שוק האתגרים העומדים בפני מסחור המחקר האקדמי Nano-Enabled מכשירים להשתלה לניתוח ב-vivo ביו

על ידי פרופ 'Esteve Juanola-Feliu

נושאים שידונו

ננוטכנולוגיה כלכלה
ההתכנסות של טכנולוגיות Nanomedicine
מכשיר ביו לניתוח ב-vivo
המדינה-of-the-art ביו התקן חדשני
אדריכלות אמצעי מושתלת
הבחירה של Nanobiosensor
Nanobiotechnology ו Nanomedicine
Nano-Related ניירות פטנטים
מדיניות מדעי השקעות גלובלי
מחקר אתגרים Nanobiotechnologies
מסקנות והמלצות סופי

ננוטכנולוגיה כלכלה

זה זוכה להכרה רחבה כי טובת המפותחות ביותר נמצא בסיכון, וכי הדרך היחידה להתמודד עם המצב הזה היא על ידי שליטה על כלכלות ידע. כדי להשיג יעד זה שאפתני, אנחנו צריכים לשפר את הביצועים של כל ממד של "משולש ידע": חינוך, מחקר וחדשנות. ואכן, הממצאים האחרונים מצביעים על החשיבות של אסטרטגיות של ערך והוסיף ושיווק במהלך תהליכי R + D כדי לגשר על הפער בין המעבדה לבין השוק כל כך להבטיח את למסחור מוצלח של טכנולוגיה המבוססת על מוצרים חדשים. יתר על כן, בכלכלה גלובלית שבה הייצור קונבנציונאלי הוא נשלט על ידי מתפתחות, העתיד של התעשייה במדינות המפותחות ביותר להסתמך על היכולת שלה לחדש אותם ההייטק פעילויות ההפרש יכול להציע ערך מוסף, ולא על שיפור טכנולוגיות קיימות ומוצרים. זה נראה די ברור, אפוא, כי השילוב של הבריאות (רפואה) וננוטכנולוגיה במכשיר ביו החדש הוא מסוגל מאוד של המפגש דרישות אלה.

ננוטכנולוגיה מספקת פריצות דרך, כי מקורות תמיכה אינסופית של חדשנות ויצירתיות בצומת בין הנדסה, רפואה, ביוטכנולוגיה, מדעי הטבע והטכנולוגיה מידע, משמעת היא פתיחת כיוונים חדשים R + D, ניהול ידע והעברת טכנולוגיה. מספר מוצרי ננוטק הם כבר בשימוש ואנליסטים צופים שהשווקים לגדול מאות מיליארדי יורו במהלך העשור הנוכחי. לאחר מחקר ארוך + D תקופת דגירה, מספר מגזרים תעשייתיים כבר מתעוררים כמו המאמצים המוקדמים של ננוטק מאופשר מוצרים ¹ (פוג'י-Keizai, 2007); בהקשר זה, צמיחה מהירה בשוק מפתיע צפוי גבוהה בשוק הזדמנויות המונים לאור חזונם של מחקר ממוקד תת מגזרים. הממצאים מראים כי שוק ביו ובריאות תספק חלק ההתקדמות הגדולה ביותר בשנים הקרובות, וכי כתוצאה מכך, היישומים של הננו טכנולוגיה לרפואה ייהנו מטופלים על ידי מתן מבחני מניעה חדשים, אבחון מוקדם, מעקב הננומטרי, ויעיל טיפול באמצעות מבנים כוזב. אין ספק, ישנם אתגרים רבים בעיצוב של ננו אשר יכול לפעול באופן אמין על לוחות הזמנים המורחבת בגוף.

הירידה בהיקף באורך כי הושגה באמצעות nanosynthesis (bottom-up טכנולוגיה) ו nanomachining (top-down טכנולוגיה) יש את הפוטנציאל ליצור אינטראקציה עם העולם הביולוגי כפי שלא היה מעולם. ביו ננוטכנולוגיה לפעול בממשק שבין ננו ביומולקולות מאורגן, שהם נתיבי בקרה המפתח להשגת פריצות דרך חדשה בתחום הרפואה, רפואת שיניים ותרופות; במזון מן החי והצומח, וכן מוצרי טיפוח יומיומי כגון קוסמטיקה. לדברי העיתון GENNESYS הלבן (2009), זה תחום חדש של מחקר תספק פריצות דרך משמעותיות בעתיד הקרוב בתחומי bioreactors, חומרים ביולוגית מעבדה על שבב טכנולוגיות.

ההתכנסות של טכנולוגיות Nanomedicine

nanomedicine מוגדר היישום של הננוטכנולוגיה לבריאות. הוא מנצל כימי משופר רומן לעתים קרובות פיזית, ומאפיינים של חומרים ביולוגיים בקנה מידה ננומטרי. Nanomedicine יש השפעה פוטנציאלית על מניעה, אבחון מוקדם אמין, וטיפול במחלות. במקרה nanomedicine, קיים מגוון רחב של טכנולוגיות, כי יכול להיות מיושם על מכשירים, חומרי רפואה, הנהלים ואופני הפעולה הטיפול. מבט מקרוב על nanomedicine מציג טכניקות nanomedical המתעוררים כגון nanosurgery, הנדסת רקמות, nanoparticle המאפשרים אבחון, משלוח תרופות ממוקדות. עדיין בחיתוליו, רוב העבודה משמעת כרוך R + D וזה, אם כן, חיוני כי מוסדות בריאות, מכוני מחקר יצרני לעבוד יחד ביעילות.

בפרט, קבוצות מחקר רב תחומית והעברת משרדי הטכנולוגיה משחקת תפקיד מרכזי בפיתוח חדש ננו מאופשר מכשירים ביו מושתלת דרך הבנה מתקדמת של מערכת היחסים מיקרו / הנכס עבור חומרים ביולוגית השפעתם על המבנה / ביצועים אלה התקנים. כדי להמשיך הלאה, מסגרת כללית נדרש כי ניתן להקל על הבנה של הדרישות הטכניות רפואי, כך כלים חדשים ושיטות יכול להיות מפותח. יתר על כן, ברפואה יש צורך דחוף כדי להבטיח שיתוף פעולה הדוק בין האוניברסיטה החולים מינהל-התעשייה בעוד כלים ספציפיים ונהלים מפותחים לשימוש על ידי רופאים. בהסתמכו על ניסיון של המחברים, במחקר זה מקרה אנו מבקשים להדגים את החשיבות של שיתוף פעולה שיתוף פעולה בין ארבעת בעלי העניין ואת האזרחים המעורבים בתהליך החדשנות המובילה בפיתוח מוצרים ביו החדש מוכן בשוק.

האינטראקציה בין הרפואה והטכנולוגיה מאפשרת את הפיתוח של התקני אבחון כדי לזהות פתוגנים או לפקח, יונים, מחלות וכו 'כיום, שילוב של ההתקדמות המהירה בתחומים כגון מיקרואלקטרוניקה, מיקרופלואידיקה, microsensors וחומרים ביולוגית המאפשרת את התפתחות biodevices מושתלת כזה כמו שבב מעבדה על ואת Point-of-Care מכשירים ^{2 , 3} . כתוצאה מכך, מערכות ניטור רציף זמינים לפתח משימות קליני מהיר וזול יותר - במיוחד בהשוואה עם השיטות הסטנדרטיות. זה בהקשר זה כי אנו מציגים ארכיטקטורה משולבת החזיתי לגילוי ב-vivo.

מכשיר ביו לניתוח ב-vivo

המערכת שהוצג במסמך זה נועד להיות מושתל מתחת לעור האדם. להפעלת תקשורת בין המכשיר הזה משדר העיקרי חיצוני מבוססים על קישור אינדוקטיבי. הארכיטקטורה הציג מיועד שתי גישות שונות: הגדרת המערכת אמת / שקר או אזעקה המבוססת על amperometric או עכבה ננו biosensors. בין המחלות שעלולות להיות במעקב על ידי ניתוח ב-vivo, היא המטרה של מאמר זה להתמקד סוכרת נתון כי שכיחות שלה שכיחות הולכת וגוברת ברחבי העולם, המשקף שינויים בסגנון החיים ועל אוכלוסיות ההזדקנות. באופן ספציפי, השכיחות הגוברת הזאת קשורה קשר הדוק של השמנת יתר, יצירת הזדמנויות שוק משמעותי כפי שדווח ניתוח שוק הסוכרת העולמי 2010-2025 ⁴ , ובעיקר, כי ארגון הבריאות העולמי מעריך כי מספר חולי סוכרת יעלה על 350,000,000 ידי 2030.

עבור המכשיר ב-vivo זה ביו מושתלת, יש לנו גם לבחון גישה שאפתנית שמכסה את כל שרשרת הערך (מתוך מחקר בסיסי, דרך ההנדסה והטכנולוגיה, בתעשייה), התשתית הנדרשת ואת ההשלכות לחברה של אלה דומה אתגרים השוק הנוכחי . במקרה זה, כל שרשרת הערך מאוחסן על ידי המערכת באוניברסיטה, אשר מדגיש את מחזור החברתית של השקעה במחקר ציבורי. אנחנו גם לשקול את המידה שבה החידושים הטכנולוגיים האחרונים בתחום ביו להיות מבוסס על מחקר אקדמי, והזמן מפגר בין השקעה כגון פרויקטים של מחקר אקדמי היישום התעשייתי של הממצאים שלהם - כלומר, כדי לאמוד את שיעור החברתי של לחזור מן המחקר האקדמי. בגלל התוצאות של מחקר אקדמי נרחב כל כך מופרח והשפעתם בסיסי כל כך, עדין רווחת, היא לעתים קרובות קשה לזהות ולמדוד את הקשר בין המחקר האקדמי וחדשנות תעשייתית. עם זאת, קיימות עדויות משכנעות, במיוחד בענפים כגון תרופות, מכשירים, עיבוד מידע, כי התרומה של המחקר האקדמי לחדשנות תעשייתית כבר ניכר ⁵ .

המדינה-of-the-art ביו התקן חדשני

בעיות שונות רבים צריך להתגבר להשיג את המכשיר האידיאלי להשתלה ⁶ . בראש ובראשונה, המכשיר חייב להיות ביולוגית, כדי למנוע תגובות שליליות בגוף. שנית, מכשור רפואי חייב לספק יציבות לטווח ארוך, סלקטיביות, כיול, המזעור וחזרה, כמו גם כוח במכשיר downscaled ונייד. במונחים של חיישנים, ללא תווית biosensors חשמל הם מועמדים אידיאליים בשל העלות הנמוכה שלהם, צריכת חשמל נמוכה וקלות של המזעור. ההתפתחויות האחרונות nanobiosensors לספק פתרונות טכנולוגיים מתאימים בתחום ניטור גלוקוז ⁷ , הריון בדיקות DNA ⁸ . מדידת חשמל, כאשר היעד הוא אנליטי שנתפסו על ידי בדיקה, יכול לנצל voltmetric או, טכניקות amperometric או עכבה. באופן אידיאלי, ואז המכשיר אמור להיות מסוגל לזהות לא רק אחד סוכן היעד או פתולוגיה, אך סוכנים שונים למדי זה צריך להיות מסוגל לעבוד משוב לולאה סגורה, כפי שתואר על ידי וואנג ⁹ במקרה של ניטור גלוקוז.

מכשירים ביו מספר לניטור ב-vivo כרגע מפותח. לכן, מאוד יציבה, biosensors מדויק להשתלה תוך שרירית לניטור רציף סימולטני של לקטט רקמות גלוקוז לאחרונה הפיק, ביניהם שלמה תא אלקטרוכימי-on-a-chip. יתר על כן, עם התפתחות מקבילה של potentiostat על שבב עיבוד אות, התקדמות משמעותית נעשתה כלפי אלחוטית מושתלת גלוקוז / לקטט חישה biochip ¹⁰ . במקומות אחרים, מושתלת ביו מיקרו מערכות אלקטרומכניות (Bio-MEMS) עבור ניטור באתרו של זרימת הדם עוצבו. כאן, המטרה היתה לפתח יחידה אלחוטית חישה חכמים לצורך זיהוי פולשני היצרות מוקדם לעקוף שתלי לב ¹¹ . מעניין לציין, כי מחקר זה בוחן את השימוש של ציפוי פני השטח ביחס biocompatibility לבין הידבקות שאינם של טסיות הדם ומרכיבים. במקרה זה, ננוטכנולוגיה מציג את עצמו בתור כלי יעיל לשיפור biocompatibility של סיליקון Bio-MEMS מבנים ננומטריים כאשר שכבות טיטניום מתכתי משמשים, שכן הוא מגביר את biocompatibility.

השלב הבא כולל פיתוח מעגלים להגדרה ספציפי ליישום משולב (ASIC) לעבוד עם מערך multiplexed של nanosensors נועד להיות תגובתי עבור קבוצה של סוכנים היעד (אנזימים, וירוסים, מולקולות, יסודות כימיים, מולקולות וכו '). חיישנים מרובים של המערך לאחר מכן ניתן להשתמש עבור מטרה ספציפית אחת, בעוד מערכים אחרים יכולים להיות מוכנים עבור מטרות אחרות, גם בעת המבקשים מענה מיותר. לפיכך, פאנל של סמנים ביולוגיים צריך להיות מפותח. בדרך זו, שחזור ודיוק ניתן לשפר עבור מטרה זו, ומטרות שונות ניתן assayed בו זמנית. קיבולת התצורה של ASIC צריך גם להיות מוגדרת במונחים של סוג זה של מדידה להתנהל, כמו המחקרים שנעשו על ידי Hassibi ולי ¹² ו ביץ' et al. ¹³ : זה יכול להיות amperometric, מדידת וריאציות הנוכחית גילוי ערכי הסף ¹⁴ , או שזה יכול להיות עכבה אלקטרוכימיים ספקטרוסקופיות, עבור תדר קבוע, גילוי שתי וריאציות עכבה מעבר ערכי הסף וסטיות. השילוב של שתי שיטות מדידה יכול לשמש כדי להשיג שיטה אמינה יותר של זיהוי. חשמל ותקשורת גם תכונות מפתח בעיצוב של מכשירים להשתלה. הראשון עוסק בשיטות של העברת אנרגיה מספקת את המכשירים, בעוד שהאחרון כולל שילוב של מכשור האלקטרוניקה תקשורת לשלוט חיישנים כדי לשלוח את המידע המסופק על ידי חיישנים דרך העור האנושי. עם זאת, אם גילוי של סימנים חיוניים או לתגליות סף מספיקים לצורך ניטור, אין צורך למדוד ולשלוח נתונים גולמיים עם רמה גבוהה של דיוק מהמשתמש ליחידת עיבוד נתונים חיצוני. ואכן, עיבוד מקומי בתוך החיישן זהה יפחית את כוח ודרישות התקשורת.

קצירת RF כוח באמצעות זיווג אינדוקטיבית מהווה חלופה משמשים יותר ויותר להעברת אנרגיה על המכשיר מושתל, בניגוד באמצעות סוללות או חוטים ^{15 , 16} . יתרה מכך, חלופה זו מאפשרת תקשורת דו כיוונית שתוקם בין המכשיר המושתל לבין בסיס לקורא חיצוני או. מספר מעגלים טלמטריה להשתלה מבוסס על צימוד אינדוקטיבית ניתן למצוא את הספרות ^{17 , 18 , 19} . לעומת זאת, מספר מחקרים פיתחו אלקטרוניקה integratable לניטור ב-vivo. דוגמאות לכך ניתנים על ידי גור המחקרים et al. ²⁰ , שם femtoampere רגישות יישומים עבור biosensor conductometric משמשים, ועל ידי היידר et al. ²¹ , שם יחידת עיבוד אותות מבוסס על ממיר זרם אל התדר לבין פרוטוקול תקשורת מוצג.

אדריכלות אמצעי מושתלת

בנקודה זו, הציג את הארכיטקטורה מייצג גישה הראשונית לפיתוח יישומים המבוססים על biosensors שמטרתן גילוי קיומו או אי קיומו של רמות מסוימות של חלבונים, נוגדנים, יונים, חמצן, גלוקוז, וכו 'אלה ב-vivo מעגלים זיהוי, או יישומים אמת / שקר ²⁰ , עובד כמו אזעקה. כאשר רמת ריכוז תחת ניתוח נופל מחוץ לטווח של ערכים מקובלים, ערך סף מפעיל את האזעקה. למשל, במקרה של ניטור גלוקוז, זיהוי של הסף ירידה ברמות הגלוקוז יהיה חובה להימנע במצבים קריטיים כגון היפוגליקמיה ^{21 , 22} . זיהוי כזה יושג כאשר המשרעת של האות הנמדד יורד מתחת לערך סף מסוים.

גישות שונות פותחו לניטור רציף של גלוקוז ²³ . אלה נעות בין פתרונות מסחריים כגון הבוחן הסוכר בדם המשווקים על ידי חברת Cygnus אל תת עורית MiniMed מדטרוניק ואבוט פתרונות בע"מ כי לשלוט ברמת הסוכר כל 3-5 דקות. התקנים אלה, הניח ממש מתחת לעור, יש שליטה לולאה סגורה כדי לספק אינסולין וליהנות האוטונומיה של 3-5 ימים. פתרונות המבקשים השפעה ביולוגית מינימום כדי להתנגד Biofouling כוללים מעכב (תחמוצת החנקן) ²⁴ בנוסף מחט מצופה מסוג חיישנים אלקטרוכימיים ^{25 , 26 , 27} .

גנריות מושתלת, החזיתי ארכיטקטורה מבוססת על צימוד אינדוקטיבי לניטור ב-vivo של נוכחות או היעדר של פתוגנים, יונים, ריכוז רמות החמצן וכו '

תמונה 1. תפיסת המכשיר מושתלת

המערכת מציגה תמונה 1 פלטפורמה עם אזעקת אמת / שקר לניטור של מטרות שונות. הנתונים מועברים נתונים מרכזי שבו כל התשומות ניתן להתאים אישית לכל מטופל. הנתונים הנאספים ניתן למדוד תרחישים שונים: כאשר המטופל נמצא במנוחה, התחייבות סוג מסוים של פעילות גופנית וכו ', בהתאם לאינטרס רפואי מסוים, ולכן הפרוגנוזה אבחנה מדויקת ניתן להשיג ²⁸ . המערכת כוללת יישום מחקר ניטור מתמיד של חולים בעודם לבצע פעולות היומיום שלהם בתנאים נורמליים (בחוץ) ובדרך זו השפעות משניות כגון שינויים פסיכולוגיים נגרמת על ידי מתח של להיות בבית חולים, עם אנשים לא מוכרים, וכו 'ניתן להימנע מכך. הארכיטקטורה המוצעת (ראה Fig.2) היא בשלב זה מנותח כמו גלאי סף חיישן אחד, עובד amperometrically, וכולל על השבב הטיית, potentiostast לכונן biosensor, מודול אוויר, ואת אפנון עיבוד הנתונים הבלוק. המודול מיזוג נועד להתאים את רמת האותות נמדד. זיהוי מטרות באמצעות מתודולוגיה סף צריך להבטיח רמת אות מספיק כדי להבטיח מספיק גבוה אות לרעש יחס (SNR).

אפנון זה ולחסום עיבוד נתונים נועד לנתח לשלוח לקורא חיצוני רמות הוא מזהה. שתי גישות שונות מוגדרים: יישום כללי biosensor amperometric ו biosensor עכבה, עבור מערכות ללא תווית, מבוסס על נעילה ב אנלוגיים משולבים מגבר, אשר ימשיך עם עיבוד אנלוגי על חיישן לזיהוי השידור. לשם יישום עתידי, מודול זה יהיה תוכנן כך שהוא יכול להיות מוגדר מחדש.

כדי לאמת את ההצעה הראשונה (amperometric), מלא מנהג IC תוכנן כולל מספר מודולים של הארכיטקטורה ואת אנטנת המשדר-PCB (30mm x 15mm), מכוון 13.56MHz, כדי לספק את כוח הקישור תקשורת. העיצוב כולל גם נעילה ב אנלוגיים משולבים מגבר במקרה של גילוי עכבה.

ההצעה עבור ארכיטקטורת מושתלת הגנרית מוצג באיור. 2. היא מורכבת nanobiosensor, אנטנה לבין מודולים אלקטרוניים.

Fig.2. הצעת הגנרית ארכיטקטורה מושתלת החזיתי.

nanobiosensor או nanosensor מוגדר בדרך כלל מערכת בגודל ננומטרי סולם המדידה הכולל בדיקה עם אלמנט רגיש הכרה ביולוגית, או bioreceptor, רכיב גלאי physicochemical, וכן מתמר שביניהם. שני סוגים של nanosensors עם פוטנציאל ליישומים רפואיים הם שלוחה מערך חיישנים Nanotube / nanowire חיישנים nanobiosensors, אשר ניתן להשתמש בהם כדי לבדוק nanolitres או פחות דם עבור מגוון רחב של סמנים ביולוגיים. בעבודתנו, nanobiosensor עם שלוש אלקטרודות נבחרה להסביר ולפתח את המערכת. הטופולוגיה שלו ניתן להתאים בקלות לכל סוג של חיישן. שלוש אלקטרודות המרכיבים את החיישן הם: א) אלקטרודה העבודה (W), המשמש משטח עם התגובה אלקטרוכימיים מתרחש; ב) אלקטרודה השוואתית (R), אשר מודד את הפוטנציאל ב האלקטרודה W, ו ג) את האלקטרודה או העזר שכנגד (A / C), המספקת הנוכחי נדרש התגובה אלקטרוכימיים על האלקטרודה W.

המערכת מתוכננת כמו אלחוטית מופעל פעיל תג RFID ^{29 , 30} שם הקישור מצמידים אינדוקטיבי, שנוצר על ידי מושתלת את האנטנה החיצונית, היא מסוגלת לספק אנרגיה מספיק כוח המערכת כולה ולספק תקשורת אלחוטית דו כיוונית דרך העור האנושי . כך הוא יכול להעביר את המידע שהושג על ידי nanobiosensor ולקבל נתונים מן הקורא חיצוני אשר בתורו יכול להגדיר את האלקטרוניקה מושתל ולקרוא את הנתונים רכשה.

הבחירה של Nanobiosensor

הפתרון המבטיח ביותר עבור nanobiosensor יעיל כרוך באמצעות עכבה אלקטרוכימיים ספקטרוסקופיה (EIS) טכניקה. EIS מהווה שיטה יעילה יותר לחקור את המאפיינים של interfacial האלקטרודה שונה על ידי מדידת השינוי בהתנגדות העברת אלקטרונים על פני האלקטרודה בשל ספיחה ו desorption של מולקולות כימי או ביולוגי. מספר מחקרים פורסמו בנושא זה. הגישה הקלאסית היא מבחן ELISA ³¹ , המבוססת על שימוש של פולימרים מוליכים למחצה ושימוש בטכניקה EIS, בעוד פוליסטירן (PS) הוא פולימר בידוד אופייני בשימוש במחקר ביו.

יישום דווח בהרחבה הוא גלוקוז biosensor ^{32 , 33 , 34} , אשר מבוססת על העברת אלקטרון המתרחשת במהלך הירידה האנזימטית של גלוקוז. בשנים האחרונות, מספר מחקרים פורסמו בתחום זה, כולל פאטל et al. ³⁵ אשר מציגים חיישן אלקטרו האנזימטית גלוקוז. מחקרים מעניינים אחרים ניתנים על ידי הואנג et al. (2009), אשר מציגים זיקה המבוססת capacitively חיישן MEMS עבור יישומים ניטור רציף גלוקוז; Teymoori, מג'יד מיר ואח', אשר מתארים MEMS עבור גלוקוז חיישנים גנריות אחרות עם יישומים רפואיים. ורודריגז et al. ³⁶ , שפיתח biochip חדשים מבוססי תאים המוקדש ניטור בזמן אמת של effluxes חולף של גלוקוז וחמצן, באמצעות מערכים של microsensors amperometric משולבת כניסת ולשקע של תא תא PDMS. עיצוב להשלים מסופק על ידי רחמן ואח'. ³⁷ , אשר בהווה, עיצוב microfabrication, אריזה, functionalization פני השטח בבדיקת מבחנה של תא אלקטרוכימי מלא על שבב, (ECC) לניטור רציף של גלוקוז amperometric, ביצוע voltammetry מחזורית, עכבה ספקטרוסקופיה חשמלי (EIS) ו בדיקה מיקרוסקופית.

דוגמאות שונות של התפתחות nanosensors עבור יישום בתחום זה הם דיווחו על ידי אוסמן עלי et al. ³⁸ . הנה Nanowires ZnO משמשים עבור יישום GCM מחובר ישירות אל השער של MOSFET סף נמוך סטנדרטי. Lee et al. ³⁹ עיצוב גמיש האנזים גלוקוז ללא מיקרו חיישן עם אלקטרודה פלטינה nanoporous עובד על הסרט ביו תואם PET. Goud et al. ⁴⁰ להציג nanobioelectronic מערכת על החבילה (SOP) עם חיישן גלוקוז משולבים המבוססים על פחמן Nanotube אלקטרודות עובד. . ינינג שיה ואח' ⁴¹ מציע nanoparticle מצופה פלטינה צינורות פחמן עבור biosensing גלוקוז amperometric וכן Ekanayake et al. ⁴² לתאר את ייצור ואפיון של רומן ננו נקבובי polypyrrole (PPy) אלקטרודה ויישומה biosensors amperometric, עם מאפיינים משופרים עבור חישה גלוקוז.

Nanobiotechnology ו Nanomedicine

מדיניות מדעי השקעות גלובלי

זמינות של ב-vivo מכשירים ביו, כמו זה שתואר לעיל, קשורה קשר הדוק להתקדמות nanobiotechnology. הננוטכנולוגיה היא צפויה להיות השפעה מהירה על החברה ⁴³ : יצירת תרחישים כלכליים עתידיים, מגרה את הפרודוקטיביות ואת התחרותיות, מתכנסים טכנולוגיות לקידום החינוך חדש בהתפתחות האנושית. עדות זו ההשפעה המהירה של ננוטכנולוגיה ניתן לראות השקעה נתוני הממשלה ננוטכנולוגיה R + D פעילויות, מתקני אימון כוח. ארה"ב 2008 National Nanotechnology Initiative תקציב בקשה ננוטכנולוגיה R + D ברחבי הממשלה הפדרלית בארה"ב הסתיים 1440000000 $ (NNI, 2007). באירופה, תכנית המסגרת השביעי (FP) יתרמו כ - 600,000,000 € בשנה על מחקר בננוטכנולוגיה עד 2013, עם כמות, נוסף דומה להיות מסופק על ידי המדינות השונות. זה נותן אירופה ההוצאה השנתית על ננוטכנולוגיה יותר מאשר בארצות הברית או ביפן ⁴⁴ .

בהקשר של המדיניות האירופית, N & N הוא אזור מפתח עבור הנציבות האירופית: FP השביעי (2007-2013) מספק תוכנית ספציפית עבור nanosciences, ננוטכנולוגיה, חומרים וטכנולוגיות ייצור חדשים עם תקציב של € 3.475 מיליון דולר (10.72% מכלל התקציב השביעי FP). יתר על כן, תוכניות ספציפיות מספר מעורבים במחקר ננו, ולכן התקציב הכולל המושקע nanoactivities יוגדל על ידי כמה אלפי € מיליונים (Meur) מגיע התוכניות הבאות: בריאות (6 Meur 100); מזון, חקלאות וביוטכנולוגיה ( 1 935 Meur); ICT (9 Meur 050) ואנרגיה (2 Meur 350)

Nano-Related ניירות פטנטים

סקירות כמה מחקרים השוואתיים של התרחבות עולמית של nanopublications ו nanopatents זמינים ^{45 , 46 , 47} . מאמרים מדעיים ופטנטים בתחום הננוטכנולוגיה גדלו באופן אקספוננציאלי בשני העשורים האחרונים. הגידול היחסי במספר של "ננו כותרת בעיתונים" במאגרי מידע ביבליוגרפי שונים, קרי עלייה במספר של "ננו כותרת בעיתונים" כאחוז מסך כל העיתונים כבר דרמטי: אם ניקח את מדד Citation המדע כמו להיות נציג של כל המדעים (אם כי כימיה זה משהו מיוצגות כראוי), חלקם של "ננו כותרת בעיתונים" גדל מ 1985 ועד אמצע 2003 ב -1.2% על שיעור צמיחה שנתי ממוצע של כ - 34%, כלומר זה הוכפל מדי 2.35 שנים. מאז אמצע 1990 המהירות הואטה במקצת קצב גידול שנתי של כ -% 25 (מוכפל כל 3.1 שנים) ⁴⁸ .

בשנת 2007 מעל 15,000 הננו ובננוטכנולוגיה הקשורות ניירות פורסמו, ויש כעת פעילות אינטנסיבית לגבי קניין רוחני (IP) - הבעלות על חידושים, המצאות, רעיונות ויצירתיות - בתחום הננומטרי. הננוטכנולוגיה היא להגדיל את המשמרת כלפי כלכלת הידע מוכוונת וקניין רוחני כך נמצא בעמדה כדי להגדיל את יצירת עושר, צמיחה והתפתחות ברחבי העולם ⁴⁹ . מספר דיווחים, ניסו למפות ננו הקשורות פטנטים ⁵⁰ , ואת נתוני ה-IP ננוטכנולוגיה הקשורות מדהים. במשרד הפטנטים האירופי קבוצת ננוטכנולוגיה עבודה (NTWG) הוקם בשנת 2003 90,000 פטנטים תויגו לכיתה Y01N. חלקם של פטנטים ננוטכנולוגיה יותר מאשר הוכפל בין אמצע 1990 לבין אמצע שנות ה -2000 (ארה"ב 40%, יפן 19%, ובגרמניה 10%). הסיכום לסטטיסטיקה הפטנטים 2007 ⁵¹ p rovides נתונים השוואתיים בינלאומיים על פטנטים.

לפני 1980, 250 ננוטכנולוגיה הקשורות פטנטים שהוענקו בשנה לאוניברסיטאות ברחבי העולם, אלא על ידי 2003 מספר זה עלה פי 16 עד 3993 פטנטים, אשר הוגשו על אבני היסוד לבניין, חומרים וכלים הנדרשים כדי לפתח את הטכנולוגיה הזו. משרד הפטנטים האמריקאי קיבל יישומים בדבר הרכב החומר, מכשירים, מכשירים, מערכות שליטה nanomaterial והתקנים, ושיטות. חוצה תעשיית תביעות פטנטים נעשים על חידושים ננו יחיד ייתכן יישומים מגוונים. לפיכך, יישומים זוהו בכיתות פטנטים מרכזיים כגון חשמל, צרכי האדם, כימיה מטלורגיה, ביצוע פעולות והעברת, הנדסת מכונות, פיזיקה, בנייה קבוע, בדים ונייר. על מנת לנתח את ההשפעה על המגזר התעשייתי, ה-OECD יש לסווג פטנטים ננוטכנולוגיה לתוך שישה תחומי היישום: אלקטרוניקה, אלקטרואופטיקה, רפואה וביוטכנולוגיה, מדידות, ייצור סביבה ואנרגיה, ננו.

כמו המחקר של Miyazakia ⁵² גילה, אוניברסיטאות החשבון עבור נתח גדול במיוחד של המחקר ב ננוטכנולוגיה (המייצגים 70.45% של מחקר ננוטק הקשורות ברחבי העולם). בכך הם משלימים הציבור מכוני מחקר (המהווים 22.22% של מאמרים). לפיכך, ההערכה היא כי האוניברסיטאות מחזיקים כיום 70% של פטנטים ננוטכנולוגיה מפתח. המגזר הפרטי ממלא תפקיד מצומצם יותר (7.33% מכלל המאמרים ברחבי העולם), אבל הוא שחקן בולט יותר בארה"ב (12.41%). באסיה, יפן מחזיקה בנתח חזק (12.30%) במגזר הפרטי, ואילו דרום קוריאה (8.25%) ובמידה פחותה הודו (3.52%) להתחרות עם יפן. בעתיד, לפיתוח הננוטכנולוגיה צפוי שינוי של ארגונים במימון ציבורי ואוניברסיטאות גדולות לחברות קטנות start-up אשר מבקשים לנצל את מאמצי המחקר מוקדם יותר במימון ציבורי על מנת ליצור את יישומים מסחריים הראשון, באופן דומה למה שראינו ב הביוטכנולוגיה ותעשיות.

מחקר אתגרים Nanobiotechnologies

Nanobiotechnology הוא אזור המתפתח במהירות של הזדמנות המדעית והטכנולוגית המספק התקדמות תעשיית המזון הסביבה, אנרגיה ורפואה. ב nanomedicine, קיים מגוון רחב של טכנולוגיות, כי יכול להיות מיושם על מכשירים, חומרי רפואה, הנהלים ואופני הפעולה הטיפול. מבט מקרוב על nanomedicine מזהה כגון טכניקות nanomedical מתעוררים כמו nanosurgery, הנדסת רקמות, nanoparticle המאפשרים אבחון, משלוח תרופות ממוקדות. לדברי מומחה של הקבוצה האירופית להערכת תרופות הסוכנות (EMEA), הרוב המכריע של יישומים מסחריים הנוכחי של הננוטכנולוגיה ברפואה מוקדשים משלוח סמים. יישומים הרומן נוספות של ננוטכנולוגיה כוללים החלפת הרקמה, הובלה על פני מחסומים ביולוגיים, שליטה מרחוק של nanoprobes, מערכות משולבות מושתלת חושית nanoelectronic מבנים כימיים רב תכליתיים עבור המיקוד של המחלה. לפיכך, nanobiotechnology יכולה לספק לא רק את המזעור של מכשירים ביו מושתלת (מיקרופלואידיקה, מיקרואלקטרוניקה, וכו ') אלא גם מערכים רב תכליתיים אמין לגילוי המחלה. כנראה שאין דוגמה טובה יותר ההתכנסות הטכנולוגית של (עיצוב ויצירה של מבנים פונקציונליים חדש) אסטרטגיות מלמעלה למטה (המזעור) ו bottom-up, אשר מחפשים את נקודת שיווי המשקל שבו ההתקדמות הטכנולוגית ודרישות השוק עשוי לפגוש.

הפניות

1. פוג'י-Keizai ארה"ב, 2007. מחקר שוק ברחבי העולם: ננוטכנולוגיה מבוססי שוק המוצר ואת הזדמנויות עסקיות-נוכחי & Outlook העתיד.
2. E.Ghafar-זאדה, ע ', מ' Sawan, מ ', 2008. לקראת חיישן CMOS משולבים במלואם קיבולי מבוסס על מעבדה על שבב יישומים. סדנה בינלאומית על מדידות יישומים רפואיים. 9 (10), 77-80.
3. Barretino, ד, 2006. עיצוב השיקולים ההתקדמות CMOS מבוססי Microsystems עבור נקודה של טיפול אבחון קליני. PNAS של הבינלאומי IEEE סימפוזיון על מעגלים מערכות, 4362-4365.
4. Visiongain בע"מ, 2010. http://www.visiongain.com/Report/453/World-Diabetes-Market-Analysis-2010-2025 (נענה: 2010/04/14)
5. מנספילד, א, 1991. מחקר אקדמי וחדשנות תעשייתית. מחקר מדיניות 20, 1-12.
6. Sadik, OA, Aluoch, AO, ואו, א, 2009. מצב של הכרה biomolecular באמצעות טכניקות אלקטרוכימיים. Biosensors ואת הביו 24, 2749-2765.
7. נים צ'וי, ח', Hoon האן, ג', פארק, א ', מי לי, ג'יי, וון-יונג, ל', 2007. Biosensor גלוקוז Amperometric בהתבסס על גלוקוז אוקסידאז הגלום פחמן Nanotube-טיטניה-Nafion הסרט מורכב על אלקטרודה Platinized פחמן זכוכיתיים. Electroanalysis 19 (17), 1757-1763.
8. Erdem, א, Karadeniz, ח', Caliskan, א, 2009. בית חומה פחמן השתנה אלקטרודות גרפיט לניטור אלקטרוכימי של חומצות Nucleis אינטראקציות בין Biomolecular. Electroanalysis 21 (3-5), 461-471.
9. וואנג, ג', 2008. ב ניטור גלוקוז vivo: לקראת "תבונה חוק" המשוב לולאה מערכות רפואיות אישית ", Talanta 75, 636-641.
10. רוב, א ', רחמן, א, ג'סטין, ג', Guiseppi, אלי, א, 2009. לקראת biochip מושתלת עבור ניטור גלוקוז לקטט באמצעות מערכי אלקטרודות microdisc (MDEAs). ביומד Microdevices 11, 75-85. DOI 10.1007/s10544-008-9211-6
11. Steeves, CA, יאנג, י.ל., ליו, צ', Bapat, א, Bhalerao, ק ', Soboyejo, ABO, Soboyejo, WO, 2007. עובי ממברנה העיצוב של Bio-MEMS מושתלת חיישנים לניטור באתרו של פלור דם. כתב העת למדע חומרים: חומרים ב 18 לרפואה, 25-37. DOI 10.1007/s10856-006-0659-8
12. Hassibi, א, לי, TH, 2006. לתכנות 0.18 מיקרומטר-CMOS אלקטרוכימי microarray חיישן לגילוי Biomolecular. IEEE חיישנים ג'ורנל 6 (6), 1380-1388.
13. ביץ', RD, Conlan, RW, גודווין, MC, Moussy, פ ', 2005. לקראת מושתלת מיניאטורי מערכת ניטור Vivo טלמטריה להגדרה דינאמי כמו Potentiostat או Galvanostat עבור שניים שלושה אלקטרודה Biosensors. IEEE טראן. ביום מכשור מדידה 54 (1), 61-72.
14. גוזלן, ב ', Sawan, מ', 2008. במיוחד צריכת חשמל נמוכה גלאי CMOS פעולה פוטנציאליים. PNAS של הבינלאומי IEEE סימפוזיון על מעגלים מערכות, 2733-2736.
15. Zierhofer, CM, Hachmair, ES, 1996. גישה גיאומטרית עבור צימוד שיפור של סלילי מצמידים מגנטית. IEEE טראן. ב הנדסה ביו רפואית 43, 708-714.
16. Sawan, מ ', Yamu, ח', Coulombe, J., 2005. שתלים חכם אלחוטי המוקדש ניטור microstimulation רב ו. IEEE מעגלים ומערכות מגזין 5, 21-39.
17. Sauer, ג, Stanacevic, מ ', Cauwenberhs, ג', Thakor, נ', 2005. כוח קציר טלמטריה ב-CMOS עבור התקנים מושתלים. IEEE Transl. על מעגלים מערכות 52 (12), 2605-2613.
18. לי, י ', ליו, ג', 2005. משדר RFID 13.56MHz החזיתי עם אפנון לטעון הממוזג מתח מכפיל-clamping מעגלים מיישר. IEEE סימפוזיון בינלאומי בנושא מעגלים ומערכות, 5095-5098.
19. Myny, ק ', ואן Winckel, ס', Steudel, ס ', Vicca, פ', דה יונגה, ס ', Beenhakkers, MJ, Sele, CW, ואן Aerle, נג'ם, Gelink, GH, Genoe, ג', Heremans , פ ', 2008. אינדוקטיבי מצמידים 64b אורגני תג RFID התפעולי ב 13,56 MHz עם קצב נתונים של 787b / s. הבינלאומי IEEE-Solid State Circuits כנס, 290-614.
20. גור, א, Chakrabartty, ס ', פאל, ס', Alocilja, א, 2006. מרובת ערוצים femtoampere רגישות מערך conductometric עבור יישומים biosensing. 28 IEEE להנדסה בתחומי הרפואה והביולוגיה מדעי כנס, 6489-6492.
21. ג 'ינינג שיה, Shouyan וואנג, Aryasomayajula, ל, Varadan, VK, 2007. חומר לימודי אלקטרוכימי של nanoparticle מצופה פלטינה צינורות פחמן biosensing. ננוטכנולוגיה, 2007. IEEE-NANO2007, 1077-1080.
22. Ekanayake, EMI, Preethichandra, DMG, Kaneto, ק, 2007. ייצור ואפיון של ננו פולימר מובנית אלקטרודות מנהלת עבור יישומים biosensor גלוקוז. תעשייה וניהול מערכות מידע, ICIIS2007, 63-66.
23. Roco MC, היה ביינברידג', 2005. ההשלכות החברתיות של הננו ובננוטכנולוגיה: מקסום התועלת האנושית. Journal of Research Nanoparticle 7, 1-13.
24. Swarup א ', 2007. איך ננוטק יעלה בגורלם באירופה?. http://sciencecareers. sciencemag.org/career_development/previous_issues/articles/2007_09_21/caredit_a0700136
25. היינצה, ט ', 2004. הננו ובננוטכנולוגיה באירופה: ניתוח של פרסומים בקשות לפטנטים כולל השוואות עם ארצות הברית. ננוטכנולוגיה משפט ועסקים 1 (4), סעיף 10.
26. בראון, ט שוברט, א, Zsindely, ס ', 1997. הננו ובננוטכנולוגיה על האיזון. Scientometrics 38 (2), 321.
27. Hullmann, א 'מאיר, מ', 2003. פרסומים פטנטים ננוטכנולוגיה: מבט כולל של מחקרים קודמים ואת המדינה של אמנות. Scientometrics 58, 507.
28. Schummer, J. 2004. Multidisciplinarity, interdisciplinarity, ודפוסי שיתוף פעולה מחקרי במדעי הננו ובננוטכנולוגיה. Scientometrics 59 (3), 425-465.
29. Aditeya, K. Singh, 2007. קניין רוחני במשק ננוטכנולוגיה: מגמות, נוף פטנטים האתגרים. המכון לננוטכנולוגיה, בריטניה
30. Scheu, מ Veefkind, ו ', Verbandt, י, מולינה גלאן, א, Absaloma, ר', פורסטר, W., 2006. ננוטכנולוגיה מיפוי פטנטים: הגישה EPO. העולם מידע הפטנטים 28 (3), 204-211, doi: 10.1016/j.wpi.2006.03.005
31. Dernis, ח', 2007. Compendium לסטטיסטיקה הפטנטים 2007. STI-OECD בפריז, www.oecd.org / STI / IPR-הסטטיסטיקה
32. מיאזאקי, ק ', אסלאם, נ', 2007. ננוטכנולוגיה מערכות ניתוח חידוש של פעילות התעשייה והאקדמיה למחקר. Technovation 27 (11), 661-675.
33. Nikulainen ט, ג Palmberg, 2010. המדע טכנולוגיות מבוססות על העברת בתעשייה האם ננוטכנולוגיה לעשות את ההבדל?. Technovation 30, 3-11.

כל הזכויות AZoNano.com, MANCEF.org