生物MEMS技術(shù)，是典型的交叉學(xué)科產(chǎn)物和匯聚技術(shù)。生物MEMS是利用某些生物活性物質(zhì)所具有的高度選擇性來識別待測生物化學(xué)物質(zhì)，并將其濃度轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行檢測的裝置。

生物MEMS技術(shù)是用MEMS技術(shù)制造的化學(xué)/生物微型分析和檢測芯片或儀器，有一種在襯底上制造出的微型驅(qū)動泵、微控制閥、通道網(wǎng)絡(luò)、樣品處理器、混合池、計(jì)量、增擴(kuò)器、反應(yīng)器、分離器以及檢測器等元器件并集成為多功能芯片。可以實(shí)現(xiàn)樣品的進(jìn)樣、稀釋、加試劑、混合、增擴(kuò)、反應(yīng)、分離、檢測和后處理等分析全過程。它把傳統(tǒng)的分析實(shí)驗(yàn)室功能微縮在一個芯片上。

生物MEMS系統(tǒng)具有微型化、集成化、智能化、成本低的特點(diǎn)。功能上有獲取信息量大、分析效率高、系統(tǒng)與外部連接少、實(shí)時通信、連續(xù)檢測的特點(diǎn)。國際上生物MEMS的研究已成為熱點(diǎn)，不久將為生物、化學(xué)分析系統(tǒng)帶來一場重大的革新。生物MEMS主要應(yīng)用領(lǐng)域和特點(diǎn)如表1所示。

表1-生物MEMS的主要應(yīng)用領(lǐng)域

由于醫(yī)療設(shè)備的技術(shù)水平不斷提升，應(yīng)用越來越廣泛，對MEMS器件的需求呈指數(shù)增長。同時，醫(yī)療市場也產(chǎn)生了對便攜式和可穿戴設(shè)備的高要求——準(zhǔn)確、及時且按需實(shí)現(xiàn)患者監(jiān)測。為了滿足市場需求，很多MEMS代工廠都提供專用于醫(yī)療保健應(yīng)用的制造服務(wù)。包括微流控芯片（硅基、聚合物基、玻璃基），應(yīng)用于生命科學(xué)和醫(yī)療保健領(lǐng)域的生物MEMS市場預(yù)計(jì)將增長一倍以上：從2017年的30億美元增長到2023年的69億美元，復(fù)合年增長率高達(dá)14.9%。這使得生物MEMS成為當(dāng)今傳感器廠商的“垂涎之物”！

圖1-2017~2023年生物MEMS市場發(fā)展情況

相關(guān)分類

生物MEMS將微小芯片用于生物和醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面。因其形狀簡單，在先進(jìn)的生物技術(shù)領(lǐng)域中，利用微細(xì)加工和微加工等技術(shù)來快速的、經(jīng)濟(jì)的建成可進(jìn)行自動化測量的納米級實(shí)驗(yàn)室。在更復(fù)雜的情形下，生物MEMS設(shè)備為人造器官、獨(dú)特的藥物療法及觀察細(xì)胞交流的新途徑提供了一個寬廣的渠道。

生物MEMS分成兩大類，即為生物醫(yī)學(xué)MEMS和生物技術(shù)MEMS。生物醫(yī)學(xué)MEMS主要應(yīng)用在體內(nèi)及人體解剖學(xué)，其中包括，生物遙測、藥物輸送、生物傳感器和其他人體傳感器等。生物技術(shù)MEMS用于來自人體的體外培養(yǎng)的生物樣品，其中包括，基因測序、功能基因組學(xué)、開發(fā)藥物、藥物基因組學(xué)、診斷和病原體檢測/編號等。按照工作原理生物MEMS可以劃分為（如表2所示）：電化學(xué)生物MEMS、磁生物MEMS、微電極陣列生物MEMS、壓電傳感器生物MEMS和光學(xué)生物MEMS。

表2-生物MEMS類型、原理及應(yīng)用

發(fā)展及現(xiàn)狀

生物MEMS已經(jīng)發(fā)展了50年，在生命科學(xué)研究、疾病診斷與護(hù)理、環(huán)境監(jiān)測、生物過程控制中發(fā)揮了重要作用。生物MEMS發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：

第一次發(fā)展高潮：各種物理和化學(xué)換能原理被采用，推動領(lǐng)域形成

20世紀(jì)70~80年代，一方面，各類生物大分子和生物材料被選作用于生物MEMS的分子識別元件，包括酶、抗體、核酸、細(xì)胞、組織片、微生物、完好（intact）生物器官（如動物神經(jīng)觸角）等，多種生化和免疫物質(zhì)（即環(huán)境化學(xué)物質(zhì)）得以被快速檢測。

另一方面，眾多物理和化學(xué)換能器（Transducer）原理被紛紛采用，形成生物傳感大家族。其中涵蓋了從生物量到各種物理量和化學(xué)量的轉(zhuǎn)換，包括電化學(xué)生物傳感、熱學(xué)生物傳感、半導(dǎo)體生物傳感（生物場效應(yīng)晶體管）、光纖生物傳感、壓電、質(zhì)量及聲波生物傳感等。這些新原理生物傳感模式各具特色，適合于不同的應(yīng)用場景，奠定了生物傳感領(lǐng)域發(fā)展框架。

第二次發(fā)展高潮：新原理生物傳感和DNA芯片促進(jìn)大規(guī)模商業(yè)化

（1）第二代酶電極獲得商業(yè)化成功。

20世紀(jì)80年代，美國YSI公司（Yellow Spring Instruments Inc.）實(shí)現(xiàn)了酶電極在食品發(fā)酵行業(yè)的商業(yè)化應(yīng)用。

然而，早期的酶電極在進(jìn)一步普及應(yīng)用的過程中存在兩個主要難題：

①所采用的酶多為氧化還原酶，尤其是氧依賴型酶，以氧分子作為電子受體，需要較高的工作電位（0.7V），容易受其他電極活性物質(zhì)干擾，而且，樣品中本底氧濃度變化也會產(chǎn)生背景噪聲。由此，英國學(xué)者Cass等用合成化學(xué)介體二茂鐵取代氧分子作為酶催化的電子受體，在較低的工作電位下實(shí)現(xiàn)酶與電極之間的電子傳遞，解決了電極活性物質(zhì)干擾和氧背景干擾的問題，被稱為第二代酶電極。

②酶電極采用手工制作，成本高、互換性較差，推廣受限。受到電子行業(yè)印刷電路工藝的啟發(fā)，英國克蘭菲爾德大學(xué)（Cranfield University）的專家們引入了絲網(wǎng)印刷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了酶電極的規(guī)?；苽?。新原理與新技術(shù)的結(jié)合，成功地解決了上述難題，使生物MEMS成為“用過即扔”的一次性使用商品。該技術(shù)首先用于血糖測定，迅速在醫(yī)院普及，并廣泛用于高血糖患者居家監(jiān)護(hù)。

（2）表面等離子體共振生物MEMS廣泛用于生物分子相互作用研究。

在生命科學(xué)研究和藥物開發(fā)中，廣泛需要測定（生物）分子相互作用。在SPR傳感器界面上，當(dāng)入射光發(fā)生全內(nèi)反射時，其光能與器件表面電子云發(fā)生共振，共振角度隨著器件表面的生物分子與待測分子的相互作用而發(fā)生漂移，并呈相關(guān)性。測定過程能夠動態(tài)監(jiān)測，無須標(biāo)記樣品、監(jiān)測靈敏度與放射性免疫相當(dāng)?；谠撛淼娜鸬銪iacore生物傳感儀（現(xiàn)屬GE公司）已經(jīng)成為研究生物分子相互作用的有效工具和主導(dǎo)技術(shù)。然而，任何技術(shù)都有其生命周期。

近10年來，F(xiàn)orteBio公司推出另一種非標(biāo)記技術(shù)——生物膜光相干生物MEMS（Bio-Layer Interferometry，BLI）。該方法具有低成本和較高通量的特點(diǎn)，迅速獲得普及應(yīng)用，并與SPR生物傳感形成競爭態(tài)勢。

（3）DNA芯片實(shí)現(xiàn)基因表達(dá)高通量分析。

生物芯片（Biochips）包括計(jì)算機(jī)生物芯片、芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-on-a-Chip）和檢測芯片。其中檢測芯片可以被認(rèn)為是生物傳感的高通量形式。

20世紀(jì)90年代中期出現(xiàn)的DNA芯片，其微陣列密度高達(dá)每平方厘米數(shù)萬DNA探針，可一次性地獲得全基因組的表達(dá)譜圖，從而成為生命科學(xué)研究的重要工具。美國Affymetrix公司是該領(lǐng)域的旗艦企業(yè)。在DNA微陣列芯片的基礎(chǔ)上，發(fā)展出了一系列生物芯片，如蛋白芯片、多肽芯片、寡糖芯片、免疫芯片等，廣泛應(yīng)用于科研和臨床。源于清華大學(xué)的博奧生物等國內(nèi)研究中心和企業(yè)也做出了系列的創(chuàng)新并成功開拓市場。

第三次發(fā)展高潮：納米技術(shù)被普遍用于提升生物傳感性能

21世紀(jì)以來，納米技術(shù)的引入賦予了生物傳感許多新的特性，如高靈敏、多參數(shù)、微環(huán)境應(yīng)用等。納米效應(yīng)包括表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。當(dāng)傳感器或傳感器組件達(dá)到納米尺度時，這些效應(yīng)便不同程度顯現(xiàn)：在納米尺寸，傳感界面表面原子所占的百分?jǐn)?shù)顯著增加，傳感器的靈敏度也獲得提高。

小尺寸效應(yīng)會導(dǎo)致光學(xué)性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、磁學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)等發(fā)生變化。例如，半導(dǎo)體納米懸臂梁，能夠稱量一個病毒的重量（9.5×10?1?g）。又如，半導(dǎo)體量子點(diǎn)，在同一個激發(fā)波長條件下，發(fā)射光頻率會隨量子點(diǎn)尺寸的改變而變化，通過調(diào)節(jié)量子點(diǎn)尺寸可以獲得不同的發(fā)射顏色，這使得多靶標(biāo)光學(xué)測定變得簡單。由于量子點(diǎn)比熒光染料和熒光蛋白的抗光漂白的能力要強(qiáng)得多，適合于長時程觀察，目前已在生命科學(xué)研究和疾病檢驗(yàn)方面獲得廣泛應(yīng)用。

蛋白質(zhì)和DNA等生物大分子是天然的納米材料。它們通過自組裝，在細(xì)胞內(nèi)形成結(jié)構(gòu)精巧、功能獨(dú)特的生物傳感網(wǎng)絡(luò)和分子機(jī)器系統(tǒng)，保證新陳代謝的有序進(jìn)行。

認(rèn)識它們的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和運(yùn)作機(jī)理，對于深入理解生命現(xiàn)象有重要幫助。不僅如此，基于獲得的知識，構(gòu)建納米生物MEMS，或與納米材料相結(jié)合構(gòu)建雜合納米生物MEMS，特別適合于活細(xì)胞中生物學(xué)過程和重大疾病發(fā)生發(fā)展過程的研究。納米生物傳感目前已經(jīng)有大量研究報(bào)道，也成為納米生物學(xué)和納米生物技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。

機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1.穿戴式生物MEMS及無創(chuàng)測定

穿戴式傳感器系統(tǒng)能夠?qū)崟r地產(chǎn)生個體生命參數(shù)，這有兩個方面的意義。

（1）微觀方面。實(shí)時測定疾病標(biāo)志參數(shù)，并通過手機(jī)等發(fā)射裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送到醫(yī)療數(shù)據(jù)中心，有利于患者居家監(jiān)護(hù)、個體化醫(yī)療和遠(yuǎn)程醫(yī)療。

（2）宏觀方面。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)的跨界融合，新技術(shù)與新商業(yè)模式使疾病的預(yù)防、診斷、治療與控制進(jìn)入智能化時代。生物傳感及生理傳感系統(tǒng)與手機(jī)聯(lián)通作為智能終端，將成為健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)不可取代的數(shù)據(jù)源。通過接受、存儲、管理和處理分析這些數(shù)據(jù)，可以對公眾健康狀況、疾病發(fā)生規(guī)律進(jìn)行歸納分析，從而提供更好的疾病防控策略。

目前，體溫、脈搏、血壓、呼吸頻率等生理指標(biāo)的穿戴式傳感器系統(tǒng)已經(jīng)開始普及。這些指標(biāo)均可通過物理傳感器進(jìn)行直接測定。而生物MEMS的測定對象都在體內(nèi)，如何實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)測定成為主要挑戰(zhàn)。

CardioMEMS 公司采用MEMS技術(shù)制成心血管微傳感器可測量動脈的壓力，該傳感器就像汽車里的 EZPass 設(shè)備(高速公路入口無須停車即可完成付費(fèi)的自動感應(yīng)裝置)一樣工作，本身不帶電源，讀取信息時在外面用一個感應(yīng)棒啟動傳感器即可得到此人動脈的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。

人體生化、免疫等參數(shù)和疾病標(biāo)志物的測定一般要采集血液。對于一些需要日常監(jiān)控的代謝指標(biāo)如血糖等，每日采血是一個不小的心理負(fù)擔(dān)和生理負(fù)擔(dān)，大多數(shù)患者因?qū)Σ裳目謶侄艞壢粘１O(jiān)控。極微量采血器和高靈敏生物MEMS組成的微創(chuàng)檢測技術(shù)能夠有效地減少患者的痛苦，但無創(chuàng)測定技術(shù)仍然在探索中。主要有兩個技術(shù)路徑：電化學(xué)酶電極方法和光學(xué)方法。

· 電化學(xué)酶電極方法

由于酶電極法難以經(jīng)皮測定，研究者們試圖通過測定其他體液樣品來間接反映血液成分。例如，采用電流法或負(fù)壓法使皮下組織葡萄糖滲出，再用酶電極測定；谷歌（Google）與諾華（Novartis）合作嘗試將微型酶電極印制在隱形眼鏡片上測定淚液葡萄糖；美國加州大學(xué)正在發(fā)展能測定汗液生化成分的佩戴式酶電極。

間接法除了需要克服各自的技術(shù)難題以外，測定結(jié)果與血液中相應(yīng)的物質(zhì)濃度之間的相關(guān)性以及生理意義是主要的科學(xué)問題，需要開展大量的基礎(chǔ)與臨床研究。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)者最近利用質(zhì)譜法分析了汗液外泌體中生化物質(zhì)的組分，有利于找到汗液中合適的健康或疾病檢測指標(biāo)。

· 光學(xué)法

利用被檢測對象的光譜學(xué)特征進(jìn)行測定，包括彈性光散射法、拉曼光譜方法、原位SPR法等。近紅外光譜測定血糖已經(jīng)進(jìn)行了大量研究。葡萄糖分子在近紅外區(qū)間有吸收峰，但與水分子、脂肪和血紅蛋白等吸收相互重疊，干擾嚴(yán)重，加上皮膚組織的光吸收和光散射大大減弱了本來就比較弱的葡萄糖光吸收信號。此外，皮膚和組織的厚度及結(jié)構(gòu)也因人而異，為獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，還需要考慮個體建模。

以色列兩家公司分別通過大數(shù)據(jù)建模和機(jī)器學(xué)習(xí)，創(chuàng)建了兩種“學(xué)習(xí)法”測定血糖技術(shù)。CNOGA 公司產(chǎn)品 TensorTipCoG 設(shè)備具有4個發(fā)光二極管光源，可發(fā)送波長600—1150nm的光。當(dāng)光通過手指，人體組織對光的吸收會使透過光改變顏色，用攝像傳感器檢測光譜的變化，同時采血測定血糖濃度，以建立血糖與光譜變化的相關(guān)性。通過反復(fù)學(xué)習(xí)和處理器的算法，對多達(dá)上億個色彩組合進(jìn)行分析建模，最終能無創(chuàng)地計(jì)算出血糖濃度。另一款產(chǎn)品 GlucoTrack 采用多模量方法，在耳垂部位測量超聲波、電磁和熱量的變化，來計(jì)算血糖濃度。

拉曼光譜是一種非彈性散射模量，它的散射光波長不同于照射光波長，其效應(yīng)源于分子振動與轉(zhuǎn)動?？茖W(xué)家已經(jīng)獲得多種化合物分子的拉曼光譜表征數(shù)據(jù)和指紋圖譜。由于水分子的拉曼散射極弱，拉曼光譜適合于水溶液中有機(jī)分子的無標(biāo)記測定。

用拉曼光譜技術(shù)在體外測定血糖、尿糖、白蛋白等的含量已有不少報(bào)道，測定體內(nèi)血液組分成為目前的研究熱點(diǎn)。但如同中紅外和近紅外光譜法，拉曼光譜特征信號弱、經(jīng)皮測定信噪比高，準(zhǔn)確度和敏感度受到影響，而且儀器昂貴，暫時難以實(shí)際應(yīng)用。采用表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）方法可以有選擇性地放大靶標(biāo)生物分子特定發(fā)色基團(tuán)的振動，從而大大提高檢測靈敏度。但該方法應(yīng)如何在體內(nèi)使用，仍在探索中。

綜上所述，盡管還存在種種難題，智能可穿戴生物傳感設(shè)備無疑具有重要的價(jià)值和發(fā)展?jié)摿ΑＯ嚓P(guān)技術(shù)上的突破，將帶來醫(yī)療模式的深刻變化。

2.生物MEMS與活體測定

生物MEMS在活體測定方面具有重要意義。如神經(jīng)活動示蹤、腫瘤靶標(biāo)的體內(nèi)識別、疾病或健康標(biāo)志物的體內(nèi)濃度測定等。由于體內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜性，對生物MEMS有特殊的要求，主要難題包括：體內(nèi)環(huán)境和非特異性成分的干擾，測定裝置的微型化，無創(chuàng)測定等。

神經(jīng)遞質(zhì)（如多巴胺）是神經(jīng)細(xì)胞分泌和傳遞給靶細(xì)胞的信息，它們調(diào)節(jié)人類行為和大腦功能。神經(jīng)遞質(zhì)的生物合成和代謝轉(zhuǎn)化異常，將導(dǎo)致嚴(yán)重疾病。多巴胺神經(jīng)傳遞在動機(jī)、學(xué)習(xí)、認(rèn)知和運(yùn)動調(diào)節(jié)中起主要作用，其水平異常被認(rèn)為與成癮行為、神經(jīng)系統(tǒng)疾病（如帕金森病、阿爾茨海默病和亨廷頓氏?。⒕穹至寻Y和精神病關(guān)聯(lián)。

體內(nèi)測定多巴胺有3種方法：

• 微透析采樣+電化學(xué)法分析，屬于微創(chuàng)法，有約20分鐘的時間滯后；
• 正電子發(fā)射斷層掃描法（PET），屬于無創(chuàng)法，但設(shè)備昂貴，耗時長（40多分鐘）；
• 熒光光纖光度法，需要植入，屬于微創(chuàng)法，測定適時。

由于多巴胺本身是電極活性物質(zhì)，電化學(xué)分析法是目前的主流技術(shù)，相關(guān)的生物MEMS已有酶電極、DNA修飾電極、適配子（Aptamers）修飾電極、分子印跡物（MIPs）修飾電極等。采用納米材料可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微創(chuàng)分析,高時空分辨和抗電極活性物質(zhì)干擾是主要研究方向。已經(jīng)報(bào)道的其他體內(nèi)測定和示蹤的對象還有NO（自由基信使分子）、乙醇與乙醛（神經(jīng)活性劑）等。

光遺傳學(xué)（Optogenetic）技術(shù)也有可能用于發(fā)展活體測定的生物傳感。在神經(jīng)調(diào)制的G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）信號過程中，有多種類型的分子光感受器可參與作用，如視蛋白（Opsins）、光活性蛋白、光開關(guān)分子和熒光蛋白等。它們或是天然的，或是基因重組的。分子光感受器受外部激發(fā)后產(chǎn)生構(gòu)象變化，觸發(fā)GPCR信號通路。通過光激發(fā)和去光激發(fā)，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞信號的調(diào)制，從而監(jiān)視體內(nèi)神經(jīng)活動。這類光感受器可以歸為分子生物MEMS類。

3.分子生物傳感與細(xì)胞分子影像

分子生物MEMS是由DNA或蛋白質(zhì)等生物大分子通過基因重組或DNA合成技術(shù)構(gòu)成的傳感器，尤其適合細(xì)胞內(nèi)分子事件的探測。目前廣泛應(yīng)用的分子傳感器主要有4類：分子信標(biāo)（MB）、熒光能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)（FRET）、生物發(fā)光能量轉(zhuǎn)移系統(tǒng)（BRET）和雙分子熒光互補(bǔ)系統(tǒng)（BiFC）。它們通過自身的構(gòu)象變化、光反應(yīng)及光學(xué)活性變化來指示靶標(biāo)生物分子在活細(xì)胞中的定位、運(yùn)動和分布、分子之間相互作用、分子構(gòu)象變化、酶活性檢測、細(xì)胞及亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)對環(huán)境變化和外生化合物作用的響應(yīng)等。

分子生物MEMS與超分辨顯微系統(tǒng)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)單分子事件的成像檢測，這是傳統(tǒng)的生物MEMS難以企及的，對生命科學(xué)研究意義重大。目前，超分辨成像是在固定細(xì)胞上完成的，活細(xì)胞條件下的分子事件探測分辨率剛剛突破顯微鏡衍射極限（200nm），如何在活細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)超高時空分辨的分子事件探測，仍然是挑戰(zhàn)。

4.生物反應(yīng)工程過程的在線監(jiān)控

生物反應(yīng)工程指通過規(guī)?；囵B(yǎng)微生物、植物或動物細(xì)胞來生產(chǎn)工業(yè)品、藥品或食品等的工藝過程。過程自動控制對提高生產(chǎn)率和節(jié)能環(huán)保有重要意義。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了物理和化學(xué)參數(shù)的檢測與控制，但生物參數(shù)如生物量、代謝物、底物和產(chǎn)物的在線監(jiān)測仍然是難題，主要障礙是生物元件不耐受生物反應(yīng)器內(nèi)部的高溫高壓滅菌環(huán)境。

目前的監(jiān)控方式是在生產(chǎn)過程中從生物反應(yīng)器中采樣分析（又稱“離線分析”），或經(jīng)過濾器做引流分析。此外，由于缺乏合適的酶電極，對微生物中間代謝物的檢測也比較困難。

借鑒合成生物學(xué)手段構(gòu)建級聯(lián)（cascade）酶傳感器或全細(xì)胞代謝生物傳感系統(tǒng)，或許能夠解決這個問題。生物參數(shù)的在線監(jiān)控是生物反應(yīng)工程過程實(shí)現(xiàn)全流程自動化的最后堡壘，亟待攻克。

5.生物MEMS與現(xiàn)場監(jiān)測

生物傳感設(shè)備因其便攜性和測定快速而十分適合現(xiàn)場應(yīng)用。應(yīng)用場景如：水體、土壤和大氣環(huán)境指標(biāo)（有機(jī)物、重金屬等）的測定，污水處理工藝過程控制指標(biāo)監(jiān)測，農(nóng)田肥力檢測，食品成分、添加劑及污染物的現(xiàn)場檢測，生物反恐現(xiàn)場偵檢，口岸檢疫及違禁化合物檢測，特殊環(huán)境（如航空、深海、極地等）的生物和環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測，重癥患者的床邊即時檢測（Point-of-Care Testing，POCT）監(jiān)護(hù)等。隨著人們生活質(zhì)量的提升，相關(guān)需求越來越旺盛。

6.生物傳感元件的穩(wěn)定性研究

生物傳感元件的穩(wěn)定性差仍然是其廣泛應(yīng)用的最主要限制因素。目前有多種解決辦法：通過分子進(jìn)化或蛋白質(zhì)工程方法提升生物元件的穩(wěn)定性；嗜極端環(huán)境生物的細(xì)胞元件通常穩(wěn)定性較好，可選作生物傳感敏感元件；在生物敏感元件的貯存期添加穩(wěn)定劑和保護(hù)劑，以延長貨架壽命；利用模擬酶或分子印跡技術(shù)取代天然酶，它們的穩(wěn)定性很好，但需要提升催化活性；核酸適配子（aptamer）的穩(wěn)定性優(yōu)于蛋白質(zhì)分子，已在一些場合取代抗體用作分子識別元件；利用無機(jī)納米材料的類酶效應(yīng)來取代天然酶（主要是過氧化物酶），這是中國學(xué)者的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。

此外，利用MEMS還能制作出智能型外科器械，減少手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和時間，縮短病人康復(fù)時間，降低治療的費(fèi)用。如 Verimetra 公司正在利用MEMS把現(xiàn)有手術(shù)器械轉(zhuǎn)變成智能型手術(shù)器械，可用于多種場合，包括小手術(shù)、腫瘤、神經(jīng)、牙科和胎兒心臟手術(shù)等。藥物注入也是生物醫(yī)學(xué) MEMS 另一個可能有巨幅增長潛力的領(lǐng)域， MicroChipd 公司正在開發(fā)的一種藥物注入系統(tǒng)利用了硅片或聚合物微芯片，其上帶有成千上萬個微型貯液囊，里面充滿藥物、試劑及其他藥品。這些微芯片能夠向人體注入藥物，使止痛劑、荷爾蒙以及類固醇之類的注入方式發(fā)生革命性的變化。類似這樣的生物醫(yī)學(xué)新進(jìn)展還將催生出新型器械，如便攜式掌上型透析機(jī)等。