面向醫(yī)療應用的微機電系統(tǒng)設計
神經領域的熱門技術
大腦是如何工作的?這是一個持續(xù)推動研究人員尋找答案的問題。研究人員正基于一些最新的研發(fā)成果,進一步深入地為大量復雜問題尋找解決方案。
去年,NeuroPace公司向FDA申請批準采用大腦植入來治療癲癇病。該公司有望很快就能獲準使用其RNS系統(tǒng)。RNS是一種利用反應性大腦的神經刺激的新興研究器件,可以顯著降低有普通癲癇病(這種病很難通過藥物治療)的人群的發(fā)作頻率。
“我認為,在接下來的十年里,各種閉環(huán)和開環(huán)大腦刺激器件會替代有創(chuàng)性外科手術,”NeuroPace公司首席醫(yī)務官Martha Morrell表示。
這種器件是眾多仍在研究階段的神經外科植入體中的其中一種,它的作用是減輕和治療從疼痛處理、抑郁癥到帕金森癥和阿爾茨海默氏病等各種疾病。NeoStim和Trifectas Medical公司只是眾多從事此領域研究的公司中的其中兩家。
去年發(fā)起的CSI(中樞神經系統(tǒng)成像)歐洲項目致力于提高腦部疾病的診療水平,同時降低相關的診療費用。該項目有望在用于傳感、計算和設備平臺的最新3D醫(yī)療成像平臺領域取得長足的進步。該項目的會員包括領先的歐洲電子公司、大學和科研中心。
南佛羅里達大學的研究人員正在用腦部深度刺激術來治療原發(fā)性震顫。原發(fā)性震顫會影響手、頭部和聲音,比帕金森癥普遍三倍。這種主要是遺傳引起的神經系統(tǒng)疾病可能會導致無法控制的搖動,進而影響正常的日常活動。
根據這些研究人員的報告,這種技術可以使77%做過此刺激術的病人在治療后的一年后就不再需要使用后續(xù)的藥物治療了。這種治療采用一種類似于起搏器的植入式裝置,通過電脈沖刺激大腦的目標部位,從而阻止或者修正引起震顫的不正常神經信號。FDA于1997年批準進行此類治療。
微流體
微流體技術在植入式裝置和芯片實驗室技術領域正在獲得穩(wěn)步提升。許多芯片實驗室開發(fā)都在專注于提供低成本、高精度和快速的血液診斷方法來檢測癌癥。事實上,這也是旨在通過血液檢測癌癥的Miracle(單一循環(huán)和擴散的腫瘤細胞的磁性隔離和分子生物學分析)項目的目標,該項目是去年由比利時的IMEC及其合作伙伴發(fā)起的。
在另一個開發(fā)領域中,東京大學研發(fā)出的新興裝置就是基于這種微流體技術,該裝置可以模擬食物和口服藥物流經人體時經歷的過程。其開發(fā)人員認為,這種裝置對藥物篩選和化學藥品風險評估等應用非常有用。
這些開發(fā)人員設計了一個三站式器官旅程,在這段旅程中,微型腸道和微型肝臟吸收化學藥品,并產生代謝,然后將其傳送到乳腺癌細胞——目標組織。它們將這三個器官的細胞收集到一個尺寸為7.5×2.5cm2的玻璃和塑料的微流體芯片上。樣本通過一個入口進入細胞中,從而按順序進入這三個器官腔內。結果在輸出端測得。
其中一個比較有名的微流體給藥裝置是Debiotech與意法半導體采用Debiotech的微流體MEMS技術聯合開發(fā)的Jewel胰島素泵。(該裝置正在等待FDA的批準。)這種胰島素泵可以安裝在一次性皮膚貼布上,從而連續(xù)輸注胰島素。這種裝置的出現,預示著糖尿病患者的治療效率和生活質量將得到顯著提高。
智能輸液泵是一種非常復雜的裝置,它需要非常細心地考慮到設計的各個方面。最近FDA經過對這類輸液泵進行分析后發(fā)現,在其收到的56,000份與使用輸液泵相關的醫(yī)療器材報告中(五年時間內),一半以上的問題是由于用戶錯誤引起的,其中軟件錯誤比較普遍。
FDA揭露了病人在正確設置和其它事項方面的教育有所欠缺的問題。不過,FDA也高度評價了這種輸液泵所采用的技術,并聲稱,出現問題的原因更有可能是用戶錯誤,而不是設備存在缺陷。
倫敦帝國學院生物技術中心的研究人員決定采用仿生技術,通過仿生胰腺簡化胰島素注射。仿生技術就像自然的胰腺器官一樣,依靠兩種激素的細胞群體工作:β細胞在血糖高時隱藏胰島素,而α細胞在血糖低時釋放一種名為胰高血糖素的激素。這兩種細胞都進行了芯片形式的仿真。
研究人員設計的元件由一個刺入皮膚的電化學葡萄糖傳感器、一個微芯片和兩個戴在身上的小泵(每種激素一個)組成。傳感器每五分鐘檢測血糖水平,并根據血糖水平通過信號驅動馬達,從而激活各個相應的泵。馬達會在需要時推配藥注射器。
聞、呼吸、觸摸、聽和看都可以采用電子裝置技術作為基本的診療構建平臺進行詳細的監(jiān)測。這些研發(fā)成果已觸手可及,因此對提高人類醫(yī)療水平的影響也必然會具有歷史性的意義。