mems技术在医疗中的应用课件

1、MEMS技术在医疗中的应用微医疗传感器mems技术生物方向应用历史 1967年，SB卡特使用的阴影蒸发钯的岛屿，实现细胞附着。在此之后的首个生物MEMS研究，在该领域的后续发展缓慢，约20年。1985年，UNIPATH公司进行商业化实践，将第一个微流体装置内含纸质和第一微流体产品推向市场。 在1990年，Ciba-Geigy公司（现在的诺华），瑞士的安德烈亚斯曼茨和H.迈克尔威德默首先创造了这个词微全分析系统（TAS）在其开创性的论文中提出使用化学传感的微型全化学分析系统。已经有三个主要的推动因素： 三个主要的推动因素 首先，过去几十年的药物发现在导致20世纪90年代，许多色谱分析在设备上并行

2、运行的时间和成本已经大幅下降。 其次，创建人类基因组计划（HGP） ，在1990年10月开始，DNA测序能力的改善需求。使得毛细管电泳成为成为化学和DNA分离的一个重点。 第三，美国国防部DARPA支持了一系列的微流体研究计划 在20世纪90年代后，美国国防部意识到需要有一个制定现场部署微检测化学和生物制剂的机构，因为这都是是潜在的军事和恐怖主义威胁。 1993年，George.M. Whitesides，哈佛大学的化学家，推出了价格低廉的基于PDMS的微细加工，这彻底改变了生物MEMS领域。生物MEMS领域的爆炸便是从那时开始。测压传感器测压传感器是将力或重力转化为电信号的换能器。测压传感器

3、应用在医学中被称为医用测压传感器，它们都必须高度精确并紧凑包装，以方便携带，特别是器械要与病人直接连接时。如果传感器用于某医疗器械集成的监测仪器内，要使用不锈钢和阳极化铝等标准包装材料。如果设备与人体或液体直接接触，则可使用可高压蒸汽灭菌的特种不锈钢或一次性传感器。 医用测压传感器早期曾用于病床负重监测，现在则将小型测压传感器应用到容易发生人为错误的领域，如：用于给药的输液泵。为了尽可能精确地调节流速以及便于护士随时监测，人们将测压传感器应用在输液泵上。这种传感器可准确测量输液袋的重量，当液体重量与预先设定值不同时，传感器会立即向连接的设备发出警告信息，并及时跟控制器通信。植入式传感器植入式传

4、感器应当体积小，重量轻，并且和身体兼容，同时还要求其功率非常小。更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。由于这类传感器属于第类医疗器械，因此需要有食品及药物管理局（FDA）的批准才能使用。一般来讲，这类传感器价格非常昂贵，而且需要专家做外科手术进行移植。植入式传感器体积小、重量轻、并且和身体兼容，同时还要求其功率非常小。更重要的是，它们不能随着时间的推移而衰变。对功率的要求是植入式传感器正常工作所面临的主要挑战之一。不需要功率就能发挥作用的传感器是最完美的，可是市场尚没有这种传感器出售。压电聚合传感器体积小，可靠性高，不需要外部动力而且能长时间持续工作。这类传感器可应用于监视病人活动的心脏起

5、搏器，通过植入式传感器可以实时监测心率变化。举个例子，由于腹部长了一个大动脉瘤，要求切除一部分脆弱的动脉，用人工合成的管状器官来替代。这时，可以在手术的过程中植入一个传感器，用来监视手术部位的压力泄漏。微传感器的能源： 由于医疗用微传感器要求功率极低，而且安装在诸如心脏起搏器之类的医疗器材附近，因此由植入医疗器材工作产生的电磁波辐射出的能量驱动生物传感器生物传感器对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测，它是由固定化的生物敏感材料做识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）与适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等）及信号放大装置构成的分析工具。

6、 在临床医学中，酶电极是最早研制且应用最多的一种传感器。利用具有不同生 物特性的微生物代替酶，可制成微生物传感器。生物传感器已应用于监测多种细菌、病毒及其毒素。药物分析用生物传感器的典型代表 产品是 SPR 生物传感器，这是一种表面膜共振分析，是实时测定生物分子结合的技术。生物传感器设备包括生物识别系统，称为bioreceptor，以及换能器。 与bioreceptor 分析物之间的相互作用导致的效果，即换能器转换成测量，如一个电信号。 最常见的用于生物传感bioreceptors 基于抗体-抗原的相互作用， 核酸相互作用， 酶的相互作用， 细胞相互作用， 使用仿生材料的相互作用。普通的声换能

7、器技术，包括机械检测，电检测，光检测。 特定的绑定功能和酶的催化活性他们流行bioreceptors的。 通过几种可能的机制：1）酶分析物转换成另一种产物，由传感器检测到，2）检测分析物的酶抑制或激活，3）对产生与被分析物相互作用的酶性能的监测变形分析物识别。 在生物传感器中的酶的共同使用的主要理由是：1）能够催化大量的反应2）产生电势，以检测一组的分析物（底物的催化活性的产品，抑制剂，和调制器），3）使用几个不同的转导方法，用于检测被分析物的适用性。 值得注意的是，由于没有在反应中消耗酶，生物传感器可以很容易地被连续使用。 然而，传感器的寿命受到酶的稳定性的限制。酶传感器核酸相互作用采用核酸

8、相互作用的生物传感器，可以被称为为genosensors。 识别过程的基础上互补碱基配对的原则，腺嘌呤胸腺嘧啶和胞嘧啶，鸟嘌呤DNA 。 如果靶核酸序列是已知的，可以合成互补序列的标记，然后固定在传感器上。 然后，杂交探针与靶序列的碱基配对，产生的光信号。 同时, 当互补序列 DNA 的浓度发生改变时, 指示剂嵌入后的响应信号也会发生相应变化。 一定范围内指示剂的响应信号与待测 DNA 物质等基因传感器在环境微生物功能基因检测中的应用 的量浓度成线性关系, 从而得以检测基因含量, 达到定量的目的。细胞通常用在bioreceptors中，因为它们是对周围环境敏感，它们可以响应各种兴奋剂。 细胞倾

9、向于附加到表面，这样他们可以很容易地固定。与细胞器相比，细胞仍然在较长时间内是活跃的，具有再现性，使得它们可重复使用。 它们通常用来检测全局参数，如胁迫条件下，毒性和有机衍生物。 它们也可以用于监测药物的治疗效果。 一个例子是使用细胞，以检测作为水生污染物的除莠剂。 微藻包埋石英超细纤维和修改后除草剂的叶绿素荧光的光学纤维束的尖端处收集并传输到荧光计。 藻类不断培养，以获得优化的测量。 研究结果表明，某些除草剂的检测限可以达到亚ppb浓度水平。 某些细胞也可以被用于监视的微生物腐蚀，例如假单孢菌。 腐蚀的材料表面的方式是固定在醋酸纤维素膜上。通过呼吸活性的确定，通过测量氧的消耗。 产生的电流和

10、的硫酸浓度之间的线性关系。检测时间可以控制在不超过5分钟。细胞检测“植入式传感器在医疗上的应用 - 医疗电子领域有哪些重要的传感器”。电子发烧友网站Jump up to: 一个 B C Marazuela，M.X. 0。 E.; A.莫雷诺-邦迪，M.X. 0。 E.; A. （2002年）。 “光纤生物传感器-概述”。 分析和生物分析化学 372（5-6）：664-682。 DOI ： 10.1007/s00216-002-1235-9 。 PMID 11941437 “生物传感器入门” 。 检索2013年1月28日 。 韦德里纳，C.，勒克莱尔，J.-C.，Durrieu，C.，陈德良胡志明市，C.（2003）。 光学全细胞生物传感器用小球藻设计监测除草剂。 生物传感器与生物电子学，18（4），457