一、課程簡介
生物傳感器(Biosensor)是一種用于檢測生物分子并將其濃度轉(zhuǎn)換為可用信號的分析裝置,其通常有兩個主要組成部分:(1)生物分子識別元件/感受器(例如酶、抗體、抗原、微生物、細胞、組織、核酸等生物活性物質(zhì));(2)信號轉(zhuǎn)換器/換能器(例如電化學(xué)電極、光學(xué)檢測元件、熱敏電阻、場效應(yīng)晶體管、壓電晶體、表面等離子體共振器件等)。此外,信號放大器和處理器也會根據(jù)實際的分析需求而進行配置。當(dāng)待測物與生物分子識別元件特異性結(jié)合后,所產(chǎn)生的復(fù)合物(或光、熱等能量)通過信號轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡娦盘柣蚬庑盘枺⒔?jīng)過放大處理后輸出可用信號,從而達到檢測/分析目標生物分子濃度的目的。
生物傳感器組成部分示意圖(DOI: 10.3390/s151229783)
根據(jù)生物分子識別元件類型,生物傳感器可以分為酶傳感器、免疫(抗原或抗體)傳感器、微生物傳感器、組織傳感器、細胞器傳感器、核酸傳感器等。根據(jù)信號轉(zhuǎn)換器類型,生物傳感器可以分為電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器、比色傳感器、質(zhì)量傳感器、熱量傳感器等。其中,電化學(xué)傳感器主要包括電位(電勢)型、電流(安培)型、阻抗型、電導(dǎo)型等;光學(xué)傳感器主要包括熒光型、化學(xué)發(fā)光型、光譜吸收型、表面增強拉曼散射型、表面等離子體共振型等。目前,血糖監(jiān)測市場上的主流技術(shù)路線是電化學(xué)法,逐漸取代了比色法,而光學(xué)法則成為近些年發(fā)展較快的技術(shù)路線。
生物傳感器分類(DOI: 10.3390/molecules26102940)
1962年,Clark和Lyons首次提出了“在化學(xué)電極的敏感膜中加入酶以實現(xiàn)對目標物質(zhì)進行選擇性分析”的設(shè)想。1967年,Updike和Hicks把葡萄糖氧化酶(GOD)固定化膜和氧電極組裝在一起,研制出首個生物傳感器——電化學(xué)葡萄糖傳感器。后續(xù)的電化學(xué)葡萄糖傳感器發(fā)展歷程,根據(jù)電子傳遞機制,可以分為四個階段:(1)以天然介體(氧氣)為電子受體的第一代(有酶)傳感器;(2)以人工介體為電子受體的第二代(有酶)傳感器;(3)無介體的直接電子傳遞的第三代(有酶)傳感器;(4)基于電催化活性納米材料的直接電子傳遞的第四代(無酶)傳感器。長期以來,生物傳感器一直是相當(dāng)活躍的科技研究方向,并逐步從實驗室走向大眾市場。如今,生物傳感器已被應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)、食品安全、畜牧獸醫(yī)、環(huán)境監(jiān)測、發(fā)酵工程、軍事和科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。
四代電化學(xué)葡萄糖傳感器示意圖(DOI: 10.3390/bios12121136)
四代電化學(xué)葡萄糖傳感器優(yōu)缺點(DOI: 10.3390/bios12121136)
糖尿病是由遺傳和環(huán)境因素共同作用而引起的一組以糖代謝紊亂為主要表現(xiàn)的臨床綜合征,由于患病人數(shù)逐年上升,已成為危害人類健康的第三大殺手。由于糖尿病目前無法治愈,患者需要長期服藥和干預(yù),一旦疏于護理便可引發(fā)眼、腎、神經(jīng)、血管、心臟等器官的一系列慢性并發(fā)癥,給患者家庭和社會帶來了沉重的負擔(dān)。血液葡萄糖濃度是臨床上診斷糖尿病的有效指標,同時也可作為糖尿病日??刂?、代謝綜合癥進展預(yù)測的依據(jù)。過去十多年來,血糖監(jiān)測行業(yè)見證了重大變革——從電化學(xué)測試條(electrochemical test strips)向連續(xù)血糖監(jiān)測貼片(CGM patch)轉(zhuǎn)變。2010年至2021年期間,連續(xù)血糖監(jiān)測市場的復(fù)合年增長率(CAGR)超過了25%。該市場主要由三家美國醫(yī)療科技廠商推動發(fā)展,它們是雅培(Abbott)、美敦力(Medtronic)和德康(Dexcom)。連續(xù)血糖監(jiān)測還使自動胰島素給藥系統(tǒng)的開發(fā)成為可能,推動胰島素泵市場增長,對胰島素給藥行業(yè)帶來變化。
血糖監(jiān)測行業(yè)變革:電化學(xué)測試條→連續(xù)血糖監(jiān)測貼片
2010年~2021年連續(xù)血糖監(jiān)測(CGM)市場增長情況
(來源:《糖尿病管理技術(shù)及市場-2022版》)
鑒于此,麥姆斯咨詢邀請生物傳感器領(lǐng)域的科研學(xué)者及企業(yè)高管,為大家梳理生物傳感器發(fā)展之路,重點傳授葡萄糖傳感器及血糖監(jiān)測方面的知識和經(jīng)驗。本次課程內(nèi)容包括:(1)生物MEMS與傳感器及健康醫(yī)療應(yīng)用;(2)場效應(yīng)晶體管(FET)生物傳感器;(3)單細胞可穿戴微納生物芯片技術(shù);(4)血糖監(jiān)測傳感技術(shù)及系統(tǒng)綜述;(5)連續(xù)血糖監(jiān)測生物傳感器及系統(tǒng);(6)連續(xù)血糖監(jiān)測傳感器微電極制造及產(chǎn)品開發(fā);(7)集成納米壓印的微型MEMS柔性血糖傳感器;(8)基于葡萄糖敏感型水凝膠的連續(xù)血糖監(jiān)測技術(shù);(9)可穿戴柔性電化學(xué)葡萄糖傳感器;(10)類皮膚表面生物傳感體系及其無創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測功能;(11)基于呼吸氣體分析的血糖監(jiān)測技術(shù)。
審核編輯:劉清
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原文標題:生物傳感器助力血糖監(jiān)測行業(yè)變革:微創(chuàng)/無創(chuàng)+連續(xù)血糖監(jiān)測
文章出處:【微信號:MEMSensor,微信公眾號:MEMS】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。
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