시장에서 - VIVO 의생명 분석을 위해 나노 기반 Implantable 장치의 상용화에 학술 연구 과제

교수 Esteve Juanola - Feliu로

다루는 주제

나노기술과 경제
Nanomedicine의 기술의 융합
에 - VIVO 분석을위한 바이오 메디컬 디바이스
최첨단의 혁신적인 바이오 메디컬 디바이스
Implantable 장치의 건축
Nanobiosensor의 선택
Nanobiotechnology 및 Nanomedicine
나노 관련 논문 및 특허
과학 정책 및 글로벌 투자
Nanobiotechnologies에 대한 연구 과제
결론 및 최종 권고

나노기술과 경제

그것은 널리 최첨단 경제의 복지가 위험에 있다고 인식하고,이 상황에 대처하는 유일한 방법은 지식 경제를 제어하는​​ 것입니다. 교육, 연구 및 혁신이 야심찬 목표를 달성하기 위해, 우리는 "지식 삼각형"의 각 차원의 성능을 향상시키기 위해 필요합니다. 사실, 최근의 연구 결과는 R + D 프로세스 동안 추가 - 가치와 마케팅 전략의 중요성을 가리킨있는만큼 연구소와 시장 사이의 격차에 다리를 놓으려고하고 그래서 새로운 기술 기반 제품의 상용화 성공을 보장합니다. 또한, 기존의 생산은 개발 도상국에 의해 주도되고있는 세계 경제에서 가장 선진적인 경제 산업의 미래는 차동 부가 가치보다는에를 제공할 수 있습니다 그 사람들은 하이테크 활동에 혁신 능력에 의존해야합니다 기존의 기술과 제품을 개선. 그것은 건강 (의학)과 새로운 생명 의학 장치에 나노 기술의 조합이 requisites을 만나는 매우 유능한입니다 따라서 상당히 분명하게 보인다.

나노 의학, 생명 공학, 공학, 물리학 및 정보 기술 사이의 교차로에서 혁신과 창의성의 끝없는 소스를 지원하는 획기을 제공하고, 학문은 새로운 R + D의 방향, 지식 관리 및 기술 이전을 열어 가고 있습니다. 나노기술 제품의 번호가 이미 사용하고 분석가들은 시장이 현재 10 년간 수십억 유로의 수백에 의해 성장을 기대하고 있습니다. 긴 R 후 + D 잠복기, 여러 산업 부문은 이미 나노기술 기반 제품의 얼리 어댑터 등 신흥 아르 ^한 (후지 케이 자, 2007),이 맥락에서, 의외로 급속한 시장 성장이 예상되고 높은 대량 시장 기회에 대한 envisaged 아르 연구 하위 세그먼트를 대상으로. 연구 결과는 바이오 보건 시장은 향후 몇 년 동안 가장 위대한 진보의 일부를 제공하고 그 결과로, nanoscience과 기술의 응용 의학에 새로운 예방 assays, 조기 진단, nanoscale 모니터링 및 효과를 제공하여 환자에게 도움이됩니다,하는 것이 좋습니다 모방 구조를 통해 치료. 의심할 여지없이, 신체의 확장 timescales 이상 안정적으로 작동할 수 nanostructures의 설계에 상당한 어려움이 있습니다.

nanosynthesis (상향식 기술) 및 nanomachining을 통해 달성되었습니다 스케일 길이의 감소 (하향식 기술) 결코 이전과 생물 학적 세계와 상호 작용 가능성이 있습니다. 치과 및 치료제,, 바이오 nanotechnologies 의학의 새로운 획기적인 달성을위한 핵심 제어 노선 아르 조직 nanostructures과 biomolecules, 사이의 인터페이스로 작동 동물과 식물 기원의 식품 및 화장품 등 일상 케어 제품보기. GENNESYS 백서 (2009)에 따르면, 연구의 새로운 분야는 bioreactors의 영역, biocompatible 재료 실험실 - 온 - 칩 기술의 가까운 장래에 큰 획기을 제공합니다.

Nanomedicine의 기술의 융합

nanomedicine는 건강에 나노기술의 응용 프로그램으로 정의됩니다. 이것은 향상된 종종 소설 물리, 화학, 그리고 nanometric 규모 물질의 생물 학적 특성을 이용. Nanomedicine의 예방, 조기 진단과 신뢰성, 그리고 질병의 치료에 잠재적인 영향을 미치고 있습니다. nanomedicine의 경우, 의료 기기, 재료, 절차 및 치료 modalities에 적용할 수있는 기술의 광범있다. nanomedicine에 가까이에는 nanosurgery, 조직 공학, nanoparticle 기반 진단 및 타겟 약물 전달과 같은 신흥 nanomedical 기술을 소개하고 있습니다. 아직 초기에 많은 학문에있는 작업은 R + D를 포함하고 따라서 중요한 것을 보건 기관, 연구 기관과 함께 효율적으로 제조 업체 작동합니다.

특히, 종합 연구 그룹과 기술 이전 사무소의 구조 / 이들의 성능에 biocompatible 자료에 대한 미세 구조 / 재산 관계의 고급 이해를 통해 그들의 효과의 새로운 나노 활성화 implantable 생명 의학 장치의 개발에 핵심적인 역할을 놀고 장치. 더 진행하기 위해, 일반적인 프레임 워크는 새로운 도구와 방법을 개발할 수있을 수 있도록 기술 및 의료 요구의 이해를 용이하게 수 있어야합니다. 또한 의학의 특정 도구와 절차가 임상에서 사용하기 위해 개발하는 동안 대학 병원 - 산업 관리 사이의 긴밀한 협력을 보장하기 위해 누르는 필요가있다. 이 사례 연구에서, 저자의 경험을 그리기 우리는 시장에 준비가 새로운 생물 의학 제품의 개발을 선도하는 혁신 과정에 참여이 네 이해 관계자와 시민 간의 협력 및 협업의 중요성을 설명을 추구합니다.

의학 및 기술 간의 상호 작용 진단 장치의 개발이 현재를 검색하거나 병원균, 이온, 질병 등을 관찰 할 수 있습니다, 이러한 마이크로, microfluidics, microsensors 및 biocompatible 자료 등 분야에서 급속한 발전의 통합 implantable biodevices의 개발 등 수 있습니다 랩 - 온 - 칩과 시점 케어 장치로 ^{2 , 3} . 결과적으로, 지속적인 모니터링 시스템은 빠르고 저렴 임상 작업을 개발할 수 있습니다 - 표준 방법과 비교했을 때 특히. 그것은 우리가 - 생체내 검출을위한 통합 프런트 엔드 아키텍처를 제시이 맥락에서이다.

에 - VIVO 분석을위한 바이오 메디컬 디바이스

본 논문에서 소개 시스템은 인간의 피부 아래에 이식 수 있도록 설계되었습니다. 이 장치와 외부 주 송신기 사이의 전원 켜기 및 통신 유도 링크를 기반으로합니다. amperometric 또는 나노 biosensors 임피던스 중 하나를 기반으로 허위 / 진정한 경보 시스템을 정의 : 제시 아키텍처는 두 가지 다른 접근을 위해 설계되었습니다. 에 - 생체내 분석 모니터링 할 수있는 질병 가운데, 그것은 그 발병률과 유행은 생활 변화와 고령화 인구를 반영, 세계적으로 증가되어 주어 당뇨병에 초점이 문서의 목적입니다. 특히,이 성장하는 유행은 밀접하게 같이 세계 당뇨병 시장 분석 2010년에서 2025년까지에 보고된 상당한 시장 기회 창출 비만의에 링크된 ^네 세계 보건기구 (WHO)가 당뇨병 환자의 숫자로 350,000,000을 초과 것으로 추정하기 때문에, 그리고, 특히를 2030.

이 - 생체내 implantable 생물 의학 장치에 대한, 우리도 (산업 공학 및 기술을 통해 기초 연구,에서) 전체 가치 사슬을 포함 야심찬 접근 방식을 조사, 인프라가 필요하고 이들의 사회와 유사한 현재의 시장 과제에 대한 영향 . 이 경우, 전체 가치 사슬은 공공 연구 투자의 사회적 매출을 강조 대학 시스템에 의해 호스팅됩니다. 의 사회적 속도를 추정하는만큼 즉, - 우리는 또한 어떤에게 생명 의학 산업의 최근 기술 혁신이 학술 연구에 따라, 그리고 시간이 같은 학술 연구 프로젝트에 투자하고 연구 결과의 산업 응용 간의 lags되었습니다 범위를 고려 학술 연구에서 반환합니다. 학술 연구의 결과가 너무 광범위하게 전파하고 효과 때문에, 근본적인 미묘 하고도 확산되기 때문에, 그것은 학술 연구와 산업 기술 혁신 간의 링크를 식별하고 측정하는 것이 어렵습니다. 그럼에도 불구하고, 설득력있는 증거가 산업 혁신에 학술 연구의 기여가 상당한 것으로, 특히 같은 약물, 악기, 정보 처리 산업에서있다 ⁵ .

최첨단의 혁신적인 바이오 메디컬 디바이스

대부분의 다른 문제는 이상적인 implantable 장치 얻기에서 극복해야합니다 ⁶ . 첫번째로 제일 중요 한건, 장치가 신체 내에서 불리한 반응을 피하기 위해 biocompatible해야합니다. 둘째, 의료 기기 장기 안정성, 선택성, 교정, 소형화 및 반복뿐만 아니라 downscaled 및 휴대용 장치에 전원을 제공해야합니다. 센서의 측면에서 레이블이없는 전기 biosensors 때문에 자신의 저렴한 가격, 저전력 및 소형화의 용이성의 이상적인 후보입니다. nanobiosensors의 최근 발전은 포도당 모니터링 분야에 적합한 기술 솔루션을 제공하는 ⁷ , 임신 및 DNA 테스트 ⁸ . 대상 analyte은 프로브에 의해 캡처 전기 측정, 중 voltmetric, amperometric 또는 임피던스 기법을 이용할 수 있습니다. 이상적으로 그 장치가 아니라 하나의 대상 에이전트 또는 병리학, 오히려 다른 요원을 감지할 수 있어야하고는 왕에 의해 설명된 폐쇄 루프 피드백에 작업이 가능해야 ⁹ 포도당 모니터링의 경우 인치

에 - 생체내 모니터링에 대한 몇 가지 생물 의학 장치는 현재 개발되고있다. 따라서 조직 젖산과 포도당의 동시 지속적인 모니터링에 매우 안정적인, 정확한 근육 implantable biosensors은 최근 완벽한 전기 셀 - 온 - 칩을 포함하여 생산되었습니다. 또한, 온 - 칩 potentiostat 및 신호 처리의 병행 발전과 실질적인 진전은 무선 implantable 포도당 / 락트 산 감지 biochip 향한하였습니다 ¹⁰ . 혈액 흐름의 현장 모니터링을위한 다른, implantable 바이오 마이크로 전자 기계 시스템 (바이오 MEMS) 설계되었습니다. 여기서 목표는 심장 바이패스 이식에서 비침습 조기 협착증 감지를위한 스마트 무선 감지 장치 개발하는 것이었다 ¹¹ . 흥미롭게도,이 연구는 biocompatibility 및 혈소판과 성분의 비 점착 관련 표면 코팅의 사용을 검사합니다. 그것이 biocompatibility을 향상 때문에이 경우에는 나노기술은 nanoscale 금속 티타늄 레이어를 사용하는 경우 실리콘 바이오 MEMS 구조의 biocompatibility 개선을위한 유용한 도구 것으로 자신을 소개합니다.

다음 단계는 목표 요원 세트 (효소, 바이러스, 분자, 화학 원소, 분자 등) 반응 수 있도록 설계 nanosensors의 다중 배열 작업 구성 응용 프로그램을 특정 집적 회로 (ASIC)를 개발이 포함됩니다. 중복 응답을 찾는 동안 또 다른 배열이, 다른 표적 준비할 수있는 동안 배열의 여러 센서는 다음 하나의 특정 대상에 대해 사용할 수 있습니다. 따라서, 생체 패널 개발해야합니다. 이 방법에서는 재현성 및 정확도는 각 대상에 대한 개선 될 수 있으며, 서로 다른 목표를 동시에 assayed 수 있습니다. ASIC의 구성 용량도 Hassibi와 리가 수행 연구로 진행되어야하는 측정의 종류 측면에서 정의되어야한다 ¹² . 그리고 해변 외 ¹³ : 그것은 현재의 변화를 측정하고 검출, amperometric 수 임계값 값 ¹⁴ , 또는 그것은 문턱 값 및 예외를 건너 임피던스 변화를 모두 감지, 고정 주파수, spectroscopic 전기 임피던스 수 있습니다. 측정의 두 기술의 조합 탐지보다 신뢰할 수있는 방법을 얻기 위해 사용할 수 있습니다. 전원 및 통신도 implantable 장치의 디자인의 핵심 기능입니다. 후자는 계측 및 센서를 제어하고, 인간의 피부를 통해 센서가 제공한 정보를 보내 통신 전자의 통합을 포함 반면 전은, 장치에 충분한 에너지를 전송하는 방식과 관련된 것입니다. 생체 신호 또는 임계값 탐지의 검색은 모니터링 목적을 위해 충분한있다면 그러나, 그것은 사용자의 외부 데이터 처리 장치로 정확도 높은 수준의 원시 데이터를 측정하고 보낼 필요가 없습니다. 사실, 동일한 센서 내에 현지 처리는 전력 및 통신 요구 사항을 줄일 것입니다.

유도 커플링을 통해 RF 전력 수확은 건전지 또는 전선을 사용 반대로, 이식 장치에 에너지를 전송을 위해 점점 사용 대안입니다 ^{15 , 16} . 또한,이 방법은 이식 장치와 외부베이스 또는 리더 사이의 설립 양방향 통신을 허용합니다. 유도 결합에 따라 implantable 원격 측정 회로의 숫자는 문학에서 찾을 수 있습니다 ^{17 , 18 , 19} . 대조적으로, 여러 연구에서 - 생체내 모니터링 integratable 가전을 개발했습니다. 이 예제는. 고어 외 의해 연구에 제공되는 ²⁰ conductometric 바이오 센서에 대한 femtoampere - 감도 응용 프로그램이 사용되는 어디에, 그리고 Haider 외.에 의해 ²¹ , 신호 처리 장치는 현재 - 투 - 주파수 변환기와에 따라 통신 프로토콜이 제공됩니다.

Implantable 장치의 건축

이 시점에서, 제시 아키텍처는 단백질, 항체, 이온, 산소, 포도당 등 이들에 - 생체내 검출 회로의 특정 수준의 존재 또는 부재를 감지하기위한 biosensors에 따라 응용 프로그램의 개발을위한 초기 접근법을 대표하거나, 참 / 거짓 응용 프로그램을 ²⁰ , 경보로 작동합니다. 분석에서 농도 수준의 허용 값 범위 밖에 떨어지면 임계값은 경보를 활성화한다. 예를 들어, 포도당 모니터링의 경우, 포도당 레벨의 임계값 감소의 감지는 hypoglycaemia과 같은 중요한 상황 피하에 대한 의무적 될 ^{21 , 22} . 측정된 신호의 진폭이 아래 지정된 임계값을 떨어지면 이러한 감지 달성 것입니다.

다양한 방법은 포도당의 지속적인 모니터링을 위해 개발되었습니다 ²³ . 이러한 피하 Minimed Medtronic 모든 3~5분 포도당 수준을 통제 애보트 주식 회사 솔루션 Cygnus 주식 회사에 의해 판매 혈당 측정기와 같은 상용 솔루션에서이 다양합니다. 피부 밑에 단지 배치 이러한 장치는 인슐린을 제공하고 3~5일의 자율성을 즐길 수있는 폐쇄 루프 제어를했습니다. biofouling 저항을 줄 수있는만큼 최소한의 생물 학적 영향을 추구 솔루션 억제제 (질산 산화물) 포함 ²⁴ 코팅 바늘 형태의 전기 센서 이외에 ^{25 , 26 , 27} .

일반 implantable, 프론트 엔드 아키텍처는 병원균, 이온, 산소 농도 수준 등의 존재 또는 부재의에 - 생체내 모니터링 유도 커플링을 기반으로합니다

Fig.1. implantable 장치의 개념

Fig.1의 시스템은 서로 다른 목표의 모니터링을위한 참 / 거짓 경보와 플랫폼을 보여줍니다. 데이터는 모든 입력이 각 환자에게 맞춤 수있는 중앙 데이터베이스로 전송됩니다. 수집된 데이터는 서로 다른 시나리오에서 측정할 수있다 : 환자는 따라서 정확한 예측과 진단을 특정 의료 관심에 따라, 신체 활동 등 특정 유형의 사업, 그리고 휴식에 있습니다 구할 수있을 때 ²⁸ . 그들은 정상적인 조건 (옥외)에이 방법으로 이러한 알려지지 않은 사람들과 병원에서되는 스트레스로 인한 심리적 변경 등 보조 효과를 자신의 일상적인 활동을 수행함에 따라 시스템은 환자의 지속적인 모니터링 연구 응용 프로그램을 가지고 등을 피할 수 있습니다. 제안된 아키텍처 (Fig.2 참조) amperometrically 작업을 하나의 센서에 대한 임계값 검출기로 분석이 단계에 있으며, 온칩 바이오 센서, 컨디셔닝 모듈과 모듈 레이션 및 데이터 처리를 드라이브에 potentiostast은 바이어스를 포함 블록. 컨디셔닝 모듈은 측정 신호의 레벨에 적응하도록 설계되었습니다. 충분히 높은 신호 대 잡음 비율 (SNR)를 확보할 수 있도록 임계값 방법론을 사용하여 대상의 검출은 충분한 신호 레벨을 보장해야합니다.

이 변조 및 데이터 처리 블록이 감지 수준을 분석하고 외부 독자에게 보낼 수 있도록 설계되었습니다. 두 개의 다른 접근 방법 정의 : 일반 amperometric 바이오 센서 응용 프로그램 및 임피던스 바이오 센서, 레이블이없는 시스템을위한 통합 아날로그 잠금 기능 증폭기, 탐지 및 전송을위한 센서 아날로그 처리 진행에 따라. 미래 구현을 위해,이 모듈은 그것이 다시 구성할 수 있도록 설계됩니다.

첫 번째 제안을 (amperometric) 확인하기 위해 전체 지정 IC는 전원 및 통신 링크를 제공하는 13.56MHz로 조정 여러 아키텍처의 모듈과 PCB - 트랜스 폰더 안테나 (30mm X 15mm),를 포함하여 설계되었습니다. 디자인 또한 통합된 아날로그 잠금 기능 임피던스 감지의 경우 앰프를 갖추고 있습니다.

일반 implantable 아키텍처에 대한 제안은 그림에 표시됩니다. 2. 그것은 nanobiosensor, 안테나와 전자 모듈로 구성되어 있습니다.

Fig.2. 제안된 일반 implantable 프론트 엔드 아키텍처.

nanobiosensor 또는 nanosensor은 일반적으로 민감한 생물 학적 인식 요소, 또는 bioreceptor, 물리 검출기 구성 요소 사이에 변환기와 프로브로 구성된 나노미터 크기 규모 측정 시스템으로 정의됩니다. 잠재적인 의료 응용 프로그램과 nanosensors의 두 종류가 캔틸레버 어레이 센서 및 생체 광범위한 혈액 nanolitres 이하를 테스트하는 데 사용할 수있는 나노튜브 / nanowire 센서와 nanobiosensors입니다. 우리의 작품에서는 세 전극과 nanobiosensor가 시스템을 설명하고 개발하기 위해 선택되었습니다. 그 토폴로지가 쉽게 센서의 종류에 대해 적용할 수 있습니다. 센서를 만드는 세 전극은 다음과 같습니다) 전기 화학 반응으로 표면 역할을 작업 전극 (W)는, 일어난다, B) 참조 W 전극의 잠재력을 측정 전극 (R), 그리고 W 전극의 전기 화학 반응에 필요한 전류를 공급 C) 보조 또는 카운터 전극 (A / C).

시스템은 무선 공급 활성화 RFID 태그로 설계 ^{29 , 30} implantable 및 외부 안테나에 의해 발생하는 유도 결합 링크, 전력 시스템 전체를 충분한 에너지를 공급하고 인간의 피부를 통해 무선 양방향 통신을 제공할 수있는 곳을 . 그러므로 그것은 nanobiosensor하여 얻은 정보를 전송하고 차례로 이식 전자를 구성하고 인수 데이터를 읽을 수있는 외부 판독기에서 데이터를받을 수 있습니다.

Nanobiosensor의 선택

전기 임피던스 분광법 (EIS) 기법을 사용하여 효과적인 nanobiosensor 포함을위한 가장 유망한 솔루션입니다. EIS 화학 또는 생물 학적 분자의 흡착 및 탈착에 의한 전극 표면에서 전자 전달 저항의 변화를 측정하여 수정된 전극의 계면 특성을 탐색을위한보다 효과적인 방법을 나타냅니다. 몇몇 연구는이 주제에 게시되었습니다. 고전적인 접근 방식은 엘리사 시험입니다 ³¹ 폴리스티렌 (PS)는 생물 의학 연구에 사용되는 전형적인 절연 폴리머 중에 semiconducting 폴리머와 EIS 기술의 사용의 사용에 따라.

널리보고 응용 프로그램은 바이오 센서 포도당이다 ^{32 , 33 , 34} 포도당의 효소 감소하는 동안 발생하는 전자 전송을 기반으로합니다. 최근에는 몇 가지 연구 파텔 외. 포함한이 분야에서 출판되었습니다 ³⁵ 전자 효소 포도당 센서를 제시한다. 다른 흥미로운 연구 후앙 외 의해 제공됩니다. (2009 년), 누가 지속적인 포도당 모니터링 어플 리케이션을위한 capacitively 기반 MEMS 선호도 센서를 소개, 의료 애플 리케이션과 포도당 및 기타 일반적인 센서 MEMS을 설명 Teymoori, 미르 마지드 외;. 그리고로드 리게스 외 있습니다. ³⁶ 을 개발, 새로운 셀 기반의 biochip는 입구와 PDMS 셀 챔버의 콘센트에 통합 amperometric microsensors의 배열을 사용하여 포도당과 산소의 과도 effluxes의 실시간 모니터링에 전념. 전체 디자인은 라만 외 의해 제공됩니다. ³⁷ , 디자인, microfabrication, 포장, 표면 작용화를 제시하고 완전한 전기의 체외 시험에서 세포 - 온 - 어 - 칩 포도당의 지속적인 amperometric 모니터링 (ECC), 수행 누구 순환 voltammetry, 전기 임피던스 분광법 (EIS)과 현미경 검사.

이 분야에 응용 프로그램에 대한 nanosensors의 개발의 다양한 예는 Usman 알리 외에 의해보고됩니다. ³⁸ . 여기 ZnO 나노 와이어의 직접 표준 낮은 임계값 MOSFET의 게이트에 연결된 GCM 응용 프로그램에 사용됩니다. 리 외. ³⁹ 디자인 생체 호환 PET 필름에 nanoporous 백금 작업 전극과 유연한 효소없이 혈당 마이크로 센서. 가우드 외. ⁴⁰ 탄소 나노튜브 전극 작업을 기반으로 통합 포도당 센서 nanobioelectronic 시스템 온 패키지 (SOP)를 소개합니다. . 시에 외를 Jining ⁴¹ amperometric 포도당 biosensing에 대한 백금 nanoparticle - 코팅 탄소 나노튜브를 제안하고, Ekanayake 외. ⁴² 향상된 특성과 소설 나노 다공성 polypyrrole (PPy) 전극과 amperometric biosensors 년에 응용 프로그램의 제조 및 특성을 설명 포도당 감지하십시오.

Nanobiotechnology 및 Nanomedicine

과학 정책 및 글로벌 투자

등 위에 설명한 것과에서 - 생체내 생물 의학 장치의 가용성은 밀접한 nanobiotechnology의 진보로 연결되어 있습니다. 나노기술이 사회에 급속한 영향을 가질 것으로 예상된다 ⁴³ 미래 경제 시나리오를 만들어 생산성과 경쟁력을 자극, 기술을 수렴, 새로운 교육과 인간 발달을 증진 :. 나노기술의 급속한 영향의 증거가 나노기술에 대한 정부의 투자 수치에서 볼 수있는 R + D 활동, 시설 및 인력 훈련. 나노기술에 대한 2008 년 미국 국립 나노기술 이니셔티브 예산 요청 R + D 연방 정부에 걸쳐 억 1.44 미국 $ 이상 (NNI, 2007)되었습니다. 유럽​​에서는 VIIth 프레임 워크 프로그램 (FP)은 개별 국가에 의해 제공되는 추가적인 유사한 금액으로 2013까지 연간 600 만 €에 대한 나노기술 연구에 기여하는 것입니다. 이것은 유럽에게 미국이나 일본보다 나노기술에 큰 연간 지출 제공 ⁴⁴ .

유럽​​ 정책의 맥락에서, N & N는 유럽위원회의 핵심 지역입니다 VIIth FP (2007-2013)은 nanosciences에 대한 구체적인 프로그램을 제공하고, nanotechnologies, 자료 및 € 3,475 만명 (10.72 %의 예산은 새로운 생산 기술 VIIth FP의 총 예산). 또한, 몇 가지 구체적인 프로그램은 nanoscale 연구에 참여하고 있으며, 따라서 nanoactivities 투자 총 예산은 다음과 같은 프로그램에서 오는 € 수백만 (Meur)의 여러 수천 증가합니다 : 건강 (6 백 Meur), 식품, 농업 및 생명 공학 ( 1 935 Meur), ICT (9 050 Meur)과 에너지 (2 350 Meur)

나노 관련 논문 및 특허

여러 개요 및 nanopublications과 nanopatents의 세계적인 확장의 비교 연구가 사용할 수있는 ^{45 , 46 , 47} . 나노기술 분야의 과학 논문과 특허는 지난 20 년간 기하 급수적으로 성장했습니다. 다양한 도서 데이터베이스에서 "나노 제목 - 논문"의 수가 상대적으로 성장, 모든 신문의 비율로 "나노 제목 - 논문"의 수가 증가 극적인되었습니다 예 : 우리는 과학 인용 지수를하면 모든 과학 (즉 화학 불구하고 다소 제대로 이루어지지 못해이다) 대표되고, "나노 제목 - 논문"의 비율을 의미합니다 34 %의 연평균 성장률로 약 1.2 %로 1985에서 2003 년 중반으로 성장 2.35 년마다 두 배로 있습니다. 1990 년대 중반 이후부터 속도가 25 % (3.1 년마다 두 배로 증가)의 연간 성장률로 다소 둔화했다 ⁴⁸ .

2,007 15,000 이상 nanoscience과 나노기술 관련에서 논문이 출판하고, 지적 재산권 (IP)와 관련하여 강렬한 활동이 지금있다 잖아요 - nanoscale 분야 - 혁신, 발명, 아이디어와 창조성의 소유권을. 나노기술은 지식 중심의 경제 향해 이동을 증가 따라서 지적 재산권은 전세계 자산 생성, 성장과 발전을 증가하는 위치에 ⁴⁹ . 여러 보고서지도 나노 관련 특허에 찾는 ⁵⁰ , 그리고 나노기술 관련 IP에 대한 숫자는 놀라운 있습니다. 유럽​​ 특허청의 나노기술 작업 그룹 (NTWG)는 2003 년 만들어진와 90,000 특허 수업 Y01N에게 지정되었습니다. 나노기술 특허의 비율 이상 1990 년대 중반 사이에 두 배로 중반 2000 년대 (미국 40 %, 일본 19%, 독일 10 %). 특허 통계의 제요 2007 년 ⁵¹ P는 특허에 대한 국제적으로 비교 가능한 데이터를 rovides.

1980 전에, 250 나노 테크놀로지 관련 특허는 전세계 대학에 매년 부여했지만 2003이 번호는이 기술을 개발하는 데 필요한 기본적인 빌딩 블록, 재료 및 도구에 대해 제기되었습니다 3993 특허에 16 배 증가했다. 미국 특허 사무소는 문제의 구성, 장치, 장치, 시스템 및 nanomaterial 및 장치의 제어 및 방법에 관한 어플 리케이션을 받았습니다. 교차 산업 특허 청구 다양한 응용 프로그램을 할 수 있습니다 단일 nanoscale 혁신을 위해 만들어되고있다. 따라서 응용 프로그램은 같은 전기와 같은 주요 특허 수업, 인간 필수품, 화학 및 야금, 작업을 수행하고 운송, 기계 공학, 물리학, 고정 건설, 직물, 종이에서 확인되었습니다. 전자, 광전자, 의학 및 생명 공학, 측정 및 제조, 환경 및 에너지와 Nanomaterials : 산업 부문에 미치는 영향을 분석하기 위해 OECD는 나노기술 특허 응용 프로그램의 6 개 입력란에를 분류했다.

Miyazakia의 연구로서 ^52가 nanotechnologies (전세계 나노기술 관련 연구의 70.45 %를 차지)의 연구 특히 큰 점유율을 발표, 대학 차지하고있다. 이들은 공공 연구 기관 (기사의 22.22 %에 누가 계정)에 의해 구비하고 있습니다. 그러므로, 그것은 대학이 현재 주요 나노기술 특허의 70 %를 보유 것으로 추산됩니다. 민간 부문이보다 제한된 역할 (전세계적으로 기사의 7.33 %)를 재생하지만, 그것은 미국에서 더 두드러진 플레이어 (12.41 %)입니다. 한국 (8.25 %)과 낮은 한도 인도 (3.52 %)가 일본과 경쟁하는 동안 아시아에서 일본은 민간 부문에서 강력한 주 (12.30 %)를 보유하고 있습니다. 앞으로 나노기술 개발은 우리가 목격한 것과 비슷한 방법으로, 최초의 상용 애플 리케이션을 생성하기 위해 이전 버전의 공개 자금 연구 노력을 악용할 시작 중소 기업에 대규모 공개 기금 단체와 대학에서 변화 가능성이 높습니다 바이오 산업.

Nanobiotechnologies에 대한 연구 과제

Nanobiotechnology는 식품 산업, 에너지, 환경, 의학의 진보를 제공 과학 기술 기회의 빠른 속도로 개발 지역입니다. nanomedicine에서, 의료 기기, 재료, 절차 및 치료 modalities에 적용할 수있는 기술의 광범있다. nanomedicine에 자세히 봐 nanosurgery, 조직 공학, nanoparticle 기반 진단 및 타겟 약물 전달과 같은 새로운 nanomedical 기술을 식별합니다. 유럽​​ 약 평가 기관 (EMEA), 의학에 나노기술의 현재 상용 애플 리케이션의 대부분은 약물 전달에 전념 아르의 전문가 그룹에 따르면. 나노기술의 더 새로운 응용 프로그램은 조직 교체, 질병의 타겟팅에 대한 생물 학적 장벽, 나노 프로브의 원격 제어, 통합 implantable 감각 nanoelectronic 시스템과 다기능 화학 구조를 통해 전송을 포함합니다. 따라서 nanobiotechnology 단지 implantable 생명 의학 장치 (microfluidics, 반도체 등)의 소형화뿐만 아니라 질병 검출을위한 신뢰할 수있는 다기능 배열을하지 제공할 수 있습니다. 기술 발전과 시장의 요구에 만날 수 평형의 지점을 추구 하향식 (소형화) 및 상향식 (디자인 및 새로운 기능 구조의 창조) 전략의 기술 융합의 더 나은 예제는 아마도 없습니다.

마지막으로, 그것은 "현재 nanoscale 연구가 더 특정 패턴과 interdisciplinarity의 학위를 공개하지 않습니다과 명백한 multidisciplinarity 서로 매우 관련이없는되고 접두사보다 공통점이 조금 더 보유하고있는 다른, 대부분 모노 학문 분야로 구성되어 있다고 주장했습니다 나노 " ⁴⁸ . 이 시점에서, 나노 테크놀로지의 불연속 또는 증분 자연에 관한 토론은 혁신과 기술 이전 과정에서 발생 할 수도 있습니다. Nikulainen 및 Palmberg 실시한 설문 조사의 경험적 결과에 따라 ⁵³ , 그것은 순간에, 나노 구체적인 기술 이전 관련 활동에 대한 필요가 없습니다, 것 같습니다. 이 결론은 그럼에도 불구하고 나노기술이 더 급진과 불연속이되면 revisited해야 할 수 있습니다. 오늘날, 마약, 원자로 및 촉매를 개발하는 화학자들은 단순히 화학으로 자신의 작품을 참조하더라도, 그들은 많은 년간 가지고 있듯이, nanoscale에 노력하고 있습니다. 물론, 정책 입안자는 기준을 설정하고 나노기술의 보급을 촉진하기위한 규정을 구현하여 계정 관련 환경, 보건 및 안전 문제 고려해야합니다.

결론 및 최종 권고

본 논문에서 대상으로 농도 (포도당 수준 즉, 검출)에 대한 임계값 값을 감지 할 수 implantable 생명 의학 장치에 - 생체내 일반의 디자인이 소개되었습니다. 당뇨병이 확산 수있는 속도와 바늘이없는 시스템이 사용할 수있는 경우의 진단 및 제어 가능 개선 감안할 때, 본 논문에 도입된 의료 기기는 다음 몇 년 동안 엄청난 시장을 도달하기 위해 설계되었습니다. 또한, 전체 가치 사슬이 공개적으로 자금을 때,이 의미는 대학에서 산업 및 공공 투자의 사회적 반환에 기술 이전의 목표는 완전히 실현되었는지. 따라서, 연구, 혁신 및 기술 이전을위한 성공적인 모델뿐만 아니라 다양한 지분 보유자 연구 센터, 병원, 시장, 정책의 대표자를 결합의 융합에 의해, 특정 시나리오 기술과 학문의 융합에 의해 될꺼 도입 수 있습니다 센터와 시민뿐만 아니라.

연구 및 기술 이전 과정의 가치 사슬의 여기에 제공된 전체 개요 종합 팀 및 조직이 결정 과학적 리더십에 의해 함께 감독 일할 수있는 공통 프레임 워크의 중요성을 강조 표시합니다. 이 특정한 경우, 바르셀로나 대학에서 전자의학과 연구와 상업 활동의 전반적인 책임을 가지고 있습니다. 그 결과 생명 의학 장치는 이중 의미에서 나노 활성화 : 시스템 (fluidics, 전자, 에너지 자율성)을 miniaturizing 때 새로운 기능 구조 (IBEC 개발한 nanobiosensors)가 포함되어있을 때. 임상 연구와 상용화를 고려 때 CIBER - DEM은 가치 사슬을 조인. 아직 새로운 기술, 미래의 ASIC 다른 목표와 nanobiosensors의 배열을 사용할 것이며, 그것은 측정 방법의 구성을 정의합니다. 각각의 배열은 대상의 특정 유형을 감지하는 데 사용되며, 멀티 플렉스 시스템은 특정 대상에 초점을 각 배열을 분석하는 데 사용됩니다. 그런 다음, nanoengineering 및 supramolecular 화학을 사용하는 방법까지 nanofabrication과 하단을 사용하는 방법 아래로 가기를 제공하기 위해 결정을 적용, 점점 더 실시간으로 배열 데이터의 분석을 기반으로 맞춤 솔루션을 제공하고, 적절한 경우에 초점을 맞출 것이다 소설 진단을 생산할 수 자동 치료 (theranostics).

결론적으로, 의학 nanomaterials의 안전을 토론 정보의 다소 제한된 가용성에도 불구하고,이 문서에 표시되는 경우 역사는 과학 커뮤니티, 병원 및 업계 간의 유대 관계를 강화하는 방법에 대한 명확한 시범입니다. 설명 과정은 새로운 과학 도구와 발견을 활용하는 혁신적인 프레임 워크 내에서 대규모 테스트 및 임상 시설에서 실험을 수행하기위한 효율적인 방법을 제공합니다. 그들은 지식 기반 사회 내에서 빠른 속도로 경제 성장을 추구 등 바이오 메디컬 디바이스는 스페인의 과학 기술 정책 분야의 미래를위한 전략적인 도박을 나타냅니다. 이러한 방법으로, 국가의 지역들은 R & D 직원 사이의 네트워크 링크가 강화시킬 수 있습니다 - 과학 기술 공원, 기관 및 연구 센터, 병원, 기술 플랫폼 및 incubators - 그들은 나노기술 생명의 선물 새로운 과학 및 시장 과제를 탐구하고 직면로 과학.

참조

1. 후지 케이 미국, 2007. 전세계 시장 조사 : 나노 기반 제품 시장 및 사업 기회 - 현재 및 미래 아웃룩.
2. E.Ghafar - Zadeh, E., M. Sawan, M., 2008. 랩 - 온 - 칩 응용 프로그램을위한 완전히 통합된 CMOS 기반 용량성 센서쪽으로. 의료 측정 및 응용에 관한 국제 워크샵. 9 (10), 77-80.
3. Barretino, D., 2006. 디자인 고려 사항 및 포인트의 케어 임상 진단을위한 CMOS 기반의 마이크로 시스템즈의 최근 발전. 회로 및 시스템, 4362-4365에 IEEE 국제 심포지엄의 절차.
4. Visiongain (주), 2010. http://www.visiongain.com/Report/453/World-Diabetes-Market-Analysis-2010-2025 (acceded : 2010년 4월 14일)
5. 맨스필드, E., 1991. 학술 연구 및 산업 혁신. 연구 정책 20, 1-12.
6. Sadik, OA, Aluoch, AO, 만주국, A. 2009. 전기 기술을 사용하여 biomolecular 인식의 상태. Biosensors와 Bioelectronics 24, 2749-2765.
7. 님 최, H., 훈아 한, J., 공원, A., 알마 리, J., 원 - 용인, L., 2007. Amperometric 글루코스 바이오 센서는 탄소 Platinized 유리 탄소 전극에서 나노튜브 - Titania - Nafion 복합 필름에 캡슐화된 포도당 산화 효소에 따라. Electroanalysis 19 일 (17), 1757년에서 1763년까지.
8. Erdem, A., Karadeniz, H., Caliskan, A. 2009. 단일 벽의 탄소 나노튜브는 Nucleis 산 및 Biomolecular 상호 작용의 전기 모니터링 흑연 전극을 수정했습니다. Electroanalysis 21 (3-5), 461-471.
9. 왕, J. 2008. 생체내 포도당 모니터링 : 방향 감각과 행동 '피드백 루프 개별 의료 시스템 ", Talanta 75, 636-641.
10. 문질러, A., 라만, A., 저스틴, G., Guiseppi - 엘리, A. 2009. microdisc 전극 배열 (MDEAs)를 사용하여 포도당과 젖산 모니터링을위한 implantable biochip 큰 기여를했다. Biomed Microdevices 11, 75-85. 간접 10.1007/s10544-008-9211-6
11. Steeves, CA, 영, YL, 리우, Z., Bapat, A., Bhalerao, K., Soboyejo, ABO, Soboyejo, WO, 2007. 혈액 flor의 원위치 모니터링 implantable 바이오 MEMS 센서의 막 두께 설계. 재료 과학 저널 : 의학 18, 25-37에 소재. 간접 10.1007/s10856-006-0659-8
12. Hassibi, A., 리, TH, 2006. Biomolecular 감지를위한 프로그램 0.18 - μm의 CMOS 전기 센서 Microarray. IEEE 센서 학회지 6 (6) 1380년부터 1388년까지.
13. 해변, RD, Conlan, RW, Godwin, MC, Moussy, F., 2005. 동적 두 및 3 전극 Biosensors에 대한 Potentiostat 또는 Galvanostat로 구성 VIVO의 원격 모니터링 시스템의 미니 Implantable 큰 기여를했다. IEEE 트란. 계측 및 측정 54 (1), 61-72 일.
14. Gosselin, B., Sawan, M., 2008. 초저 전력 CMOS 동작 가능성 검출기. 회로 및 시스템, 2733년부터 2736년까지에 IEEE 국제 심포지엄의 절차.
15. Zierhofer, CM, Hachmair, ES, 1996. 자기 (磁 气) 결합 코일의 향상을 결합을위한 기하학적 접근. IEEE 트란. 의생명 공학 43, 708-714에서.
16. Sawan, M., Yamu, H., Coulombe, J., 2005. 무선 스마트 임플란트는 멀티채널 모니터링 및 microstimulation 전용. IEEE 회로 및 시스템 잡지 5, 21-39.
17. 사우어, C., Stanacevic, M., Cauwenberhs, G., Thakor, N., 2005. 이식 장치에 대한 CMOS에서 전원 수확 및 원격. IEEE의 Transl. 회로 및 시스템 52 (12), 2605년에서 2613년까지에.
18. 리, Y., 리우, J., 2005. 통합 부하 변조 및 전압 doubler - 클램핑 정류기 회로와 13.56MHz RFID 트랜스 폰더의 프론트 엔드. 회로 및 시스템에 IEEE 국제 심포지움, 5095-5098.
19. Myny, K., 밴 Winckel, S., Steudel, S., Vicca, P., 드 Jonge, S., Beenhakkers, MJ, Sele, CW, 반 Aerle, NAJM, Gelink, GH, Genoe, J., Heremans , P. 2008 년. 787b / s의의 데이터 속도 13,56 MHz의에서 유도 결합 64b 유기 RFID 태그 운영 IEEE 국제 고체 회로 회의, 290-614.
20. 고어, A., Chakrabartty, S., 친구, S., Alocilja, E., 2006. biosensing 어플 리케이션을위한 멀티 채널 femtoampere - 감도 conductometric 배열입니다. 의학 및 생물 과학 회의, 6489-6492 년 28번째 IEEE 공학.
21. Haider, MR, 이슬람교, SK, 장, M., 2007. 생체내 모니터링 및 센서 신호의 전송에 대한 저전력 처리 장치. 센서 및 트랜스 듀서 학회지 84 (10), 1625년부터 1632년까지.
22. Wolpert, HA, 2007. 저혈당의 탐지 및 예방에 지속적인 포도당 모니터링을 사용하지 않습니다. 당뇨병 과학 기술 11 (1), 146-150 논문집.
23. 뉴먼, JD, 터너, APF, 2005. 홈 혈당 biosensors : 상업 관점. Biosensors 및 Bioelectronic 20 2435년에서 2453년까지.
24. 프로스트, M., Meyerhoff, ME, 2006. VIVO 화학 센서의 경우 : Biocompatibility 폭행. 분석 화학 78 (21) 7370-7377.
25. 정, MW, 김, DW, 정, RA, 김, HC, 2004. 니들 타입의 다중 전극 어레이는 피하 지속적인 포도당 모니터링 시스템을위한 MEMS 기술에 의해 조작. EMBS, 1987년부터 1989년까지 국제 회의의 절차.
26. Zimmermann, S., Fienbork, D., Stoeber, B., Flounders, AW, Liepmann, D., 2003. microneedle 기반 포도당 모니터 : 효소 고정 - 장치에서 사용하는 웨이퍼 레벨에서 제조. 고체 센서, 액츄에이터 및 마이크로 시스템즈, 99-102에 Proc.Internatioal 회의.
27. 김 YT, 김, Y.-Y. 6 월, C.-H., 1999. 멀티 셀 전극과 바늘 모양의 포도당 센서 표면 micromachining에 의해 조작. PROC. MEMS와 MOEMS 3680, 924-930의 SPICE, 디자인, 테스트 및 Microfabrication.
28. 린 탄, E., Pereles, BD, 호​​튼, B., Shao, R., Zourob, M., 버터 기름 긴 사연, K. 2008 년. 실시간 스트레인과 압력 모니터링을위한 Implantable Biosensors. 센서 8 0.6396-6406.
29. 린, Y., 스와, M., 첸, S., 왕, S., 린, C., 첸, H., 2007. 노인 요양원에 RFID와 유비 쿼터스 모니터의 공부합니다. 멀티미디어와 유비 쿼터스 공학에 IEEE 국제 회의.
30. Tesoriero, R., Gallus, JA, 로자노, M., Penichet, VMR, 2008. 실내 위치 인식 시스템을 지원하는 능동 및 수동 RFID 기술을 사용합니다. IEEE의 Transl. 가전​​ 54 (2), 578-583에서.
31. Cantarero, LA, 버틀러, JE, 오스본, JW, 1980. 고체 상 immunoassays에 폴리스티렌과 중요성에 대한 단백질의 흡착 특성. 항문. Biochem. 105, 375-382.
32. Hiller, M., Kranz, C., 후버, J., Bauerle, P., Schuhmann, W., 1996. Amperometric biosensors는 polythiophene - 수정된 전극 표면에서 산화 환원 효소의 고정에 의해 만들어진. 교수실. Mater. 8, 219-222.
33. Kros, A., 밴 Hovell, WFM, Sommerdijk, NAJM, Nolte, RJM, 2001. 폴리 (3, 4 thylenedioxythiophene) 기반 포도당 biosensors. 교수실. Mater. 13 1555년에서 1557년까지.
34. Fiorito, PA, 드 Torresi, SIC, 2001. 포도당 산화 효소 (Gox)와 에탄올 / 물 혼합물에서 생성된 폴리 (피롤)에 ferrocene의 공동 고정에 따라 혈당 바이오 센서 amperometric. J. Braz. 화학. SOC. 12, 729-733.
35. 파텔, 상관, Kaminska, B., 그레이, B., 빌 게이츠, BD, 2007. 하이브리드 폴리머의 제조 공정을 사용하여 전기 효소 포도당 센서. 전자, 회로 및 시스템, ICECS 2007 - 14번째 IEEE 국제 회의, 403-406.
36. 로드 리게스, NP, 기무라, H., 사카이, Y., Fujii, T., 2007. 포도당과 산소, 고체 센서, 액츄에이터 및 마이크로 회의, 843-846의 전기 실시간 모니터링을위한 셀 기반의 Microfluidic Biochip.
37. 라만, ARA, 저스틴, G., Guiseppi - 윌슨, A., Guiseppi - 엘리, A. 2009. 제작 및 포도당 및 근육 Physiologic 상태 모니터링에 유용 락트 산에 대한 이중 감지 전기 Biotransducer의 포장. 센서 저널, IEEE 볼륨 9 (12), 1856-1863.
38. Usman 알리, SM, Nur, O., Willander, M., Danielsson, B. 2009. ZnO 나노 와이어를 사용하여 상업 MOSFET과 포도당 탐지 게이트를 확장. 나노기술 8 (6), 678-683에 IEEE 거래.
39. 리, YJ, 김, JD, 공원, JY 2009. 지속적인 모니터링 어플 리케이션을위한 마이크로 센서 유연한 효소 무료 포도당. 고체 센서, 액츄에이터 및 마이크로 회의 - 트랜스 듀서 2009 1806년부터 1809년까지.
40. 가우드, JD, 주권, PM, 진 리우, Narayan, R., Iyer, M., Tummala, R., 2007. 유기 시스템 온 패키지 기술의 전기 Biosensors과 Microfluidics. 전자 부품 및 기술 회의 - ECTC2007, 1550년에서 1555년까지의 절차.
41. Jining 시에, Shouyan 왕, Aryasomayajula, L., Varadan, VK, 2007. biosensing에 대한 백금 nanoparticle - 코팅 탄소 나노튜브의 재료 및 전기 화학 연구. 나노 기술, 2007. IEEE - NANO2007, 1077년에서 1080년까지.
42. Ekanayake, EMI, Preethichandra, DMG, Kaneto, K., 2007. 포도당 바이오 센서 응용을위한 나노 구조 실시 고분자 전극의 제작 및 특성. 산업 및 정보 시스템 - ICIIS2007, 63-66.
43. Roco MC, 베인 브리지는 2005 년 WAS. nanoscience과 나노기술의 사회적 의미 : 인간의 이익을 극대화. Nanoparticle 연구 논문집 7, 1-13.
44. Swarup A., 2007. 어떻게 나노기술은 유럽의 요금됩니까?. http://sciencecareers가. sciencemag.org/career_development/previous_issues/articles/2007_09_21/caredit_a0700136
45. 헤인즈, T., 2004. 유럽​​ Nanoscience과 나노기술 : 미국과 비교를 포함하여 출판물 및 특허 출원 분석. 나노 법률 및 비즈니스 1 (4), 제 10 조.
46. 브라운, T. 슈베르트, A., Zsindely, S., 1997. Nanoscience와 균형에 나노기술. Scientometrics 38 (2), 321.
47. Hullmann, A., 마이어, M., 2003. 출판물과 나노기술의 특허 : 이전 연구의 개요 및 예술의 주. Scientometrics 58, 507.
48. Schummer, J., 2004. Multidisciplinarity, interdisciplinarity, 연구 nanoscience의 협력과 나노기술의 패턴. Scientometrics 59 (3), 425-465.
49. Aditeya, 싱 K., 2007. 나노기술 경제에서 지적 재산권 : 동향, 특허 경관과 도전. 나노기술 연구소, 영국
50. Scheu, M. Veefkind, V., Verbandt, Y. 몰리나 Galan, E., Absaloma, R., 포스터, W., 2006. 매핑 나노기술 특허 : EPO 방식. 세계 특허 정보 28 (3), 204-211, 간접 : 10.1016/j.wpi.2006.03.005
51. Dernis, H., 2007. 특허 통계 2007 제요. STI OECD 파리, www.oecd.org / STI / IPR - 통계
52. 미야자키, K., 이슬람교, N., 2007. 업계와 학계 연구 활동의 혁신 분석 나노 시스템. Technovation 27 (11), 661-675.
53. Nikulainen T., Palmberg C., 2010. 로 전송 과학 기반 기술 산업합니까 나노기술은 차이를 만들어?. Technovation 30, 3-11.

저작권 AZoNano.com, MANCEF.org