در سالهای اخیر کاربردهای زیست فناوری و پزشکی و نانو (که معمولا از آن به عنوان سیستمهای میکروی الکتریکی مکانیکی پزشکی یا زیست فناوری(BioMEM) 1 نام برده می‌شود) به‌صورت فزاینده‌ای رایج شده است و کاربردهای وسیعی همچون تشخیص و درمان بیماری و مهندسی بافت پیدا کرده است. در حین این که تحقیقات و گسترش فعالیت در این زمینه هم چنان به قوت خود باقی است، بعضی از این کاربردها تجاری هم می‌شود. در این مقاله پیشرفت‌های اخیر در این زمینه را مرور کرده و خلاصه‌ای از جدیدترین مطالب در حوزه BioMEM را با تمرکز روی تشخیص و حسگرها ارائه می‌شود.
بیوسنسو ها
در کاربردهای بسیاری در پزشکی، تحلیل محیطی و صنایع شیمیائی نیاز به روشهایی جهت حس کردن مولکولهای زیستی کوچک وجود دارد. حس‌های بویایی و چشایی ما دقیقا همین کار را انجام می‌دهد و سیستم ایمنی بدن میلیونها نوع مولکول مختلف را شناسائی می‌کند. شناسائی مولکولهای کوچک تخصص بیومولکولها است، لذا اینها شیوه جدید و جذابی برای ساخت سنسورهای خاص را پیش رو قرار می‌دهد. دو مولفه اساسی در این راستا وجود دارد. المان شناساگر و روشهایی برای فراخوانی زمانی که المان شناساگر هدف خودش را پیدا می‌کند. اغلب المان شناساگر تحت تاثیر منبع زیست فناوری تغییر نمی کند. مشکل اصلی در این کار طراحی یک واسطه مناسب به یک وسیله بازخوانی بزرگ است.
از آنتی بادیها به صورت گسترده به عنوان بیوسنسور استفاده می‌شود. آنتی بادیها بیوسنسورهای پیشتاز در طبیعت است، به همین دلیل توسعه تستهای تشخیصی با استفاده از آنتی بادیها، یکی از زمینه‌های بسیار موفق در بیوفناوری است. شاید آشناترین مثال تست ساده‌ای است که برای تعیین گروه خونی استفاده می‌شود.
بوسنسورهای گلوکز از موفق ترین بیوسنسورهای موجود در بازار است. بیماران مبتلا به دیابت نیاز به شیوه‌های مرسوم جهت پایش سطح گلوکز خود دارد. سنسورهای قابل کاشت و غیر تهاجمی در حال توسعه است، اما در حال حاضر در دسترس‌ترین شیوه بیوسنسور دستی است که یک قطره از خون را تحلیل می‌کند.
تعریف BioMEM
از زمان آغاز سیستمهای MEM در اوایل دهه 1970، اهمیت کاربردهای پزشکی این سیستمهای مینیاتوری درک شد. BioMEMها در حال حاضر یک موضوع بسیار مهم است که تحقیقات بسیاری در زمینه آن انجام شده است و کاربردهای پزشکی مهم بسیاری دارد. در حالت کلی می‌توان BioMEMها را به عنوان "دستگاهها ( وسایل) یا سیستمهایی ساخته شده با روشهای الهام گرفته شده از ساخت در ابعاد میکرو /نانو، که برای پردازش، تحویل 2، دستکاری3، تحلیل یا ساخت ذرات 4 شیمیائی و بیولوژیک استفاده می‌شود"، تعریف کرد. این وسایل و سیستم‌ها همه واسطه‌های علوم زندگی و ضوابط پزشکی با سیستمهای با ابعاد میکرو و نانو را شامل می‌شود. حوزه‌های تحقیقات و کاربردها در BioMEM از تشخیص بیماری‌ها مانند میکرو آرایه‌های پروتئینی وDNA، تا مواد جدیدی برای BioMEM، مهندسی بافت، تغییر و اصلاح5 سطح، BioMEMهای قابل کاشت، سیستم‌هائی برای رهایش دارو و.... را شامل می‌شوند. وسایل و سیستمهای فشرده‌ایی که از BioMEMها استفاده می‌کنند، به عنوان "آزمایشگاه روی یک چیپ"6 و سیستمهای تحلیل تمام میکروTAS ) µ یا (micro-TAS 7 نیز شناخته می‌شود. شماتیک رسم شده از قسمت‌های کلیدی حوزه‌های تحقیقاتی را نشان می‌دهد.
اصول مورد استفاده
BioMEM و وسایل مربوط می‌تواند با سه دسته از مواد ساخته شود که می‌توان آنها را به‌صورت زیر طبقه‌بندی کرد:
1- میکرو الکترونیک و MEMها،
2- مواد پلاستیکی و پلیمری مانند Poly dimethylsiloxane (PDMS) و ... و
3- مواد و ذرات بیولوژیک مانند پروتئین‌ها، سلولها و بافتها، ... .
روی مواد گروه اول به صورت گسترده هم از دیدگاه تحقیقاتی و هم از نقطه نظر کاربرد گزارش داده شده است و به صورت متداول و رایج در وسایل و دستگاهها و MEMها استفاده قرار گرفته است. پردازش سیگنالهای BioMEM با استفاده از روشهای پلیمری و لیتوگرافی نرم 8 به خاطر سازگار پذیری زیستی زیاد و ساخت آسان ، کم هزینه و پیش نمونه سازی سریع9 که در مورد مواد لاستیکی موجود است، بسیار جذاب است. استفاده از این مواد برای کاربردهای عملی به صورت مداوم در حال افزایش است. مواد مربوط به گروه سوم تقریبا بررسی نشده است. اما امکانات جدید و جالب بسیاری را ارائه می‌کند و مرز10جدیدی میان BioMEM و بیو نانو فناوری به وجود خواهد آورد. برای مثال در مهندسی بافت و سلول که از فناوری میکرو و نانو الهام گرفته شده است و نیز برای توسعه ابزار و وسایلی برای فهم اعمال و توابع سلولها و بیولوژی سیستم‌ها، استفاده از روشهای ساخت میکرو و نانو برای سنتز و ساخت مستقیم ساختار‌های زیست فناوری مانند اندام مصنوعی و وسایل هیبرید11، طیف وسیعی از امکانات و فرصت‌ها را ارائه می‌کند. کاربردهایی مانند توسعه آرایه‌های بر پایه سلول 12، مهندسی بافت و توسعه اندام‌های مصنوعی با استفاده از روشهای ساخت در ابعاد میکرو ونانو، تنها شماری از امکانات بسیار وسیع و مهیج آن است.