¿Cuáles son los requisitos especiales para la tecnología de detección y detección biomédica?
Intensivo en conocimientos
El diseño, la fabricación y la aplicación de sensores implican una variedad de conocimientos científicos y tecnología. Tomando como ejemplo los sensores químicos, el diseño de materiales sensibles involucra disciplinas como la química cuántica y la nanociencia. La síntesis de estos materiales requiere familiaridad con la química supramolecular, la química huésped-huésped, la química de tamices moleculares y la biotecnología. La formación de membranas requiere una comprensión de la química de superficies, la física de interfaces y las técnicas de ensamblaje molecular. El desarrollo de dispositivos de conversión requiere el uso de tecnologías de microelectrónica, nanoelectrónica, optoelectrónica y mecanizado de precisión.
Alta Fiabilidad
Dado que estos sensores están destinados al uso humano, deben ser infalibles. En los Estados Unidos, estos sensores para uso clínico están aprobados oficialmente por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y los requisitos son extremadamente estrictos: deben demostrar que el uso a largo plazo es inofensivo para el cuerpo humano y no tiene efectos secundarios. , y los datos de seguimiento proporcionados también deben ser absolutamente fiables. Los sensores que miden los fluidos corporales deben ser resistentes a la erosión de los fluidos corporales y fáciles de limpiar. La medición in vivo o los sensores implantables deben ser biocompatibles con los tejidos y evitar reacciones de rechazo. Todos ellos requieren que los sensores biomédicos tengan un alto grado de estabilidad y confiabilidad.
Artesanía fina
Los sensores de alta precisión son inseparables de la artesanía fina. Por ejemplo, los micronanosensores basados en la integración de micronanoelectrónica requieren técnicas especiales de procesamiento de polímeros y semiconductores. Para evitar fugas y deformaciones bajo inmersión prolongada, el acoplamiento entre la película sensible y la superficie del dispositivo requiere procesos delicados. La preparación de micronanoelectrodos requiere el uso de instrumentos de precisión y la estrecha cooperación de métodos mecánicos y químicos. La preparación de micronanoelectrodos requiere el uso de instrumentos de precisión y la estrecha cooperación de métodos mecánicos y químicos. Un buen sensor es a la vez un producto y un proceso.
Las características de desarrollo incluyen:
1) Monitoreo junto a la cama
El muestreo, la inspección y el informe habituales toman al menos media hora, lo cual es muy importante para el tiempo. necesario para rescatar a pacientes críticamente enfermos y realizar operaciones es extremadamente desventajoso. En respuesta a los problemas anteriores, se han desarrollado sensores de monitorización de cabecera. Los sensores de monitorización de cabecera deben tener una estructura simple, sólida, resistente y liviana, y pueden operarse de manera continua o semicontinua, lo que facilita su operación al personal médico general.
2) Detección no destructiva de femtosegundos
La monitorización no destructiva es el método de monitorización más aceptable para los pacientes y es un problema práctico común en la tecnología de detección biomédica actual. El uso de sensores transcutáneos de gases en sangre para la monitorización no destructiva de los gases en sangre (Po2, Pco2) y el uso de métodos de medición sin muestreo (es decir, bombear presión negativa para provocar la fuga de moléculas bajas en la sangre) para detectar Se han logrado avances en el nivel de azúcar en sangre, urea, etc.
3) Monitorización in vivo
La monitorización in vivo puede observar los procesos fisiológicos y patológicos que ocurren durante el descanso en tiempo real, punto fijo, dinámico y a largo plazo. La información proporcionada por el monitoreo in vivo no tiene paralelo. Con el desarrollo de la tecnología de detección, han surgido varias tecnologías de monitoreo in vivo: sensores implantables que emiten o transmiten información desde el cuerpo al exterior, sensores basados en catéteres que detectan continuamente gases/iones sanguíneos en los vasos sanguíneos o el corazón. El principal problema en la monitorización in vivo actual es cómo mejorar la compatibilidad de los sensores con los tejidos.
4) Tecnología de biochips y microfluidos
Actualmente, varios analizadores bioquímicos equipados en los departamentos de laboratorio de los hospitales son voluminosos y costosos (la mayoría depende de las importaciones). De acuerdo con el concepto de desarrollo de ahorrar dinero en ingeniería biomédica, tanto los países nacionales como los extranjeros están otorgando gran importancia al desarrollo de equipos de inspección de bajo insumo y alto rendimiento, que tienen las ventajas de bajo precio, fácil operación y portabilidad. su rendimiento y precio son más altos que los de grandes instrumentos de precisión similares en un orden de magnitud. El diagnóstico temprano no puede depender demasiado de los equipos de imágenes. Los cambios bioquímicos ocurren antes de que los sensores biomédicos puedan detectar rápidamente enfermedades como los marcadores tumorales.
5) Monitorización intracelular
Las células son las unidades básicas del cuerpo humano. Los principales procesos fisiológicos y bioquímicos del cuerpo humano se llevan a cabo en las células. Las células se han convertido en un tema candente en las ciencias de la vida. La tecnología de microelectrodos selectivos de iones (Ca, K, Na, C1, Mg, Li, etc.) para monitorear eventos iónicos ha madurado, mientras que se están desarrollando microelectrodos selectivos de moléculas para monitorear eventos moleculares.
6) Sensores biónicos
El cuerpo humano es un lugar desordenado de varios sensores. Estos sensores del cuerpo humano tienen las características de alta sensibilidad, buena selectividad, alta integración y muchos puntos de espera. El desarrollo de sensores biónicos debería ser una dirección importante para el desarrollo de la tecnología de detección biomédica.
En la actualidad, se han desarrollado con éxito varios sensores receptores, sensores neuronales y sensores similares a neuronas. El principal problema del uso directo de materiales biológicos como biosensores es que si se separan del microambiente inherente, las sustancias activas se pierden fácilmente. La principal forma de resolver este problema es utilizar la química biomimética para modificar o sintetizar artificialmente materiales sensibles.
7) Órganos artificiales inteligentes
La llegada del páncreas artificial inteligente sienta un precedente para la inteligenteización de los órganos artificiales. Hay muchas conexiones entre un órgano y otros tejidos y órganos. Los órganos artificiales de hoy solo le dan al órgano una función única y cortan la conexión entre el órgano original y otros tejidos y órganos. Se espera que los órganos artificiales inteligentes equipados con sistemas de detección, microsistemas o sistemas moleculares mantengan la plena funcionalidad de los órganos normales. El alotrasplante de órganos se enfrenta al insuperable problema del rechazo. Equipar los órganos alogénicos implantados con un sistema molecular anti-rechazo es una forma eficaz de resolver este problema.
8) Detección de genes mediante femtosegundo
Los genes regulan las actividades celulares y la vida y la muerte humanas. La detección de genes se considera una de las tecnologías centrales de las ciencias de la vida contemporáneas. Actualmente, las pruebas genéticas utilizan métodos bioquímicos tradicionales y sondas genéticas. Las desventajas de estos métodos son las operaciones tediosas y la baja eficiencia. El desarrollo de sensores de ADN y ARN es una forma eficaz de resolver estos problemas y estos estudios se están realizando activamente.
9) Investigación molecular del cerebro
La base material de la actividad cerebral es una serie de eventos moleculares, principalmente neurotransmisores y neuromoduladores. El seguimiento de estos eventos moleculares tiene como objetivo profundizar en la comprensión de lo molecular. cerebro importante medio de investigación. Una de las características de los neurotransmisores y neuromoduladores es que son difíciles de detectar continuamente en el cuerpo debido a sus cantidades extremadamente pequeñas (niveles de picogramos). El estudio de "de los genes a las proteínas" es una de las cuestiones centrales de las ciencias de la vida. Además, los sensores en los sistemas moleculares pueden identificar proteínas, los procesadores pueden determinar la estructura de los genes (secuencias de ADN) y los actuadores pueden cortar y empalmar genes. es decir, sistemas moleculares. Puede regular genes, afectar procesos vitales e intervenir en el nacimiento, la vejez, la enfermedad y la muerte. 10) Red de sensores de monitoreo del cuerpo humano
El monitoreo in vivo puede observar lo fisiológico y fisiológico. Procesos que ocurren durante el reposo en tiempo real, en puntos fijos, dinámicamente y durante un largo período de tiempo. Los procesos patológicos proporcionan información incomparable. A medida que se desarrolla la tecnología de detección, han surgido una variedad de tecnologías de monitoreo in vivo: sensores implantables. que emiten o transmiten información desde el cuerpo al exterior; detección continua dentro de los vasos sanguíneos o dentro del corazón. El principal problema de los sensores basados en catéteres de iones/gases en sangre en la actualidad es cómo mejorar la compatibilidad del sensor con el tejido. p>