雖然“納米技術”已成為金融支持者和分析師中眾所周知的流行詞,但“微技術”已從大學研究實驗室轉移到普及的實際因素中。MEMS(微機電系統)創新自 1970 年代末期就已出現,並在 1990 年代在廣播通信行業中大放異彩,因為它現在很可能被用於製造光纖開關規模。
如今,MEMS 小工具通常用於高級投影儀、加速度計、汽車傳感器和臨床應用。鑑於矽晶片集成電路 (IC) 的創新,MEMS 小工具實際上是在極小的水平上創建的機械致動器。
行業看到了好處
最近,藥物臨床小工具行業已經認識到 MEMS 的優勢,推動了一個完全不同的行業的發展,即按比例縮小的微流體藥物輸送框架。儘管在微流體框架中使用了許多藥物,但對購買者和行業最感興趣的是糖尿病患者的胰島素。隨著胰島素次要糖尿病的興起,植入式、簡單、程序化的胰島素小工具有一個巨大的市場,這些小工具可以根據患者自然檢測到的需求進行精確測量。像往常一樣,這些小工具應該是適中的,這意味著 MEMS 製造過程應該可以選擇創造巨大的產量,這在不久前還是一個測試。
根據疾病控制中心的數據,從 1997 年到 2004 年,45 到 79 歲患者中糖尿病的發生率上升了 43%。目前,在 45 人以北的每 1000 人中,約有 12 人將患上糖尿病。這意味著 2004 年美國約有 360 萬人患有糖尿病。根據 2005 年臨床發布的數據,超過 640 萬人因糖尿病住院,這些住院的適度費用為 220 億美元。顯然,由於失去補償、失去獲得年限以及與糖尿病相混淆的其他疾病而導致的文化費用將大大擴大這一數字。
糖尿病患者經常抱怨適當地指導他們的胰島素劑量是多麼的麻煩。除了希望他們收集血液檢查以進行檢查的事實外,此時他們應該靜脈內監督該部分。在年老或肥胖的患者中,視力不佳、缺乏協調性和脂肪使情況復雜化,所有這些都使注入適當的部分更加麻煩。診所在監管藥物部分時同樣會犯錯誤,一些報導稱這些失誤在美國每年高達 200,000 例真正的傷口和 7,000 例傳球。微流體藥物輸送框架解決了這些大量問題,並且還享有額外的好處。
設計微流體系統
微流體藥物輸送框架具有三個主要部分;一個針展,一個虹吸管和閥門框架,以及物質傳感器。針簇通常是許多微小的矽晶片雕刻針,帶有供藥物通過的孔。由於這些針頭很小,它們很容易,但它們的巨大數量可以立即傳送藥物。
虹吸管和閥門額外進行了微細加工,可以與針組協調並嵌入皮膚下。虹吸管有兩種類型,一種是帶有某種終端或其他用於液體流的動畫裝置,另一種是動態的,帶有對在微型體積尺度上控制的確切部分有一些控制的閥門。
MEMS 胰島素傳輸框架的第三個也是最重要的元素是合成傳感器,它可以識別患者的血糖程度,從而控制胰島素的精確部分來解決他們的血糖水平。因此,患者和醫療診所從維護週期中移除。患者有一個巧妙的、可再填充的胰島素袋,並且每天 24 小時保持所有的血糖控制,無需加重、估計或組織。
合併的解決方案保持承諾
ISSYS、Eksigent、Debiotech 和 Biophan 等尋找微流體胰島素虹吸管的先驅者通常將注意力集中在可以批量創建的集成裝置上。他們明白,取得進展的方式將是提供一個成本最低、完整的框架,該框架可以嵌入到門診策略中,由傳感器框架內的傳感器進行檢查,並由患者補充胰島素。微流體胰島素虹吸管市場預計到 2010 年將達到 20 億美元,並在隨後的十年中取得顯著進展。
生物醫學應用是目前 MEMS 進步的第二大應用領域,僅次於汽車;儘管如此,迄今為止,商業成就僅限於作用物理(脈衝)而不是生化邊界(葡萄糖)的傳感器。除葡萄糖外,沒有用於檢查代謝物(如惡性生長細胞)的體內傳感器具有深遠的臨床應用價值。
植入式藥物灌注虹吸管在 1980 年代首次用於瀕臨死亡的惡性生長患者,但這些在微流控芯片製造方面削弱了預定的藥物排放計劃進入循環系統,沒有來自患者的傳感器輸入,也沒有將藥物集中到危險的細胞。目前,分析人員開始利用 MEMS 來研究將藥物輸送到疾病細胞。
乳房癌、血細胞和心臟起搏器
指導胸部疾病生長細胞重新定位的生化跡像沒有被有效地感知,但是新的微流體小工具明確計劃根據合成跡象來跟踪胸部惡性生長細胞如何移動,這是一項正在進行的工作。這將允許專家減少對患者控制的細胞殺傷藥物的數量,並允許這些藥物僅針對惡性生長細胞,而不是它們接觸的任何細胞。對於胸部惡性生長的女性來說,這可能意味著禿頂、疲倦和其他與化療相關的副作用的結束。
桑迪亞國家實驗室製造了一種電動微流體小工具,可以攝取紅色血小板並以正向設計改變它們。從長遠來看,他們希望擴展他們的小工具以與體內的任何細胞一起工作。桑迪亞小工具的一個明確目標是穿透細胞並為它們注入 DNA、蛋白質或藥物,以對抗有機或合成攻擊、質量不規則特徵以及定期的細菌或病毒攻擊。