Marché Défis de la recherche académique dans la commercialisation de nano-dispositifs implantables pour in-vivo analyses biomédicales

par le professeur Esteve Juanola-Feliu

Thèmes abordés

Les nanotechnologies et l'économie
La convergence des technologies de la nanomédecine
L'appareil biomédical pour in-vivo Analyse
State-of-the-art dispositif innovant biomédicale
L'architecture du dispositif implantable
Le choix de l'nanobiocapteur
La nanobiotechnologie et la nanomédecine
Liés aux nanotechnologies d'articles et de brevets
Politiques scientifiques et Global Investment
Défis pour la recherche nanobiotechnologies
Conclusions et recommandations finales

Les nanotechnologies et l'économie

Il est largement reconnu que le bien-être des économies les plus avancées est à risque, et que la seule façon d'aborder cette situation est en contrôlant l'économie du savoir. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous devons améliorer la performance de chaque dimension dans le "triangle de la connaissance»: éducation, recherche et innovation. En effet, des études récentes soulignent l'importance de stratégies d'ajouter la valeur et la commercialisation pendant les processus de R + D afin de combler l'écart entre le laboratoire et le marché et ainsi assurer le succès de la commercialisation de la technologie basée sur de nouveaux produits. Par ailleurs, dans une économie mondiale où la fabrication traditionnelle est dominée par les économies en développement, l'avenir de l'industrie dans les économies les plus avancées doivent s'appuyer sur sa capacité à innover dans les activités de haute technologie qui peut offrir un différentiel de valeur ajoutée, plutôt que sur l'amélioration des technologies et produits existants. Il semble assez clair, par conséquent, que la combinaison de la santé (médecine) et de la nanotechnologie dans un nouveau dispositif biomédical est très capable de répondre à ces conditions préalables.

La nanotechnologie offre des percées qui soutiennent des sources infinies d'innovation et de créativité à l'intersection entre la médecine, la biotechnologie, l'ingénierie, les sciences physiques et technologie de l'information et de la discipline est l'ouverture de nouvelles orientations en matière de R + D, gestion des connaissances et le transfert de technologie. Un certain nombre de produits nanotechnologiques sont déjà en usage et les analystes s'attendent marchés de croître par des centaines de milliards d'euros au cours de la décennie actuelle. Après une longue + R période d'incubation de D, plusieurs segments industriels sont déjà en train de devenir les premiers à adopter les nanotechnologies produits compatibles ¹ (Fuji-Keizai, 2007); dans ce contexte, la croissance du marché étonnamment rapide est attendue et haute opportunités du marché de masse sont envisagées pour des recherches ciblées sous-segments. Les résultats suggèrent que le marché Bio & Santé fournira quelques-uns des plus grands progrès au cours des prochaines années et que, par conséquent, les applications de la nanoscience et de la technologie à la médecine profitera aux patients en fournissant des tests de prévention de nouvelles, le diagnostic précoce, de surveillance nanométriques, et efficace traitement via des structures mimétiques. Sans doute, il ya des défis considérables dans la conception de nanostructures qui peuvent fonctionner de manière fiable sur de longues durées dans le corps.

La réduction d'échelle de longueur qui a été réalisé grâce à nano-synthèse (bottom-up de technologie) et nanomachining (top-down de la technologie) a le potentiel d'interagir avec le monde biologique, comme jamais auparavant. Les nanotechnologies bio-opérer à l'interface entre les nanostructures organisées et des biomolécules, qui sont des voies de contrôle clé pour la réalisation de nouvelles percées en médecine; odontologie et de la thérapeutique; dans les aliments d'origine animale et végétale, et dans les produits de soins quotidiens tels que les cosmétiques. Selon le Livre blanc GENNESYS (2009), ce nouveau domaine de recherche fournira des percées significatives dans le proche avenir dans les domaines de bioréacteurs, les matériaux biocompatibles et de laboratoire sur puce technologies.

La convergence des technologies de la nanomédecine

nanomédecine est définie comme l'application des nanotechnologies pour la santé. Elle exploite la meilleure et souvent inédites physiques, chimiques et biologiques des matériaux à l'échelle nanométrique. La nanomédecine a un impact potentiel sur la prévention, le diagnostic précoce et fiable, et le traitement des maladies. Dans le cas de la nanomédecine, il ya un large éventail de technologies qui peuvent être appliquées aux dispositifs médicaux, du matériel, des procédures et modalités de traitement. Un examen plus attentif nanomédecine introduit des techniques émergentes telles que la nanomédecine nanochirurgie, l'ingénierie tissulaire, de nanoparticules a permis le diagnostic, et la livraison de médicaments ciblés. Encore à ses balbutiements, la plupart des travaux dans la discipline implique R + D et il est donc essentiel que les institutions de santé, instituts de recherche et de travailler ensemble efficacement les fabricants.

En particulier, les groupes de recherche multidisciplinaires et des bureaux de transfert de technologie jouent un rôle clé dans le développement de nouveaux nano-dispositifs implantables biomédicale grâce à une compréhension approfondie de la relation microstructure / propriétés des matériaux biocompatibles et de leur effet sur la structure / performance de ces périphériques. Pour aller plus loin, un cadre général est nécessaire qui peut faciliter la compréhension des exigences techniques et médicales afin que les nouveaux outils et méthodes pourraient être développées. Par ailleurs, en médecine il ya un besoin pressant d'assurer une coopération étroite entre l'université-hôpital-industrie-administration tandis que les outils et procédures spécifiques sont développés pour une utilisation par les cliniciens. S'appuyant sur l'expérience des auteurs, dans cette étude de cas nous cherchons à démontrer l'importance de la coopération et la collaboration entre ces quatre acteurs et les citoyens impliqués dans le processus d'innovation menant à l'élaboration de nouveaux produits biomédicaux prêt pour le marché.

L'interaction entre la médecine et la technologie permet le développement d'appareils de diagnostic pour détecter ou à surveiller les agents pathogènes, des ions, des maladies, etc Aujourd'hui, l'intégration des progrès rapides dans des domaines tels que la microélectronique, microfluidique, microcapteurs et matériaux biocompatibles permet le développement de dispositifs biologiques implantables tels que le Lab-on-Chip et les périphériques Point-of-Care ^{2 , 3} . En conséquence, les systèmes de surveillance continue sont disponibles pour développer plus vite et moins cher tâches cliniques - surtout en comparaison avec les méthodes standard. C'est dans ce contexte que nous présentons un système intégré front-end d'architecture pour la détection in vivo.

L'appareil biomédical pour in-vivo Analyse

Le système introduit dans ce papier est conçu pour être implanté sous la peau humaine. L'alimentation et la communication entre cet appareil et un émetteur externe primaires sont basées sur un lien inductif. L'architecture présentée est conçu pour deux approches différentes: la définition d'un système d'alarme vrai / faux sur la base soit ampérométrique ou d'impédance de nano-biocapteurs. Parmi les maladies qui pourraient être suivis par l'analyse in vivo, c'est l'objectif de ce papier pour se concentrer sur le diabète, étant donné que son incidence et sa prévalence est en augmentation dans le monde entier, reflétant les changements de mode de vie et du vieillissement démographique. Plus précisément, cette prévalence croissante est étroitement liée à celle de l'obésité, en créant des opportunités de marché significative comme indiqué dans l'analyse du marché mondial du diabète 2010-2025 ⁴ , et, surtout, parce que l'Organisation mondiale de la Santé estime que le nombre de diabétiques va dépasser 350 millions d'ici 2030.

Pour cette in-vivo de dispositifs biomédicaux implantables, nous examinons aussi une approche ambitieuse, qui couvre la chaîne de valeur (de la recherche fondamentale, grâce à l'ingénierie et la technologie, à l'industrie), l'infrastructure requise et les implications pour la société et de ces mêmes défis actuels du marché . Dans ce cas, la chaîne de valeur est hébergé par le système universitaire, qui souligne le chiffre d'affaires social de l'investissement en recherche publique. Nous considérons également que la mesure dans laquelle les récentes innovations technologiques dans le secteur biomédical ont été fondées sur la recherche universitaire, et les décalages entre les investissements dans ces projets de recherche universitaire et l'application industrielle de leurs résultats - à savoir, de manière à estimer le taux social de retour de la recherche universitaire. Parce que les résultats de la recherche universitaire sont si largement diffusé et leurs effets si fondamentale, subtil et très répandue, il est souvent difficile d'identifier et de mesurer les liens entre la recherche académique et l'innovation industrielle. Néanmoins, il existe des preuves convaincantes, en particulier par les industries comme les médicaments, les instruments et le traitement des informations, que la contribution de la recherche académique à l'innovation industrielle a été considérable ⁵ .

State-of-the-art dispositif innovant biomédicale

Beaucoup de différents problèmes doivent être surmontés pour obtenir l'appareil idéal implantables ⁶ . Tout d'abord, le dispositif doit être biocompatible pour éviter les réactions défavorables dans le corps. Deuxièmement, le dispositif médical doit fournir à long terme la stabilité, la sélectivité, l'étalonnage, la miniaturisation et la répétition, ainsi que la puissance dans un appareil à échelle réduite et portable. En termes de capteurs, sans étiquette biocapteurs électriques sont des candidats idéaux en raison de leur faible coût, de faible puissance et la facilité de la miniaturisation. Les développements récents dans le nanobiocapteurs offrir les solutions technologiques appropriées dans le domaine de la surveillance du glucose ⁷ , la grossesse et les tests ADN ⁸ . Mesure électrique, lorsque l'analyte cible est capturée par la sonde, peut exploiter soit voltmétrique, des techniques ampérométriques ou d'impédance. Idéalement, puis l'appareil doit être capable de détecter non seulement un agent cible ou une pathologie, mais les agents assez différente et il devrait être capable de travailler dans une boucle fermée, telle que décrite par Wang ⁹ dans le cas de la surveillance du glucose.

Plusieurs dispositifs biomédicaux pour la surveillance in vivo sont actuellement développés. Ainsi, très stable, précise intramusculaires biocapteurs implantables pour la surveillance simultanée continue de lactate tissulaire et de glucose ont été récemment produites, dont une cellule électrochimique complète-sur-une-puce. En outre, avec le développement parallèle du potentiostat sur ​​puce et de traitement du signal, des progrès substantiels ont été accomplis vers un réseau sans fil implantables biopuce glucose / lactate de détection ¹⁰ . Ailleurs, implantable bio-systèmes micro-électromécaniques (MEMS bio-) pour le suivi in situ de la circulation sanguine ont été conçus. Ici, l'objectif était de développer une unité sans fil intelligent de détection pour la détection non invasive au début de la sténose pontages cardiaques ¹¹ . Fait intéressant, cette étude examine l'utilisation de revêtements de surface par rapport à la biocompatibilité et la non adhésion des plaquettes sanguines et des électeurs. Dans ce cas, la nanotechnologie se présente comme étant un outil utile pour améliorer la biocompatibilité de silicium bio-MEMS structures nanométriques lors couches de titane métalliques sont utilisés, car il améliore la biocompatibilité.

La prochaine étape consiste à élaborer un configurables spécifiques à l'application de circuits intégrés (ASIC) qui travaillent avec un éventail de nanocapteurs multiplexés conçus pour être réactive pour un ensemble d'agents cibles (enzymes, des virus, des molécules, des éléments chimiques, molécules, etc.) Des capteurs multiples de la matrice peut alors être utilisé pour une cible spécifique, alors que d'autres tableaux peuvent être préparés pour les autres cibles, tout en cherchant une réponse redondante. Ainsi, un panel de biomarqueurs doit être développée. De cette façon, la reproductibilité et la précision peut être améliorée pour chaque cible, et des objectifs différents peuvent être analysés simultanément. Les capacités de configuration, de l'ASIC doit également être défini en termes de type de mesure qui doit être effectuée, comme dans les études menées par Hassibi et Lee ¹² et Beach et al. ¹³ : il pourrait être ampérométrique, mesurant les variations de courant et la détection valeurs de seuil ¹⁴ , ou il pourrait être spectroscopiques d'impédance électrochimique, pour une fréquence fixe, la détection à la fois les variations d'impédance traversant valeurs seuils et les anomalies. La combinaison des deux techniques de mesure pourrait être utilisée pour obtenir une méthode plus fiable de détection. Puissance et de la communication sont également des caractéristiques clés de la conception de dispositifs implantables. Le premier est concernée avec les méthodes de transfert d'énergie suffisante pour les appareils, tandis que le second implique l'intégration de l'instrumentation et l'électronique de communication pour le contrôle des capteurs et d'envoyer les informations fournies par les capteurs à travers la peau humaine. Cependant, si la détection de signes vitaux ou des détections de seuil sont suffisants aux fins de surveillance, il n'est pas nécessaire de mesurer et d'envoyer des données brutes avec un haut degré de précision de l'utilisateur vers une unité de traitement de données externes. En effet, la transformation locale au sein du même capteur permettrait de réduire la puissance et les exigences de communication.

La récolte de puissance RF à couplage inductif est une alternative de plus en plus utilisé pour transmettre l'énergie à l'appareil implanté, par opposition à l'utilisation de piles ou des fils ^{15 , 16} . Par ailleurs, cette alternative permet une communication bidirectionnelle doit être établie entre le dispositif implanté et une base externe ou un lecteur. Un certain nombre de circuits de télémétrie implantable basée sur le couplage inductif peut être trouvé dans la littérature ^{17 , 18 , 19} . En revanche, plusieurs études ont développé l'électronique intégrable pour les in-vivo de surveillance. Des exemples sont fournis dans les études par Gore et al. ²⁰ , où femtoampere sensibilité demandes de biocapteur conductimétrique sont utilisés, et par M. Haider et al. ²¹ , où une unité de traitement du signal basé sur un convertisseur courant-fréquence et un protocole de communication est présentée.

L'architecture du dispositif implantable

À ce stade, l'architecture présentée représente une première approche pour le développement d'applications basées sur les biocapteurs destinés à détecter la présence ou l'absence de certains niveaux de protéines, anticorps, des ions, l'oxygène, glucose, etc Ces circuits de détection in vivo, ou applications vrai / faux ²⁰ , le travail comme une alarme. Lorsque le niveau de concentration en cours d'analyse tombe en dehors d'une plage de valeurs acceptées, une valeur seuil déclenche l'alarme. Par exemple, dans le cas de la surveillance de la glycémie, la détection d'une baisse du seuil de la glycémie serait obligatoire pour éviter les situations critiques telles que l'hypoglycémie ^{21 , 22} . Cette détection sera atteint lorsque l'amplitude du signal mesuré est inférieur à un seuil spécifié.

Diverses approches ont été développées pour la surveillance continue du glucose ²³ . Elles vont de solutions commerciales telles que le testeur de glycémie commercialisés par Cygnus Inc cutanée Minimed Medtronic et Abbott Inc solutions qui contrôlent le niveau de glucose dans toutes les 3-5 minutes. Ces dispositifs, placés juste sous la peau, avoir un contrôle en boucle fermée d'administrer de l'insuline et de profiter d'une autonomie de 3-5 jours. Des solutions qui cherchent au minimum l'impact biologique de manière à résister biosalissures comprennent un inhibiteur (oxyde nitrique) ²⁴ , en plus de revêtement de type aiguille capteurs électrochimiques ^{25 , 26 , 27} .

Le générique implantables, front-end architecture est basée sur le couplage inductif pour le suivi in ​​vivo de la présence ou l'absence d'agents pathogènes, des ions, des niveaux de concentration en oxygène, etc

Fig.1. Conception du dispositif implantable

Le système dans la Fig.1 montre une plate-forme avec une alarme de type vrai / faux pour le suivi des objectifs différents. Les données sont transférées à une base de données centrale où toutes les entrées peuvent être personnalisés pour chaque patient. Les données collectées peuvent être mesurés dans différents scénarios: lorsque le patient est au repos, d'entreprendre un certain type d'activité physique, etc, en fonction de l'intérêt médical particulier, et donc un pronostic précis et le diagnostic peut être obtenu ²⁸ . Le système a une application de recherche dans la surveillance constante des patients car ils exercent leurs activités quotidiennes dans des conditions normales (en extérieur) et de cette façon des effets secondaires tels que les modifications psychologiques causés par le stress d'être dans un hôpital, avec des personnes inconnues, etc, peuvent être évitées. L'architecture proposée (voir Fig.2) est à ce stade analysé comme un détecteur de seuil pour un capteur, travaillant ampérométrique, et comprend sur-puce de polarisation, l'potentiostast à conduire le biocapteur, un module de conditionnement, et la modulation et de traitement de données bloc. Le module de conditionnement est conçu pour s'adapter au niveau des signaux mesurés. La détection de cibles en utilisant la méthodologie du seuil doit garantir le niveau de signal suffisant afin d'assurer un niveau suffisamment élevé signal-bruit (SNR).

Cette modulation et de bloquer le traitement des données est conçu pour analyser et envoyer au lecteur externe aux niveaux qu'il détecte. Deux approches différentes sont définies: un générique d'application ampérométrique biocapteur et un biocapteur d'impédance, pour les systèmes sans étiquette, basé sur un lock-in analogique intégré amplificateur, qui va procéder à un traitement analogique sur le capteur pour la détection et la transmission. Pour la mise en œuvre future, ce module sera conçu de sorte qu'il peut être re-configuré.

Pour valider la première proposition (ampérométrique), un full custom IC a été conçu notamment plusieurs modules de l'architecture et une antenne PCB-transpondeur (30mm x 15mm), accordé à 13,56, pour fournir la puissance et la liaison de communication. La conception intègre également un lock-in ampli analogique intégré en cas de détection d'impédance.

La proposition de l'architecture générique implantable est présenté dans la Fig. 2. Il comprend un nanobiocapteur, une antenne et des modules électroniques.

Fig.2. Générique proposé implantables front-end de l'architecture.

nanobiocapteur ou nanocapteurs est généralement défini comme un système de mesure de taille nanométrique échelle comprenant une sonde avec un élément de reconnaissance biologique sensible, ou bioreceptor, un composant détecteur physico-chimiques, et un transducteur entre les deux. Deux types de nanocapteurs à fort potentiel d'applications médicales sont des capteurs array cantilever et de nanotubes / nanofils capteurs et nanobiocapteurs, qui peut être utilisé pour tester nanolitres ou moins de sang pour une large gamme de biomarqueurs. Dans notre travail, une nanobiocapteur à trois électrodes a été sélectionné pour expliquer et développer le système. Sa topologie peut être facilement adapté à tout type de capteur. Les trois électrodes constituant le capteur sont: a) l'électrode de travail (W), qui sert de surface sur la réaction électrochimique a lieu; b) l'électrode de référence (R), qui mesure le potentiel à l'électrode W, et c) l'électrode auxiliaire ou du compteur (A / C), qui fournit le courant nécessaire à la réaction électrochimique à l'électrode W.

Le système est conçu comme un fil alimenté Tag RFID active ^{29 , 30} où le lien à couplage inductif, générée par la implantables et l'antenne externe, est capable de fournir assez d'énergie pour l'ensemble du système et de fournir la communication sans fil bidirectionnelle par la peau humaine . Ainsi, il peut transmettre les informations obtenues par l'nanobiocapteur et recevoir des données à partir du lecteur externe qui à son tour permet de configurer les composants électroniques implantés et lire les données acquises.

Le choix de l'nanobiocapteur

La solution la plus prometteuse pour une nanobiocapteur efficace consiste à utiliser la spectroscopie d'impédance électrochimique (SIE) technique. EIS représente une méthode plus efficace pour sonder les propriétés interfaciales de l'électrode modifiée par la mesure de la variation de résistance de transfert d'électrons à la surface de l'électrode due à l'adsorption et la désorption de molécules chimiques ou biologiques. Plusieurs études ont été publiées à ce sujet. L'approche classique est le test ELISA ³¹ , basé sur l'utilisation de polymères semi-conducteurs et l'utilisation de la technique de l'EIE, tandis que le polystyrène (PS) est le polymère typiques d'isolation utilisés dans la recherche biomédicale.

Une demande largement rapporté est le glucose biocapteur ^{32 , 33 , 34} , qui est basé sur le transfert d'électrons qui se produisent lors de la réduction enzymatique du glucose. Ces dernières années, plusieurs études ont été publiées dans ce domaine, y compris Patel et al. ³⁵ qui présentent un détecteur de glucose électro-enzymatique. D'autres études intéressantes sont fournies par Huang et al. (2009), qui introduisent un capteur MEMS capacitif base d'affinité pour les applications de surveillance en continu du glucose; Teymoori, Mir et al Madjid, qui décrivent un MEMS pour le glucose et d'autres capteurs génériques avec des applications médicales;. Et Rodrigues et al. ³⁶ , qui a développé une nouvelle cellule de base de biopuce dédiée à la surveillance en temps réel de l'efflux transitoire de glucose et d'oxygène, en utilisant des tableaux de microcapteurs ampérométrique intégrés à l'entrée et la sortie d'une chambre de la cellule de PDMS. Une conception complète est fournie par Rahman et coll. ³⁷ , qui présentent la conception, la microfabrication, les emballages fonctionnalisation de surface, et des tests in vitro d'une cellule électrochimique complète-sur-une-puce (ECC) pour la surveillance continue ampérométrique du glucose, l'exécution voltamétrie cyclique, spectroscopie d'impédance électrique (SIE) et de l'examen microscopique.

Divers exemples de développement de nanocapteurs pour des applications dans ce domaine sont rapportés par Usman Ali al. ³⁸ . Voici nanofils de ZnO sont utilisées pour une application directe MCG relié à la grille d'un standard à bas seuil MOSFET. Lee et al. ³⁹ concevoir une flexibilité sans enzyme glucose micro-capteur avec une électrode de platine nanoporeux travaille sur un film PET bio-compatibles. Goud et al. ⁴⁰ introduire un nanobioelectronic système-sur-emballage (POS) avec un capteur de glucose intégrée basée sur le carbone des nanotubes électrodes de travail. . Jining Xie et al ⁴¹ de platine en carbone suggèrent nanotubes de nanoparticules enrobées pour le glucose biocapteurs ampérométriques et Ekanayake et al. ⁴² décrivent la fabrication et la caractérisation d'un roman de nano-poreux polypyrrole (ppa) électrode et son application dans les biocapteurs ampérométriques, avec des caractéristiques améliorées pour la détection du glucose.

La nanobiotechnologie et la nanomédecine

Politiques scientifiques et Global Investment

La disponibilité des in-vivo dispositifs biomédicaux, tels que celui décrit ci-dessus, est étroitement liée aux progrès de la nanobiotechnologie. La nanotechnologie devrait avoir un impact rapide sur la société ⁴³ : création de futurs scénarios économiques, en stimulant la productivité et la compétitivité, la convergence des technologies, et promouvoir l'éducation nouvelle et le développement humain. Preuve de cet impact rapide de la nanotechnologie peut être vu dans les chiffres des investissements du gouvernement pour la nanotechnologie R & D des activités, des installations et formation du personnel. Les Etats-Unis 2008 National Nanotechnology Initiative demande de budget pour la R & D des nanotechnologies à travers le gouvernement fédéral était plus américain $ 1,44 milliards (NNI, 2007). En Europe, le Programme des VIIe-cadre (PC) contribueront environ € 600 millions par an pour la recherche en nanotechnologie jusqu'en 2013, avec un supplément, montant similaire étant fournies par les pays individuels. Cela donne l'Europe une plus grande dépense annuelle sur les nanotechnologies que les États-Unis ou le Japon ⁴⁴ .

Dans le contexte de la politique européenne, les N & N est un domaine clé pour la Commission européenne: le FP VIIème (2007-2013) prévoit un programme spécifique pour les nanosciences, nanotechnologies, matériaux et nouvelles technologies de production avec un budget de € 3,475 millions (10,72% du budget total des VIIème PCRD). Par ailleurs, plusieurs programmes spécifiques sont impliqués dans la recherche nanométrique, et donc le budget total investi dans nanoactivities sera augmenté de plusieurs milliers de millions d '€ (M €) provenant des programmes suivants: santé (6 100 Meur); Alimentation, agriculture et biotechnologie ( 1 935 Meur), TIC (9 050 Meur) et de l'énergie (2 350 Meur)

Liés aux nanotechnologies d'articles et de brevets

Plusieurs aperçus et des études comparatives de l'expansion mondiale de nanopublications et nanopatents sont disponibles ^{45 , 46 , 47} . Les articles scientifiques et de brevets dans le secteur des nanotechnologies ont connu une croissance exponentielle au cours des deux dernières décennies. La croissance relative du nombre de «nano-titre-papiers» dans diverses bases de données bibliographiques, à savoir l'augmentation du nombre de «nano-titre-papiers» en tant que proportion de tous les papiers ont été spectaculaires: si nous prenons le Science Citation Index que étant représentatif de l'ensemble des sciences (bien que la chimie est un peu sous-représentés), la proportion de «nano-titre-papiers» a augmenté de 1985 à la mi-2003 d'environ 1,2% à un taux de croissance annuelle moyenne d'environ 34%, ce qui signifie qu'il a doublé chaque 2,35 années. Depuis le milieu des années 1990 la vitesse a quelque peu ralenti à un taux de croissance annuel d'environ 25% (doublement tous les 3,1 ans) ⁴⁸ .

En 2007, plus de 15.000 nanosciences et nanotechnologies liées articles ont été publiés, et il ya maintenant une intense activité en matière de propriété intellectuelle (PI) - l'appropriation des innovations, des inventions, des idées et la créativité - dans le domaine nanométrique. La nanotechnologie est l'augmentation du passage à une économie axée sur le savoir et la propriété intellectuelle est en sorte une mesure d'augmenter la création de richesse, de croissance et de développement à travers le monde ⁴⁹ . Plusieurs rapports ont cherché à cartographier la nano-brevets liés à ⁵⁰ , et les chiffres pour les nanotechnologies liées IP sont surprenants. Dans le Bureau européen des brevets à un groupe de travail en nanotechnologie (NTWG) a été créée en 2003 et 90 000 brevets ont été marqués en classe Y01N. La proportion de brevets en nanotechnologies plus que doublé entre le milieu des années 1990 et le milieu des années 2000 (États-Unis 40%, Japon 19%, et l'Allemagne 10%). Le Compendium of Patent Statistics 2007 ⁵¹ p rovides données internationalement comparables sur les brevets.

Avant 1980, 250 liés aux nanotechnologies brevets ont été accordés annuellement aux universités dans le monde entier, mais en 2003 ce nombre avait été multiplié par 16 pour 3993 brevets, qui ont été déposées pour les blocs de construction fondamentaux, les matériaux et les outils nécessaires pour développer cette technologie. Le bureau américain des brevets a reçu des demandes relatives à la composition de la matière, dispositifs, appareils, des systèmes et du contrôle des nanomatériaux et des dispositifs et des méthodes. Revendications de brevet de la Croix-industrie sont en cours pour seule innovations nanométriques qui peuvent avoir des applications diverses. Ainsi, les applications ont été identifiées dans les classes de brevets majeurs tels que l'électricité, les nécessités humaines, de la chimie et la métallurgie, l'exécution d'opérations et le transport, la mécanique, la physique, de la construction fixe, les tissus et le papier. Afin d'analyser l'impact sur le secteur industriel, l'OCDE a classé les brevets en nanotechnologies en six domaines d'application: électronique, optoélectronique, la médecine et la biotechnologie, mesures et de fabrication, de l'Environnement et de l'énergie et des nanomatériaux.

Comme la recherche de Miyazakia ⁵² ont révélé, les universités représentent une part particulièrement importante de la recherche en nanotechnologies (représentant 70,45% de la nanotechnologie dans le monde entier la recherche liée). En cela, ils sont complétés par des instituts de recherche publics (qui représentent 22,22% des articles). Ainsi, on estime que les universités détiennent maintenant 70% des brevets en nanotechnologies clés. Le secteur privé joue un rôle plus limité (7,33% des articles au niveau mondial), mais il est un acteur plus important dans les Etats-Unis (12,41%). En Asie, le Japon détient une forte part (12,30%) dans le secteur privé, tandis que la Corée du Sud (8,25%) et dans une moindre mesure l'Inde (3,52%) sont en concurrence avec le Japon. Dans l'avenir, le développement des nanotechnologies sont susceptibles de passer de grands organismes publics et universités pour les petites entreprises start-up qui cherchent à exploiter les efforts de recherche antérieurs financés par l'État pour générer les premières applications commerciales, d'une manière similaire à ce que nous avons été témoins au les industries de la biotechnologie.

Défis pour la recherche nanobiotechnologies

La nanobiotechnologie est un domaine en évolution rapide des possibilités scientifiques et technologiques qui accorde des avances dans l'industrie alimentaire, l'énergie, l'environnement et la médecine. Dans la nanomédecine, il ya un large éventail de technologies qui peuvent être appliquées aux dispositifs médicaux, du matériel, des procédures et modalités de traitement. Un examen plus attentif nanomédecine identifie ces nouvelles techniques comme la nanomédecine nanochirurgie, l'ingénierie tissulaire, de nanoparticules a permis le diagnostic, et la livraison de médicaments ciblés. Selon un groupe d'experts de l'Agence Européenne du Médicament (EMEA), la majorité des actuelles applications commerciales des nanotechnologies à la médecine sont consacrées à la livraison de drogue. Plus d'applications nouvelles de la nanotechnologie comprennent le remplacement des tissus, le transport à travers les barrières biologiques, contrôle à distance de nanosondes, intégrés implantables sensorielle systèmes nanoélectroniques et des structures chimiques multifonctionnel pour le ciblage de la maladie. Ainsi, la nanobiotechnologie peut fournir non seulement la miniaturisation des dispositifs implantables biomédicaux (microfluidique, la microélectronique, etc) mais aussi fiables tableaux multifonctionnel de détection des maladies. Il n'ya probablement pas de meilleur exemple de la convergence technologique de la top-down (miniaturisation) et bottom-up (conception et création de nouvelles structures fonctionnelles) des stratégies, qui cherchent le point d'équilibre où les progrès technologiques et les exigences du marché pourraient se rencontrer.

Enfin, il a fait valoir que les recherches actuelles ne révèle pas de motifs nanométriques notamment et les degrés de l'interdisciplinarité et la pluridisciplinarité que son apparente se compose de différents largement mono-disciplinaire qui sont assez indépendantes les unes aux autres et qui n'ont guère plus en commun que le préfixe " nano » ⁴⁸ . À ce stade, le débat concernant la nature discontinue ou incrémentielle de la nanotechnologie pourraient survenir dans le processus d'innovation et de transfert de technologie. Basé sur les résultats empiriques de l'enquête menée par Nikulainen et Palmberg ⁵³ , il semble que, pour le moment, il n'est pas nécessaire pour les nano-initiatives spécifiques de transfert de technologie connexes. Cette conclusion peut néanmoins être réexaminée si les nanotechnologies devient plus radicale et plus discontinu. Aujourd'hui, les chimistes développement de médicaments, de réacteurs et de catalyseurs travaillent à l'échelle nanométrique, comme ils l'ont depuis de nombreuses années, même si elles se réfèrent simplement à leur travail que la chimie. Certes, les décideurs doivent prendre en compte pertinente de l'environnement, la santé et la sécurité en établissant des normes et des règlements d'application pour faciliter la diffusion de la nanotechnologie.

Conclusions et recommandations finales

Dans ce papier, la conception d'un générique in vivo de dispositifs biomédicaux implantables capables de détecter des valeurs seuils pour les concentrations cibles (détection à savoir des niveaux de glucose) a été présenté. Compte tenu de la rapidité avec laquelle le diabète peut se propager et les améliorations qui sont possibles dans son diagnostic et de contrôle si sans aiguille systèmes sont disponibles, le dispositif médical a introduit dans ce papier est conçu pour atteindre un marché énorme au cours des prochaines années. En outre, lorsque la chaîne de valeur est financé publiquement, ce qui signifie que les objectifs de transfert de technologie des universités vers l'industrie et le rendement social de l'investissement public ont été pleinement réalisés. Ainsi, un modèle de réussite pour le transfert de la recherche, l'innovation et la technologie peuvent être introduites pour un scénario particulier caractérisé par la convergence des technologies et des disciplines, ainsi que par la convergence des différentes parties prenantes associant des représentants de centres de recherche, hôpitaux, marchés, la politique centres et les citoyens aussi bien.

La vue d'ensemble complète fournie ici de la chaîne de valeur du processus de recherche et de transfert technologique souligne l'importance d'un cadre commun dans lequel des équipes multidisciplinaires et les organisations peuvent travailler ensemble dirigé par un leadership scientifique déterminé. Dans ce cas précis, le département d'électronique de l'Université de Barcelone a eu charge globale des activités de recherche et de commercialisation. Le dispositif résultant biomédicale est nano-permis dans un double sens: quand la miniaturisation du système (fluidique, électronique, l'autonomie énergétique) et lorsque de nouvelles structures fonctionnelles sont incluses (nanobiocapteurs développé par l'IBEC). Le CIBER-DEM rejoint la chaîne de valeur quand la recherche clinique et la commercialisation sont considérées. Encore une technologie émergente, l'avenir ASIC travaillera avec un tableau de nanobiocapteurs avec des objectifs différents, et il va définir la configuration de la méthode de mesure. Chaque tableau sera utilisé pour détecter un type spécifique de cible, et le système de multiplexage sera utilisé pour analyser chaque tableau en se concentrant sur une cible particulière. Puis, de haut en bas approches utilisant la nano-ingénérie et de nanofabrication et de bas en haut les approches utilisant la chimie supramoléculaire peut produire de nouveaux diagnostics qui seront de plus en plus se concentrer sur la livraison d'une solution personnalisée basée sur l'analyse des données du tableau en temps réel, et le cas échéant, l'application de cette décision d'émettre une automatisé thérapie (théranostic).

En conclusion, malgré la disponibilité limitée d'informations peu discuter de la sécurité des nanomatériaux médicaux, l'histoire de cas présentées dans ce document est une démonstration claire de la façon de renforcer les liens entre la communauté scientifique, les hôpitaux et l'industrie. Le processus décrit offre une méthode efficace pour réaliser des expériences à l'essai à grande et à des installations cliniques, dans un cadre novateur qui tire parti des nouveaux outils et des découvertes scientifiques. Appareils biomédicaux représentent un pari stratégique pour l'avenir des zones d'Espagne de la politique scientifique et technologique car ils cherchent une croissance économique accélérée au sein de la société basée sur la connaissance. De cette façon, les régions du pays peuvent renforcer les liens réseau entre leurs dépenses de R & agents D - parcs scientifiques et technologiques, les instituts et centres de recherche, les hôpitaux, les plates-formes technologiques et incubateurs - comme ils explorent et affronter les nouveaux défis scientifiques et du marché présenté par la vie en nanotechnologie sciences.

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