Mercado de desafios para a investigação acadêmica na comercialização de Nano-Enabled dispositivos implantáveis ​​no-Vivo Análise Biomédica

pelo professor Esteve Juanola-Feliu

Temas Abordados

Nanotecnologia e da Economia
Convergência de tecnologias em Nanomedicina
O dispositivo de Biomédica na Vivo-Análise
State-of-the-Art dispositivo inovador Biomédica
Arquitetura do dispositivo implantável
A escolha do nanobiosensor
Nanobiotecnologia e Nanomedicina
Nano-relacionadas Artigos e Patentes
Política Científica e Global Investment
Desafios para Nanobiotecnologias
Conclusões e recomendações finais

Nanotecnologia e da Economia

É amplamente reconhecido que o bem-estar das economias mais avançadas está em risco, e que a única maneira de resolver esta situação é por meio do controle das economias do conhecimento. Para alcançar este objectivo ambicioso, precisamos melhorar o desempenho de cada dimensão no "triângulo do conhecimento": educação, investigação e inovação. De fato, descobertas recentes apontam para a importância de estratégias de agregação de valor e comercialização durante os processos de I + D de forma a preencher a lacuna entre o laboratório eo mercado e assim garantir a comercialização bem-sucedida de tecnologia baseada em novos produtos. Além disso, em uma economia global em que manufatura convencional é dominado pelas economias em desenvolvimento, o futuro da indústria nas economias mais avançadas deve confiar em sua capacidade de inovar nessas actividades de alta tecnologia que pode oferecer um diferencial de valor acrescentado, em vez de melhorar as tecnologias existentes e produtos. Parece bastante claro, portanto, que a combinação da saúde (medicina) e nanotecnologia em um novo dispositivo biomédico é muito capaz de atender esses requisitos.

Nanotecnologia proporciona inovações que apoio infinitas fontes de inovação e criatividade na intersecção entre a medicina, biotecnologia, engenharia, ciências físicas e tecnologia da informação e da disciplina está abrindo novas direções em R + D, gestão do conhecimento e transferência de tecnologia. Uma série de produtos da nanotecnologia já estão em uso e os analistas esperam um crescimento dos mercados centenas de bilhões de euros durante a presente década. Depois de uma longa R + D período de incubação, vários segmentos industriais já estão emergindo como pioneiros da nanotecnologia produtos habilitados ¹ (Fuji-Keizai, 2007), neste contexto, o crescimento do mercado surpreendentemente rápida é esperado e oportunidades do mercado de alta massa são previstas para alvo de pesquisa sub-segmentos. Achados sugerem que o mercado Bio & Saúde irá fornecer alguns dos maiores avanços ao longo dos próximos anos e que, como resultado, as aplicações da nanociência e da tecnologia para a medicina irá beneficiar os pacientes, fornecendo ensaios de prevenção novo, o diagnóstico precoce, monitoramento em nanoescala, e eficaz tratamento através de estruturas miméticas. Sem dúvida, existem grandes desafios na concepção de nanoestruturas que podem operar de forma confiável em escalas de tempo prolongado no organismo.

A redução de escala de comprimento que tem sido conseguido através de nanosynthesis (bottom-up de tecnologia) e nanomachining (top-down de tecnologia) tem o potencial de interagir com o mundo biológico como nunca antes. O bio-nanotecnologias operam na interface entre nanoestruturas organizadas e biomoléculas, que são rotas de controle chave para alcançar novos avanços na medicina, odontologia e terapêutica; em alimentos de origem animal e vegetal e em produtos de cuidados diários, como cosméticos. De acordo com o Livro Branco GENNESYS (2009), este novo campo de pesquisa irá proporcionar avanços significativos no futuro próximo nos reinos de biorreatores, materiais biocompatíveis e lab-on-chip tecnologias.

Convergência de tecnologias em Nanomedicina

nanomedicina é definida como a aplicação da nanotecnologia à saúde. Ela explora o melhor romance e muitas vezes físicas, químicas e biológicas dos materiais na escala nanométrica. Nanomedicina tem um impacto potencial na prevenção, diagnóstico precoce e confiável, e tratamento de doenças. No caso nanomedicina, há uma vasta gama de tecnologias que podem ser aplicadas aos dispositivos médicos, materiais, procedimentos e modalidades de tratamento. Um olhar mais atento nanomedicina introduz técnicas emergentes nanomedical como Nanocirurgia, engenharia de tecidos, nanopartículas permitiu diagnósticos e entrega de drogas específicas. Ainda na sua infância, muito do trabalho na disciplina envolve R + D e é, portanto, crucial que as instituições de saúde, institutos de pesquisa e fabricantes de trabalhar juntos de forma eficiente.

Em particular, grupos de pesquisa multidisciplinar e escritórios de transferência de tecnologia estão desempenhando um papel chave no desenvolvimento de novos nano-enabled implantáveis ​​dispositivos biomédicos através de uma compreensão avançada da relação microestrutura / propriedade para os materiais biocompatíveis e do seu efeito sobre a estrutura / performance desses dispositivos. Para prosseguir, num quadro geral é necessária que pode facilitar a compreensão dos requisitos técnicos e médicos, para que novas ferramentas e métodos podem ser desenvolvidos. Além disso, na medicina há uma necessidade premente de assegurar uma estreita cooperação entre a Universidade-Indústria Hospital-Administração, enquanto ferramentas e procedimentos específicos são desenvolvidos para utilização pelos médicos. Com base na experiência dos autores, neste estudo de caso, procuramos demonstrar a importância da cooperação e colaboração entre estes quatro intervenientes e dos cidadãos envolvidos no processo de inovação, levando ao desenvolvimento de novos produtos biomédicos pronto para o mercado.

A interação entre a medicina ea tecnologia permite o desenvolvimento de dispositivos de diagnóstico para detectar ou monitorar patógenos, íons, doenças, etc Hoje, a integração dos rápidos avanços em áreas como microeletrônica, microfluídica, microssensores e materiais biocompatíveis permite o desenvolvimento de tais Biodevices implantáveis como o Lab-on-Chip e os dispositivos Point-of-Care ^{2 , 3} . Como resultado, os sistemas de monitoramento contínuo estão disponíveis para desenvolver mais rápido e mais barato tarefas clínicas - especialmente quando comparado com métodos standard. É neste contexto que apresentamos uma arquitetura de front-end integrado para a detecção in-vivo.

O dispositivo de Biomédica na Vivo-Análise

O sistema introduzido neste trabalho foi concebido para ser implantado sob a pele humana. A alimentação ea comunicação entre este dispositivo e um transmissor externo primário são baseados em uma ligação indutiva. A arquitetura apresentada é projetado para duas abordagens diferentes: a definição de um sistema de alarme true / false quer com base em amperométricos ou impedância nano-biosensores. Entre as doenças que podem ser monitorados por análise in-vivo, é o objetivo deste trabalho se concentrar em diabetes, dado que sua incidência e prevalência está a aumentar em todo o mundo, refletindo mudanças de estilo de vida eo envelhecimento da população. Especificamente, este crescente prevalência está intimamente ligada à da obesidade, criando oportunidades de mercado significativo como relatado na Análise de Mercado Mundial do Diabetes 2010-2025 ⁴ , e, principalmente, porque a Organização Mundial de Saúde estima que o número de diabéticos será superior a 350 milhões por 2030.

Para este in-vivo dispositivo implantável biomédico, examinamos também uma abordagem ambiciosa que cobre a cadeia de valor (da pesquisa básica, por meio de engenharia e tecnologia, para a indústria), a infra-estrutura necessária e as implicações para a sociedade dessas e de outras desafios do mercado atual . Neste caso, a cadeia de valor é hospedado pelo sistema universitário, que destaca o volume de negócios sociais do investimento na investigação pública. Consideramos também a medida em que recentes inovações tecnológicas na indústria biomédica foram baseados em pesquisas acadêmicas e as defasagens entre o investimento em tais projetos de pesquisa acadêmica ea aplicação industrial de suas descobertas - ou seja, de modo a estimar a taxa social de retorno da pesquisa acadêmica. Porque os resultados da pesquisa acadêmica são tão amplamente divulgados e os seus efeitos tão fundamental, sutil e generalizado, muitas vezes é difícil identificar e medir as ligações entre a pesquisa acadêmica e inovação industrial. No entanto, há evidências convincentes, especialmente de indústrias, tais como drogas, instrumentos e processamento de informações, que a contribuição da pesquisa acadêmica para a inovação industrial tem sido considerável ⁵ .

State-of-the-Art dispositivo inovador Biomédica

Muitos problemas diferentes precisam ser superados para a obtenção do dispositivo implantável ideal ⁶ . Em primeiro lugar, o dispositivo deve ser biocompatível, para evitar reações desfavoráveis ​​dentro do corpo. Em segundo lugar, o dispositivo médico deve fornecer estabilidade a longo prazo, a seletividade, calibração, miniaturização e repetição, bem como o poder em um dispositivo downscaled e portátil. Em termos de sensores, sem rótulo biossensores elétricos são candidatos ideais por causa de seu baixo custo, baixo consumo de energia e facilidade de miniaturização. Desenvolvimentos recentes na nanobiosensores fornecer soluções tecnológicas adequadas em matéria de monitoramento da glicose ⁷ , gravidez e testes de DNA ⁸ . Medição elétrica, quando o analito alvo é capturado pela sonda, pode explorar qualquer voltmetric, técnicas amperométricos ou impedância. Idealmente, em seguida, o dispositivo deve ser capaz de detectar não só um agente-alvo ou patologia, mas os agentes bastante diferente e deve ser capaz de trabalhar em um gabarito de circuito fechado, como descrito por Wang ⁹ no caso de monitoramento da glicose.

Vários dispositivos biomédicos para in-vivo de monitoramento estão sendo desenvolvidos atualmente. Assim, altamente estável, precisa intramuscular biossensores implantáveis ​​para o monitoramento simultâneo contínuo de lactato e glicose foram recentemente produzido, incluindo uma completa célula eletroquímica-on-a-chip. Além disso, com o desenvolvimento paralelo do potenciostato on-chip e processamento de sinais, o progresso substancial foi feito no sentido de um fio implantável glicose / lactato de sensoriamento biochip ¹⁰ . Em outros lugares, implanta um bio-sistemas micro-eletromecânicos (MEMS bio-) para o monitoramento in situ de no fluxo de sangue foram concebidos. Aqui, o objetivo era desenvolver uma unidade sem fio inteligente de detecção para não-invasivo de detecção de estenose no início de enxertos de ponte de safena ¹¹ . Curiosamente, este estudo analisa o uso de revestimentos de superfície em relação à biocompatibilidade ea não adesão de plaquetas sanguíneas e eleitores. Neste caso, a nanotecnologia apresenta-se como sendo uma ferramenta útil para melhorar a biocompatibilidade de silício MEMS bio-estruturas em nanoescala, quando camadas de titânio metálico são usados, uma vez que aumenta a biocompatibilidade.

A próxima etapa envolve o desenvolvimento de uma aplicação específica configurável circuito integrado (ASIC), trabalhando com uma matriz de multiplexado de nanosensores projetado para ser reativa para um conjunto de agentes alvo (enzimas, vírus, moléculas, elementos químicos, moléculas, etc.) Vários sensores da matriz pode então ser usada para um alvo específico, enquanto outros arrays podem ser preparados para os outros destinos, ao mesmo tempo buscando uma resposta redundante. Assim, um painel de biomarcadores precisa ser desenvolvido. Desta forma, a reprodutibilidade ea precisão pode ser melhorada para cada alvo e metas diferentes podem ser testados simultaneamente. A capacidade de configuração do ASIC também deve ser definida em termos do tipo de medida que está a ser conduzido, como nos estudos realizados por Hassibi e Lee ¹² e Praia et al. ¹³ : poderia ser amperométrico, medindo variações de corrente e detecção de valores de limiar ¹⁴ , ou poderia ser de espectroscopia de impedância eletroquímica, para uma freqüência fixa, detectando ambas as variações de impedância cruzar limiares e anomalias. A combinação das duas técnicas de medição pode ser usado para obter um método mais confiável de detecção. Energia e comunicações também são características fundamentais na concepção de dispositivos implantáveis. O ex-preocupa-se com métodos de transferência de energia suficiente para os dispositivos, enquanto o segundo envolve a integração de instrumentação e eletrônica de comunicação para controle dos sensores e enviar as informações fornecidas pelos sensores através da pele humana. No entanto, se a detecção de sinais vitais ou no limiar de detecções são suficientes para fins de monitoramento, não é necessário medir e enviar os dados brutos com um alto grau de precisão do usuário para uma unidade externa de processamento de dados. De fato, o processamento local dentro do mesmo sensor poderia reduzir o poder e os requisitos de comunicação.

RF colheita poder por meio de acoplamento indutivo é uma alternativa cada vez mais utilizado para a transmissão de energia para o dispositivo implantado, em oposição à utilização de pilhas ou fios ^{15 , 16} . Além disso, esta alternativa permite uma comunicação bidirecional a ser estabelecida entre o dispositivo implantado e uma base externo ou leitor. Uma série de circuitos de telemetria implantável com base no acoplamento indutivo pode ser encontrada na literatura ^{17 , 18 , 19} . Pelo contrário, vários estudos têm desenvolvido eletrônicos integrável para in-vivo de monitoramento. Exemplos disto são fornecidos nos estudos de Gore et al. ²⁰ , onde femtoampere sensibilidade aplicações para biosensor condutométrica são usados, e por Haider et al. ²¹ , onde uma unidade de processamento de sinal com base em um conversor de corrente para frequência e uma protocolo de comunicação é apresentado.

Arquitetura do dispositivo implantável

Nesta conjuntura, a arquitetura apresentada representa uma abordagem inicial para o desenvolvimento de aplicações baseadas em biossensores destinados a detectar a presença ou ausência de determinados níveis de proteínas, anticorpos, íons, oxigênio, glicose, etc Estes circuitos in-vivo, detecção ou aplicações true / false ²⁰ , funcionam como um alarme. Quando o nível de concentração em análise cai fora de um intervalo de valores aceitos, um valor limite ativa o alarme. Por exemplo, no caso de monitoramento da glicose, a detecção de uma queda nos níveis de glicose limite seria obrigatória para evitar situações críticas, tais como hipoglicemia ^{21 , 22} . Detecção de tais seria alcançado quando a amplitude do sinal medido cai abaixo de um valor limite especificado.

Várias abordagens têm sido desenvolvidas para o monitoramento contínuo de glicose ²³ . Estes vão desde soluções comerciais, como o testador de glicose no sangue comercializado pela Cygnus Inc. para subcutânea Minimed Medtronic Inc. e Abbott soluções que controlam o nível de glicose a cada 3-5 minutos. Estes dispositivos, colocados sob a pele, tem um controle de circuito fechado de fornecer insulina e desfrutar de uma autonomia de 3-5 dias. Soluções que buscam impacto biológico mínimo, de modo a resistir a bioincrustação incluem um inibidor (óxido nítrico) ²⁴ , além de revestido sensores eletroquímicos agulha tipo ^{25 , 26 , 27} .

O genérico implantáveis, arquitetura front-end é baseado em acoplamento indutivo para o monitoramento in-vivo da presença ou ausência de patógenos, os íons, os níveis de concentração de oxigênio, etc

Fig.1. Concepção do dispositivo implantável

O sistema em Fig.1 mostra uma plataforma com um alarme falso / verdadeiro para o acompanhamento das metas diferentes. Os dados são transferidos para um banco de dados central, onde todas as entradas podem ser personalizados para cada paciente. Os dados coletados podem ser medidos em diferentes cenários: quando o paciente está em repouso, a realizar um certo tipo de atividade física, etc, dependendo do interesse particular de medicina, e, portanto, um prognóstico e diagnóstico preciso pode ser obtido ²⁸ . O sistema tem uma aplicação de pesquisa no monitoramento constante de pacientes como eles realizam suas atividades diárias, em condições normais (ar livre) e, desta forma os efeitos secundários, tais como as alterações psicológicas causadas pelo estresse de estar em um hospital, com pessoas desconhecidas, etc, podem ser evitados. A arquitetura proposta (ver Fig.2) é nesta fase analisada como um detector de limiar para um sensor, trabalhando amperometrically, e inclui on-chip de polarização, o potentiostast para conduzir o biossensor, um módulo de condicionamento, ea modulação e processamento de dados bloco. O módulo de condicionamento é projetado para adaptar-se ao nível dos sinais medidos. A detecção de alvos utilizando a metodologia limiar deve garantir nível de sinal suficiente de modo a garantir uma relação sinal suficientemente elevado-ruído (SNR).

Esta modulação e processamento de dados bloco é projetado para analisar e enviar para o leitor externo que detecta os níveis. Duas abordagens diferentes são definidas: uma aplicação genérica biossensor amperométrico e um biosensor de impedância, para sistemas de rótulo-free, com base em um lock-in integrados analógicos amplificador, que vai prosseguir com o processamento analógico do sensor para a detecção e transmissão. Para a futura execução, este módulo será projetado de forma que ele pode ser re-configurado.

Para validar a primeira proposta (amperométrico), um total de costume IC foi concebido, incluindo vários módulos da arquitetura e uma antena PCB transponder (30mm x 15mm), ajustado para 13,56, para fornecer a energia e link de comunicação. O projeto incorpora também um lock-in integrados analógicos amplificador em caso de detecção de impedância.

A proposta de arquitetura genérica implantáveis ​​é apresentado na fig. 2. Dispõe de um nanobiosensor, uma antena e os módulos eletrônicos.

Fig.2. Proposta genérica arquitetura front-end implantáveis.

nanobiosensor ou nanosensor é geralmente definida como um nanômetro sistema de medição de tamanho de escala que inclui uma sonda com um elemento de reconhecimento biológico sensível, ou bioreceptor, um componente detector físico-químicas, e um transdutor entre eles. Dois tipos de nanosensores com potencial para aplicações médicas são sensores cantilever array e nanotubo / nanofio sensores e nanobiosensores, que pode ser usado para testar nanolitres ou menos de sangue para uma ampla gama de biomarcadores. Em nosso trabalho, uma nanobiosensor com três eletrodos foi selecionado para explicar e desenvolver o sistema. Sua topologia pode ser facilmente adaptado para qualquer tipo de sensor. Os três eletrodos que compõem o sensor são: a) o eletrodo de trabalho (W), que serve como uma superfície sobre a reação eletroquímica ocorre; b) o eletrodo de referência (R), que mede o potencial no eletrodo W, e c) o eletrodo auxiliar ou contra (A / C), que fornece a corrente necessária para a reação eletroquímica no eletrodo W.

O sistema é projetado como um fio ligado ativos RFID Tag ^{29 , 30} onde o link indutivamente acoplado, gerado pelo implantáveis ​​e a antena externa, é capaz de fornecer energia suficiente para abastecer todo o sistema e para fornecer comunicação bidirecional sem fio através da pele humana . Assim, ele pode transmitir as informações obtidas pela nanobiosensor e receber dados a partir do leitor externo, que por sua vez, pode configurar o sistema eletrônico implantado e ler os dados adquiridos.

A escolha do nanobiosensor

A solução mais promissora para uma nanobiosensor eficaz envolve o uso de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) técnica. EIS representa um método mais eficaz para sondar as propriedades interfacial do eletrodo modificado através da medição da mudança na resistência de transferência de elétrons na superfície do eletrodo devido à adsorção e dessorção de moléculas químicas ou biológicas. Diversos estudos têm sido publicados sobre este assunto. A abordagem clássica é o teste ELISA ³¹ , baseado no uso de polímeros semicondutores e da utilização da técnica de EIS, enquanto poliestireno (PS) é o típico polímero isolante utilizado na pesquisa biomédica.

A aplicação amplamente noticiado é a glicose biosensor ^{32 , 33 , 34} , que se baseia na transferência de elétrons que ocorre durante a redução enzimática de glicose. Nos últimos anos, vários estudos têm sido publicados nesta área, incluindo Patel et al. ³⁵ que apresentam um sensor de glicose eletro-enzimático. Outros estudos interessantes são fornecidos por Huang et al. (2009), que introduzem um sensor de afinidade capacitivamente baseada MEMS para aplicações de monitoramento contínuo da glicose; Teymoori, Mir et al Majid, que descrevem uma MEMS para a glicose e outros sensores genéricos com aplicações médicas;. E Rodrigues et al. ³⁶ , que desenvolveu um biochip baseados em células novas, dedicado ao acompanhamento em tempo real de effluxes transitória de glicose e oxigênio, usando arrays de microssensores amperométrica integrada na entrada ea saída de uma câmara de célula PDMS. Um projeto completo é fornecido por Rahman et al. ³⁷ , que apresentam o projeto, microfabricação, embalagem funcionalização de superfície, e em testes in vitro de uma célula eletroquímica completa-on-chip-a (ECC) para a monitorização contínua da glicose amperométrico, realizando voltametria cíclica, espectroscopia de impedância elétrica (EIS) e exame microscópico.

Vários exemplos de desenvolvimento de nanosensores para aplicação neste campo são relatados por Usman Ali et al. ³⁸ . Aqui Nanofios de ZnO são usados ​​para uma aplicação GCM conectado diretamente à porta de um MOSFET de baixo limiar padrão. Lee et al. ³⁹ desenhar um flexível enzima glicose livre de sensor de micro-eletrodo de platina com um nanoporous trabalhando em um filme PET bio-compatível. Goud et al. ⁴⁰ nanobioelectronic introduzir um system-on-package (SOP) com um sensor de glicose integrado baseado em nanotubos de carbono eletrodos de trabalho. . Jining Xie et al ⁴¹ sugerem os nanotubos de nanopartículas de platina-carbono revestidos para biosensoriamento glucose amperométrico e Ekanayake et al. ⁴² descrevem a fabricação e caracterização de um romance de nano-porosa polipirrol eletrodo (ppa) e sua aplicação em biossensores amperométricos, com características de maior para a detecção de glicose.

Nanobiotecnologia e Nanomedicina

Política Científica e Global Investment

A disponibilidade de in-vivo dispositivos biomédicos, como a descrita acima, está intimamente ligada aos avanços da nanobiotecnologia. Nanotecnologia deverá ter um impacto rápido sobre a sociedade ⁴³ : a criação de cenários econômicos futuros, estimulando a produtividade e competitividade, tecnologias convergentes, e promover a educação nova e desenvolvimento humano. Evidências desse impacto rápido da nanotecnologia pode ser visto nas figuras públicas em investimento para a nanotecnologia R + D atividades, instalações e treinamento de força de trabalho. De 2008 EUA National Nanotechnology Initiative pedido de orçamento para a nanotecnologia R + D em todo o Governo Federal foi mais de 1,44 bilhões dólares EUA (NNI, 2007). Na Europa, o VII Programa-Quadro (FP) vai contribuir com cerca de € 600 milhões por ano para pesquisa em nanotecnologia até 2013, com um montante adicional, semelhante a ser prestado pelos diferentes países. Isto dá à Europa uma maior despesa anual em nanotecnologia que os Estados Unidos ou o Japão ⁴⁴ .

No contexto da política europeia, N & N é uma área chave para a Comissão Europeia: o FP VII (2007-2013) oferece um programa específico para as nanociências, nanotecnologias, materiais e novas tecnologias de produção com um orçamento de € 3.475 milhões (10,72% do orçamento total VII FP). Além disso, vários programas específicos estão envolvidos em pesquisa em nanoescala e, portanto, o orçamento total investido em nanoactivities será aumentado em vários milhares de milhões de € (milhões de euros) provenientes dos seguintes programas: Saúde (6 100 milhões de euros); Alimentação, agricultura e biotecnologia ( 1 935 milhões de euros); TIC (9 Meur 050) e Energia (2 350 milhões de euros)

Nano-relacionadas Artigos e Patentes

Súmulas e vários estudos comparativos sobre a expansão mundial do nanopublications nanopatents e estão disponíveis ^{45 , 46 , 47} . Artigos científicos e patentes no setor de nanotecnologia tem crescido exponencialmente ao longo das últimas duas décadas. O crescimento relativo no número de "nano-título-papers" em várias bases de dados bibliográficas, ou seja, o aumento do número de "nano-título-papers", como uma proporção de todos os trabalhos tem sido dramático: se tomarmos o Science Citation Index como ser representante de todas as ciências (embora que a química é um pouco sub), a proporção de "nano-título-papers" cresceu de 1985 a meados de 2003 por cerca de 1,2% a uma taxa média de crescimento anual de cerca de 34%, o que significa que tem dobrado a cada 2,35 anos. Desde meados da década de 1990 a velocidade diminuiu um pouco para uma taxa de crescimento anual de cerca de 25% (dobrando a cada 3,1 anos) ⁴⁸ .

Em 2007 mais de 15.000 nanociência e nanotecnologia relacionada com trabalhos foram publicados, e agora há uma intensa actividade no que respeita a propriedade intelectual (IP) - a posse de inovações, invenções, idéias e criatividade - no campo em nanoescala. A nanotecnologia está aumentando a transição para uma economia do conhecimento e orientada para a propriedade intelectual de modo está em uma posição para aumentar a criação de riqueza, crescimento e desenvolvimento em todo o mundo ⁴⁹ . Vários relatos têm procurado mapa nano patentes relacionadas ⁵⁰ , e figuras para a nanotecnologia relacionada IP são surpreendentes. No Escritório Europeu de Patentes um grupo de nanotecnologia de trabalho (NTWG) foi criado em 2003 e 90.000 patentes foram marcados para a classe Y01N. A proporção de patentes em nanotecnologia mais do que dobrou entre meados dos anos 1990 e meados dos anos 2000 (EUA 40%, Japão 19%, e na Alemanha 10%). O Compêndio de Estatísticas de Patentes 2007 ⁵¹ p rovides dados internacionalmente comparáveis ​​sobre as patentes.

Antes de 1980, 250 relacionados à nanotecnologia patentes foram concedidas anualmente a universidades em todo o mundo, mas em 2003 este número tinha aumentado 16 vezes para 3993 patentes, que foram arquivados para os blocos de construção fundamentais, materiais e ferramentas necessárias para desenvolver esta tecnologia. O escritório de patentes dos EUA tem recebido pedidos a respeito da composição da matéria, dispositivos, aparelhos, sistemas e controle de nanomaterial e dispositivos e métodos. Reivindicações cruz-indústria de patentes estão sendo feitos para um único inovações em nanoescala, que podem ter diversas aplicações. Assim, as aplicações foram identificadas nas classes de patentes importantes, tais como eletricidade, as necessidades humanas, química e metalurgia, a execução de operações e transporte, engenharia mecânica, física, construção fixa, tecidos e papel. Para analisar o impacto sobre o setor industrial, a OCDE tem categorizados patentes em nanotecnologia em seis campos de aplicação: Electronics, Optoelectronics, medicina e biotecnologia, Medições e Meio Ambiente, fabricação e energia, e Nanomateriais.

Como a pesquisa de Miyazakia ⁵² revelado, conta universidades para uma parte particularmente importante da investigação em nanotecnologias (representando 70,45% da nanotecnologia da investigação relacionada com todo o mundo). Nisso eles são complementados por institutos públicos de pesquisa (que respondem por 22,22% dos artigos). Assim, estima-se que as universidades agora detêm 70% das patentes de nanotecnologia chave. O sector privado desempenha um papel mais limitado (7,33% dos artigos em nível global), mas é um jogador mais proeminente em os EUA (12,41%). Na Ásia, o Japão tem uma forte participação (12,30%) no setor privado, enquanto a Coréia do Sul (8,25%) e em menor escala da Índia (3,52%) competir com o Japão. No futuro, o desenvolvimento da nanotecnologia é provável mudança de grandes organizações com financiamento público e as universidades para as pequenas empresas start-up que procuram explorar os esforços de investigação com financiamento público anterior para gerar as primeiras aplicações comerciais, de forma semelhante ao que temos assistido em as indústrias de biotecnologia.

Desafios para Nanobiotecnologias

Nanobiotecnologia é uma área em rápido desenvolvimento de oportunidades científicas e tecnológicas que proporciona avanços na indústria de alimentos, energia, ambiente e medicina. Em nanomedicina, há uma vasta gama de tecnologias que podem ser aplicadas aos dispositivos médicos, materiais, procedimentos e modalidades de tratamento. Um olhar mais atento nanomedicina identifica tais técnicas emergentes como nanomedical Nanocirurgia, engenharia de tecidos, nanopartículas permitiu diagnósticos e entrega de drogas específicas. De acordo com um grupo de peritos da União Europeia de Avaliação dos Medicamentos (EMEA), a maioria dos atuais aplicações comerciais da nanotecnologia à medicina são dedicados a entrega da droga. Aplicações mais novas da nanotecnologia incluem a substituição de tecidos, o transporte através das barreiras biológicas, controle remoto de nanossondas, integrado implantáveis ​​sistemas sensoriais nanoeletrônica e estruturas químicas multifuncional para o direcionamento da doença. Assim, nanobiotecnologia não pode fornecer apenas a miniaturização dos dispositivos implantáveis ​​biomédicas (microfluídica, microeletrônica, etc), mas também de confiança arrays multifuncional para detecção da doença. Provavelmente, não há melhor exemplo da convergência tecnológica dos top-down (miniaturização) e bottom-up (design e criação de novas estruturas funcionais) estratégias, que buscam o ponto de equilíbrio onde os avanços tecnológicos e demandas do mercado pode atender.

Finalmente, tem-se argumentado que a pesquisa atual em nanoescala não revela padrões específicos e graus de interdisciplinaridade e multidisciplinaridade que a sua aparente consiste de diferente, em grande parte mono-disciplinar campos que são completamente alheios uns aos outros e que têm pouco mais em comum do que o prefixo " nano " ⁴⁸ . Neste ponto, a discussão sobre a natureza descontínua ou incremental da nanotecnologia possam surgir no processo de inovação e transferência de tecnologia. Com base nos achados empíricos da pesquisa realizada pela Nikulainen Palmberg e ⁵³ , parece que, no momento, não há necessidade de nano-específicos iniciativas de transferência de tecnologia relacionada. Esta conclusão pode, contudo, tem que ser revista se a nanotecnologia se torna mais radical e descontínua. Hoje, os químicos desenvolvimento de drogas, reatores e catalisadores estão trabalhando em escala nanométrica, como o fizeram durante muitos anos, mesmo que eles simplesmente se referem a seu trabalho como química. Certamente, formuladores de políticas precisam levar em conta a saúde relevantes, as questões ambientais e de segurança, estabelecendo padrões e regulamentos de execução para facilitar a difusão da nanotecnologia.

Conclusões e recomendações finais

Neste trabalho, o desenho de um genérico in-vivo dispositivo implantável biomédico capaz de detectar valores-limite para as concentrações-alvo (ou seja, detecção dos níveis de glicose) foi apresentado. Dada a velocidade com que o diabetes pode se espalhar e as melhorias que são possíveis no seu diagnóstico e controle se needle-free sistemas estão disponíveis, o dispositivo médico introduzido neste trabalho é projetado para alcançar um grande mercado ao longo dos próximos anos. Além disso, quando a cadeia de valor é financiada por fundos públicos, isto significa que os objetivos de transferência de tecnologia da universidade para a indústria eo retorno social do investimento público foram plenamente realizados. Assim, um modelo de sucesso para a transferência de investigação, inovação e tecnologia pode ser apresentado a um cenário particular tipificado pela convergência de tecnologias e disciplinas, bem como pela convergência de diversas partes interessadas combinando representantes de centros de pesquisa, hospitais, política de mercado, centros e os cidadãos também.

A visão completa fornecido aqui da cadeia de valor dos processos de pesquisa e transferência de tecnologia destaca a importância de um quadro comum em que as equipes multidisciplinares e organizações podem trabalhar em conjunto dirigido por determinada liderança científica. Neste caso específico, o Departamento de Eletrônica da Universidade de Barcelona teve custo total das actividades de investigação e comercialização. O dispositivo resultante biomédica é nano-habilitado em um duplo sentido: quando miniaturizar o sistema (fluidos, eletrônica, autonomia energética) e, quando novas estruturas funcionais estão incluídos (nanobiosensores desenvolvido pelo IBEC). A CIBER-DEM se une a cadeia de valor quando a pesquisa clínica e comercialização são consideradas. Ainda uma tecnologia emergente, a ASIC futuro vai trabalhar com uma matriz de nanobiosensores com alvos diferentes, e que irá definir a configuração do método de medição. Cada matriz será usada para detectar um tipo específico de alvo, eo sistema multiplexado será utilizado para analisar cada matriz com foco em um alvo particular. Então, de cima para baixo usando abordagens nanoengineering e nanofabricação e abordagens de baixo para cima usando a química supramolecular pode produzir diagnósticos romance que será cada vez mais foco na entrega de uma solução personalizada com base na análise de dados de matriz em tempo real, e se necessário, aplicar esta decisão de entregar uma automatizado terapia (Theranostics).

Em conclusão, apesar da disponibilidade relativamente limitada de informação discutir a segurança dos nanomateriais médicos, o caso clínico apresentado neste artigo é uma demonstração clara de como fortalecer os laços entre a ciência da comunidade, hospitais e indústria. O processo descrito oferece um método eficiente para a realização de experimentos no teste e grandes instalações clínicas, dentro de um quadro inovador que tira partido das novas ferramentas e descobertas científicas. Dispositivos biomédicos representa uma aposta estratégica para o futuro das áreas científicas e tecnológicas da Espanha políticas que buscam o crescimento econômico acelerado dentro da sociedade baseada no conhecimento. Desta forma, as regiões do país pode reforçar as ligações de rede entre os seus R & agentes D - parques científicos e tecnológicos, institutos e centros de pesquisa, hospitais, plataformas tecnológicas e incubadoras - enquanto exploram e enfrentar os novos desafios científicos e de mercado apresentadas pela vida de nanotecnologia ciências.

Referências

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