Table of Contents

מבוא ל- MEMS ב- Glucose Sensing

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS) מייצגות התכנסות של הנדסה מכנית ואלקטרוניקה בקנה מידה מיקרומטר. במהלך העשור האחרון, טכנולוגיית MEMS התפתחה כפלטפורמה טרנספורמטיבית עבור חישה ביו-רפואית, במיוחד בגילוי רמות גלוקוז.סוכרת, המשפיעות על יותר מ 530 מיליון מבוגרים ברחבי העולם, דרישות מדויקות, ניטור גלוקוז פולשני כדי למנוע סיבוכים מסורתיים לטווח ארוך, כי הם זקוקים להפחתה קלה של שיטות טיפול תרופתית על ידי חשיפה נמוכה מאוד.

מימון של טכנולוגיית MEMS

מרקם ומיניטוריזציה

מכשירים MEMS מיוצרים באמצעות תהליכים דמויי למחצה כגון photolithography, תחריטים תגובתיים עמוקים, ופענוח סרט דק.טכניקות אלה מאפשרות יצירת מבנים מכניים בקנה מידה זעיר - קנביחות, membranes, ערוצי מיקרו-השפעה, ולוחות קפיטליות - על סיליקון או מתפתל זכוכית.

« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « «

חיישני גלוקוז MEMS פועלים בדרך כלל באמצעות אחד מכמה מנגנונים טרנסדוקציה.חיישנים Capacitive לזהות שינויים בתכונות דיאלקטריות הנגרמות על ידי גלוקוז המחייב משטח פונקציונלי; השינוי וכתוצאה מכך ב capacitance הוא פרופורציה לריכוז גלוקוז. Piezoelectric MEMS להשתמש בתוכנות ספציפיות סחף עם רגישות מיקרואקטיבית של גלוקוז (GOx); חמצון יוצר מתח מכני שמשנה את התדירות המותקנת של המולקולות של התגובה האלקטרואקטיבית של ה-אופטימית של ה-אופטימית של ה-אופטימית של ה-אופטימית של ה-מחדשהידית של ה-מחדשהידית של ה-מחדשהההה-מחדשהמתיקים, כולל חיישנים החמצן הנוכחי.

(FLT:0Key Insightmia:FLT:1) השילוב של ייצור MEMS עם ננוחומרים חדשים דחף את טווח זיהוי של חיי גלוקוז לטווח nanomolar, המאפשר אבחון מוקדם של אירועים hypoglycemic.

עקבו אחרי MEMS Glucose Sensors

רגישות ננו-חומרית-Enhanced Sרגישות

התפתחויות האחרונות התמקדו שילוב nanomaterials כדי להגביר את האות מ-MeMS Transducers. Graphene ואת נגזרות שלה (כלי מטריה , oxide מופחת גרפן) מציעים מוליכות חשמלית יוצאת דופן יחס גבוה לנפח, מה שהופך אותם אידיאליים עבור שינוי אלקטרו-מימימי (למשל, חיישן חומצי מטבולי של mMS) עם ננוקרילציה סימולציה הראו הגבלת של 0.5 מיקרו-מיום (F) נמוך יותר מ-DVercrecrecre) פיזיולוגית סוכר (D) ⁇ ) ⁇ (D) ⁇ xics) ⁇ xicscrexiOprecrecrecrexate) באופן נרחב על ידי ⁇ mcrecrecrecrecrecrecrecrecrecrexi) עם ⁇ mcrexate זמן פיזיולוגית (לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, 000) עם ⁇

התאמה חיצונית ל- Selectivity

סלקטיביות נותרה אתגר כי נוזלים ביולוגיים מכילים להפריע כגון חומצה קובית, חומצת שתן, ו acetaminophen. mMS חיישנים לטפל זה באמצעות פונקציונליזציה סלקטיבית. גישה אחת היא לערעור אותות גלוקוז בתוך a permselective membrane (כלומר, Nfion או פוליאורטאן) אשר שוללים חומרים שליליים תוך כדי לאפשר גלוקוז להורדת תצורה של אתרי מגנזיום אחרים (MIPDicid) לשימושים אחר של , לאחר מכן.

מערכות אלחוטיות וסוללות ללא תשלום

חיבורים Wired מגבילים את הניידות החולה ולהגדיל את הסיכון לזיהומים. חיישנים גלוקוז מודרניים של MEMS לעתים קרובות לשלב ליד שדה תקשורת (NFC) או Bluetooth Low Energy (BLE) עבור שידור נתונים אלחוטיים.דוגמה בולטת היא חיישן גלוקוז תת-מילימטר MEMS המתקשר דרך NFC, המופעל על ידי חיישן הפיכה דק-ליכום-דמי או על ידי איסוף אנרגיה מסמארטפון זה מאפשר מעקב רציף עבור 2 שבועות של סוללות חלופיות, ללא חיישן חיצוני.

שילוב עם מכשירים לבישים ובלתי ניתנים להחלפה

עקבו אחרי Glucose Monitor

היישום המוצלח ביותר של MEMS ב גלוקוז הוא לפקח הגלוקוז רציף (CGM) מכשירים כגון Abbott FreeStyle Libre ו Dexcom G7 להשתמש במשחת גלוקוז רזה וגמישה מוכנסת לתוך נוזל בין-בסיסי. בתוך ה- CilaMS-, MEMS-based microelectrodes ו- microfluidic ערוצים מאפשרים מדידה בזמן אמתית לכל אחד ל- 5 דקות האחרונות של מעקב CilaMSD.

גישה פולשנית יחסית לא פולשנית

בעוד שרוב חיישני הגלוקוז של MEMS דורשים טיהור עור קטן עבור מיקום, טכנולוגיות לא פולשניות נמצאים תחת פיתוח פעיל. חיישנים MEMS אופטיים יכולים למדוד גלוקוז באמצעות העור באמצעות עור קצר- infrared (NIR) spectroscopy, Ramanפיזור, או אותות מיקרוסקופיים פולשניים מבוססי Cdeic.

השפעה על ניהול סוכרת

הזמינות של חיישני גלוקוז רגישים מאוד MMS הפכה את ניהול הסוכרת מתגובה לנטרול פעיל מגלה מגמות גלוקוז כי מדידות מקלות אצבע מפספס, כגון ספייקציות לאחריות ו hypoglycemia nocturnal בחולים יכולים להתאים אינסולין, אפשרויות תזונתיות ופעילות גופנית בזמן אמת, צמצום תדירות של בדיקות סוכרתיות מסוכנות.

אתגרים ומגבלות

יציבות ודפוסי

חיישנים של סוכר, במיוחד אלה המשתמשים באנזימים, סובלים מאובדן הדרגתי של פעילות לאורך זמן.גוקס משחות בטמפרטורת הגוף, עם מחצית חיים של כשבועיים עד ארבעה שבועות ב vivo. סחף זה דורש לעתים קרובות קלמנטציה תכופה עם מדידות מקלות אצבע, אשר מביס כמה היתרונות של נוחות, החוקרים בודקים טכניקות של חוסר יציבות כגון שימתיות עם אפילציה כימית או אפילפטית על ידי חשיפה לטווח הארוך יותר על ידי אנזימים של אנזימים (R) אנזימים (R) אנזימים (R) אנזימים (R) על בסיס זמן קצר יותר על בסיס אנזימים (Ricial) אנזימים (Ricial) על בסיס אנזימים) על בסיס אנזימים) של אנזימים (R) אנזימים) אנזימים (Ricial) אנזימים) של חיישנים לטווח הארוך יותר על בסיס זמן קצר יותר על בסיס זמן קצר יותר על בסיס אנזימים (R) של אנזימים מבוססי אנזימים (R) אנזימים של אנזימים (R) הם לעתים קרובות יותר על ידי אנזימים (R) אנזימים (R) אנזימים (R) אנזימים (

זמינות

מכשירים MEMS מושתלים מעוררים תגובה של גוף זר שעלולה לגרום fibrosis, דלקת וכישלון חיישן. התגובה הראשונית לעתים קרובות כוללת מודעות חלבונים, ואחריו הצטברות מקרופילאז' ו encapsulation הקולגן מבודד את החיישן מנוזלים בין-דתיים.

עלויות ו Scalability

למרות שמרקם MEMS הוא בעלות נמוכה מטבע ליחידה לאחר ייצור בנפח גבוה, השלבים הנוספים לתפקוד חיישן הגלוקוז - ציפוי zyme, ציפוי פולימרי, אריזה עם מחסומים סטריליים - תוך כדי הגבלת הוצאות הייצור הכוללות.CGMs קמעונאית עבור 300- $-900 $ עבור חיישן 10 ימים, ודורש מקלטים קנייניים או סמארטפונים. כדי להשיג נגישות גלובלית, במיוחד בהגדרות נמוכות של קוד נמוך, חייב להיות יותר על ידי ירידה של $ של מחזורי של $ של פונקציות סטנדרטיות של מחזורי של מחזורי של $ 10.

כיוונים עתידיים

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה של מכונות

חיישני הגלוקוז של MEMS מייצרים נתונים עצומים - כל דקה של כל יום במשך שנים.אלגוריתם למידת מכונות יכול לחלץ תבניות החיזוי רמות גלוקוז עתידיות 15-60 דקות קדימה, המאפשרות משלוח אינסולין לפני כמה דקות.כמה מערכות סגורות סגורות ( pancreas מלאכותי) כבר להשתמש תחזיות כאלה כדי להתאים את רמות האינסולין בוזאליות בהיתוך עתידי.

מספר הודעות

גלוקוז לבדו אינו מספק תמונה מלאה של בריאות מטבולית.פלטפורמות MEMS יכול להתרחב במקביל למדוד לקטטה, קטונים, וקורטיזול. חיישנים מרובים כאלה יאפשרו זיהוי מוקדם של קטוגוזיס סוכרת או היפרגליקמיה מושרה מתח נפשי. גישה חדשה meMS משלבת שלושה אלקטרודות עצמאיות - אחד עבור גלוקוז, אחד עבור לקטט, ואחד עבור beta-hydryoxy - עם אנזימים סטנדרטיים מתקדמים עם אנזימים עם אנזימים ספציפיים.

חיישנים חזקים

סוללות נשאר צוואר בקבוק לטווח ארוך, קטן-לשעבר התקנים MEMS. אנרגיה קצירת חום הגוף (אתרמואלקטרי), תנועה גוף (piezoelectric או triboelectric), או תאי דלק ביו-מנועי יכולים לחסל את הצורך מקורות כוח חיצוני.גלוקוזה עצמה יכולה לשמש כדלק: תאי דלק ביו-תזונה zy לייצר חשמל על ידי חמצון גלוקוז, ו חיישן גלוקוז המופעל על ידי אותו אפקט NMRI הוא עדיין מדד כוח-ידי חיישן כוח-ידי פחמן-תזונה אולטרה-ידי פחמן-תזונה גמישה.

מסקנה

טכנולוגיית MEMS פיתחה באופן אישי את תחום הגלוקוז, המאפשרת מאוד רגיש, מיניוורט ומכשירים אלחוטיים שמשפרים את ניהול הסוכרת.מעברים קפצואידים ומדפיים לממשקים ננו-חומריים-המוכרים, זרם מתמשך של חידושים הוביל גם לריכוז זיהוי חלקלק, אך ורק לסיבוכים משמעותיים יותר, אך לא ניתן לצפות לסיבוכים ביולוגיים ומשתנים.