MEMSセンサーとは?

マイクロ電光機械システム(MEMS)センサーは、機械的要素、アクチュエータ、センサー、電子機器を単一のシリコンチップに統合するミニチュアデバイスです。 それらの寸法は、数マイクロメートルから数ミリまでの範囲で、それらは最小限の混乱で人体の中に置くことを可能にします。 MEMSセンサーは、半導体製造技術を使用して製造され、高精度とスケーラビリティを可能にします。 主なコンポーネントには、物理的な力、マイクロ流体チャネルに反応して曲がるマイクロカチレバー、液体や電子機器の消費量が増加するなどの電子機器が、電子機器や電子機器の用途に使用されています。

医薬品の配信状況では、MEMSセンサーは、温度、pH、圧力、および特定のバイオマーカーの濃度などの生理学的パラメータを検出することができます。 マイクロコントローラと統合することにより、必要に応じて、薬のリリースを正確にトリガーすることができます。 感知と作動の間のループを閉じるこの機能は、MEMSを精密薬のための基礎技術にするものです。

精密医薬品のMEMSセンサーの役割

精密薬の配達は適切な線量、右の時間および適切な場所の薬物を、それによって副作用を最小にする間治療効果を最大限に活用することを目指します。MEMSセンサーは患者の内部状態の実時間データを提供し、それに応じて解放のメカニズムを制御することによってこれを可能にしました。

リアルタイム監視とフィードバックループ

最も臨床的に高度なアプリケーションの一つは、糖尿病管理です。 伝統的なインシュリン注射は定期的なフィンガースティック測定に依存していますが、MEMSベースのセンサーは、連続的に相互の流体のグルコースレベルを監視することができます。 マイクロネドルパッチまたはインプラント可能なポンプと組み合わせると、システムは、自動的に上昇するグルコースに応じてインシュリンを解放します。 このクローズドループアプローチ - 多くの場合、「関節パンクレア」と呼ばれ、すべてのリスクを低下させ、Gacectを低減します。 危険を低減するために、Gacregacreeは、Gacree®を低減します。

糖尿病を超えて、MEMSセンサーは化学療法のためにテストされています。腫瘍はしばしば、低pHと高圧によって特徴付けられる明確な微小環境を持っています。腫瘍サイトの近くにMEMS圧力とpHセンサーを配置することにより、医師は、薬がターゲットに到達し、リアルタイムで注入率を調整するかどうかを監視することができます。これにより、系統的な毒性を減らし、腫瘍の回帰率を改善することができます。

ターゲットリリース機構

MEMSアクチュエータ、電気化学的にエッチングされた膜または熱活性弁を備えたマイクロリザーブライザーなどのマイクロリザーブは、精密でメーターで計られた薬物放出を可能にします。 よく知られている例は、マイクロチップバイオテクノロジーによって開発されたインプラント可能なマイクロチップで、これは、薬物の複数の線量を保存し、ワイヤレス信号を使用して要求に応じてそれらを解放することができます。 この技術は、骨粗しょう症患者の副甲状腺ホルモンの制御放出に使用され、毎日の注射の必要性を排除しています。

もう一つのアプローチは、皮膚の最外側層だけを貫通するMEMSベースのマイクロニードルを使用しています。 これらの配列は、ワクチンや痛みの薬を痛みなく提供することができ、そして、彼らはしばしば適切なインサート深さを確認するためにセンサーを組み込むことができます。 単一のデバイスでセンシングと作動の組み合わせは、本当にパーソナライズされた治療にドアを開く。

MEMS-ベースの医薬品配信の背後にあるキーテクノロジー

現在、MEMS対応プラットフォームが開発中、または既に市場を上回っています。

移植可能なマイクロポンプ

植え替え可能な薬ポンプは10年間使用されてきましたが、MEMS技術はそれらをはるかに小さく、より信頼性をしました。 現代のMEMSマイクロポンプは、マイクロチャネルを介して流体を動かすために、圧電気または静電気作動を使用します。 これらのポンプは、ホルモンや麻酔薬などの強力な薬に不可欠であるナノリットルを1時間あたりの割合で薬を届けることができます。 Medtronic SynchroMed IIポンプは、MEMSベースの完全ではないが、新しいセンサーとミニセンサーに移行する傾向を示します。

スマートピルとカプセル

消化不能MEMSセンサーは診断と標的胃腸の配信を変換しています。例えば、PillCamコロンカプセルはMEMSカメラと圧力センサーを使用してコロンを移動します。このコンセプトを拡大すると、MITの研究者は、pHと温度変化を感覚して、腸の特定のセクションで薬を解放するスマートなカプセルを開発しました。これは、クローン病やコロン癌の治療を改善することができます。

マイクロニードルアレイ

シリコン、金属、または生体適合ポリマーから作られたマイクロニードルは、薬の処方でコーティングすることができます。皮膚に押されたとき、針は薬を溶かまたは放出します。MEMSの緊張ゲージまたは容量性センサーを統合すると、デバイスは皮膚の抵抗を測定し、一貫した浸透深さを確保することができます。センシングと薬物の配信のこの組み合わせは、正確な侵入管理を必要とするワクチンに最適です。

慣習的な方法上の利点

  • 高精度:]] MEMSセンサーは、経口錠剤や標準注射で不可能な調整を行う、バイオマーカーレベルの分岐を検出することができます。
  • 誘導副作用:[] 局部化薬のリリースは、健康な組織をスパリングしながら、ターゲットサイトで高濃度を維持し、全身毒性を低下させます。
  • 患者のコンプライアンスの改善:[ 自動化された長時間作用インプラントは、糖尿病や心臓の故障などの慢性的な条件に特に有益である頻繁な注射やピルのスケジュールの必要性を排除します。
  • []リアルタイムデータ:[]クリニックの人が患者の生理学と薬物反応を遠隔に監視でき、問題が発生した場合に早期の介入を可能にします。 [[]の[]]npjフレキシブルエレクトロニクス] は、MEMSベースのウェアラブルが継続的な健康監視に向けて前進しているかを強調します。
  • []ミニマル侵襲:[] 多くのMEMSデバイスは、主要な手術のリスクを回避、注射または嚥下されるのに十分な小さなものです。

課題と課題の解決

約束にもかかわらず、MEMS-ベースの医薬品の配送がルーチンになる前に、いくつかの障害が克服しなければなりません。

生体適合性および長期安定性

シリコンは、常に生物学的組織と互換性がありません。炎症や線維症を引き起こす可能性があります。研究者は、パーレン、ダイヤモンドのようなカーボン、または免疫反応を低下させるハイドロゲルなどのコーティングを探求しています。体内の移動部品の長期安定性も懸念です。機械的疲労と腐食は、デバイスの寿命を短くすることができます。形状記憶合金や生体適合ポリマーを含む新しい材料は、信頼性を向上させるためにテストされています。 Royal Chemistry]からの研究は、Modevaleedeの後に必要とされます[F]:[F]:[F]:[F]を溶解]:[F]]を抽出]:[F]

電源供給

植え付け可能なセンサーは、感知、計算、通信の力を必要とします。電池は多量で、時事の取り替えを要求します。ボディ熱、動き、またはブドウ糖の新陳代謝から収穫するエネルギーは調査の有効区域です。近接の誘導のカップリングはまた無線力を提供できますが、それは忍耐強い範囲を限度します。研究者はマイクロワットで作動できる超低電力回路で働きます、そして年のために持続する電池を可能にします。

殺菌および包装

医療機器は、繊細なMEMS成分を傷つけることなく滅菌しなければなりません。 慣習的なオートクレーブは、マイクロ構造を歪めることができます。エチレンオキシドは有毒残渣を残すことがあります。 低温度プラズマ滅菌やUV-ベースの方法などの新しい技術が評価されています。 センサーの感度を維持しながら、体液から電子機器を保護するヘルメティックパッケージは、別のエンジニアリング課題です。

規制のハルール

センサー、アクチュエータ、および薬物貯水池を単一の装置で結合することは複雑な規制経路を作成します。米国食品医薬品局(FDA)は、デバイスと医薬品の承認を必要とする組み合わせ製品などのデバイスを扱います。製造業者は、長期にわたって安全、効力、および信頼性を実証しなければなりません。これらの課題にもかかわらず、FDAは、革新的な薬物の適応のための承認プロセスを合理化するためにガイダンスを発足しました。この分野へのコミットメントは、フィールドに反する。

未来展望

MEMS-ベースの医薬品配送システムでは、完全に自律的かつワイヤレスに接続されます。インプラントは、薬を解放するだけでなく、スマートフォンやクラウドベースのAIプラットフォームと通信します。機械学習アルゴリズムは、病気の欠陥を予測し、投与量を前回帰的に調整するためにセンサーデータを分析することができます。例えば、関節リウマチのためのMEMS-enabledインプラントは、早期に生化学的マーカーを検出し、患者が痛みを感じる前に抗炎症薬を解放することができます。

医学のモノ(IoMT)のインターネットとの統合は医者が遠隔で数十人の患者を監視し、病院の訪問およびヘルスケアの費用を減らすことを可能にします。一方、3Dの印刷の技術は個々の解剖学に合わせられるカスタマイズされたMEMS装置の製作を可能にしま、適合および機能を改善します。ある研究者は診断および療法を結合する「theranostic」マイクロシステムを同時に薬物のペイロードを解放する間高めます。

多血圧、精神的、慢性的な痛みなどの慢性疾患では、MEMSセンサーは、体の変化のニーズに適応するオンデマンド医薬品リリースで継続的なモニタリングを実現することができます。材料科学、マイクロエレクトロニクス、データ分析の両立は、科学のフィクションを日常医学に変えることを約束します。

コンテンツ

マイクロ電化システムセンサーは、“1-size-fits-all”モデルから、正確で応答性、パーソナライズされた治療に医薬品の配信を変革するために表彰されます。 制御された作動とリアルタイムのセンシングを融合することにより、これらのミニチュアデバイスは、治療結果を改善し、副作用を減らし、患者の寿命の質を向上させることができます。 課題は、生体適合性、電力、規制、継続的な研究開発および成長産業投資で残っているが、急速にギャップを閉じています。 MEMSテクノロジーは、成長を続けるにつれて、それは、その正確な薬の寿命を延ばすことになります。