiān)測變形分析物識別。 在生物傳感器中的酶的共同使用的主要理由是：1）能夠催化大量的反應2）產(chǎn)生電勢，以檢測一組的分析物（底物的催化活性的產(chǎn)品，抑制劑，和調(diào)制器），3）使用幾個不同的轉導方法，用于檢測被分析物的適用性。 值得注意的是，由于沒有在反應中消耗酶，生物傳感器可以很容易地被連續(xù)使用。 然而，傳感器的壽命受到酶的穩(wěn)定性的限制。酶傳感器核酸相互作用采用核酸

8、相互作用的生物傳感器，可以被稱為為genosensors。 識別過程的基礎上互補堿基配對的原則，腺嘌呤胸腺嘧啶和胞嘧啶，鳥嘌呤DNA 。 如果靶核酸序列是已知的，可以合成互補序列的標記，然后固定在傳感器上。 然后，雜交探針與靶序列的堿基配對，產(chǎn)生的光信號。 同時, 當互補序列 DNA 的濃度發(fā)生改變時, 指示劑嵌入后的響應信號也會發(fā)生相應變化。 一定范圍內(nèi)指示劑的響應信號與待測 DNA 物質(zhì)等基因傳感器在環(huán)境微生物功能基因檢測中的應用 的量濃度成線性關系, 從而得以檢測基因含量, 達到定量的目的。細胞通常用在bioreceptors中，因為它們是對周圍環(huán)境敏感，它們可以響應各種興奮劑。 細胞傾

9、向于附加到表面，這樣他們可以很容易地固定。與細胞器相比，細胞仍然在較長時間內(nèi)是活躍的，具有再現(xiàn)性，使得它們可重復使用。 它們通常用來檢測全局參數(shù)，如脅迫條件下，毒性和有機衍生物。 它們也可以用于監(jiān)測藥物的治療效果。 一個例子是使用細胞，以檢測作為水生污染物的除莠劑。 微藻包埋石英超細纖維和修改后除草劑的葉綠素熒光的光學纖維束的尖端處收集并傳輸?shù)綗晒庥嫛?藻類不斷培養(yǎng)，以獲得優(yōu)化的測量。 研究結果表明，某些除草劑的檢測限可以達到亞ppb濃度水平。 某些細胞也可以被用于監(jiān)視的微生物腐蝕，例如假單孢菌。 腐蝕的材料表面的方式是固定在醋酸纖維素膜上。通過呼吸活性的確定，通過測量氧的消耗。 產(chǎn)生的電流和

10、的硫酸濃度之間的線性關系。檢測時間可以控制在不超過5分鐘。細胞檢測“植入式傳感器在醫(yī)療上的應用 - 醫(yī)療電子領域有哪些重要的傳感器”。電子發(fā)燒友網(wǎng)站Jump up to: 一個 B C Marazuela，M.X. 0。 E.; A.莫雷諾-邦迪，M.X. 0。 E.; A. （2002年）。 “光纖生物傳感器-概述”。 分析和生物分析化學 372（5-6）：664-682。 DOI ： 10.1007/s00216-002-1235-9 。 PMID 11941437 “生物傳感器入門” 。 檢索2013年1月28日 。 韋德里納，C.，勒克萊爾，J.-C.，Durrieu，C.，陳德良胡志明市，C.（2003）。 光學全細胞生物傳感器用小球藻設計監(jiān)測除草劑。 生物傳感器與生物電子學，18（4），457