Bioelektronika - Bioelectronics

Bioelektronika to dziedzina badań w zbieżności biologii i elektroniki .

Definicje

Rybosomu jest maszyna biologiczny , który wykorzystuje dynamikę białka

Na pierwszych warsztatach CEC w Brukseli w listopadzie 1991 r. bioelektronika została zdefiniowana jako „wykorzystanie materiałów biologicznych i architektur biologicznych w systemach przetwarzania informacji i nowych urządzeniach”. Bioelektronika, w szczególności elektronika biomolekularna, została opisana jako „badania i rozwój inspirowanych biologicznie (tj. samoorganizujących się) materiałów nieorganicznych i organicznych oraz inspirowanych biologicznie (tj. masowego równoległości) architektur sprzętowych do wdrażania nowych systemów przetwarzania informacji , czujniki i siłowniki oraz do produkcji molekularnej aż do skali atomowej”. National Institute of Standards and Technology (NIST), agencją Departament Handlu Stanów Zjednoczonych , zdefiniowane bioelektronika w raporcie 2009 jako „dyscypliny wynikającej ze zbieżności biologii i elektroniki ”.

Źródła informacji na ten temat obejmują Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (IEEE) z czasopismem Elsevier Biosensors and Bioelectronics publikowanym od 1990 roku. szerszy kontekst obejmujący na przykład biologiczne ogniwa paliwowe, bionikę i biomateriały do ​​przetwarzania informacji, przechowywanie informacji, komponenty elektroniczne i siłowniki. Kluczowym aspektem jest interfejs między materiałami biologicznymi a mikro- i nanoelektroniką”.

Historia

Pierwsze znane badania nad bioelektroniką miały miejsce w XVIII wieku, kiedy naukowiec Luigi Galvani przyłożył napięcie do pary oderwanych żabich nóg. Nogi poruszyły się, rozpalając genezę bioelektroniki. Technologia elektroniczna jest stosowana w biologii i medycynie od czasu wynalezienia rozrusznika serca oraz w branży obrazowania medycznego. W 2009 roku badanie publikacji używających tego terminu w tytule lub streszczeniu sugerowało, że centrum aktywności znajduje się w Europie (43 proc.), a następnie w Azji (23 proc.) i Stanach Zjednoczonych (20 proc.).

Materiały

Bioelektronika organiczna to zastosowanie organicznego materiału elektronicznego w dziedzinie bioelektroniki. Materiały organiczne (tj. zawierające węgiel) są bardzo obiecujące, jeśli chodzi o połączenie z systemami biologicznymi. Obecne zastosowania koncentrują się wokół neuronauki i infekcji.

Przewodzące powłoki polimerowe , organiczny materiał elektroniczny, świadczy o ogromnym ulepszeniu technologii materiałów. Była to najbardziej wyrafinowana forma stymulacji elektrycznej. Poprawiła impedancję elektrod w stymulacji elektrycznej, co skutkuje lepszymi zapisami i redukcją „szkodliwych elektrochemicznych reakcji ubocznych”. Organiczne tranzystory elektrochemiczne (OECT) zostały wynalezione w 1984 roku przez Marka Wrightona i współpracowników, które miały zdolność przenoszenia jonów. Ten poprawiony stosunek sygnału do szumu zapewnia niską mierzoną impedancję. Magnuss Berggren stworzył organiczną elektroniczną pompę jonową (OEIP), urządzenie, które może być używane do celowania w określone części ciała i narządy w celu przylegania leków.

Jako jeden z nielicznych materiałów o ugruntowanej pozycji w technologii CMOS, azotek tytanu (TiN) okazał się wyjątkowo stabilny i dobrze nadający się do zastosowań elektrodowych w implantach medycznych .

Istotne zastosowania

Bioelektronika jest wykorzystywana do poprawy życia osób niepełnosprawnych i chorych. Na przykład glukometr to przenośne urządzenie, które pozwala pacjentom z cukrzycą kontrolować i mierzyć poziom cukru we krwi . Stymulacja elektryczna stosowana w leczeniu pacjentów z padaczką, przewlekłym bólem, chorobą Parkinsona, głuchotą, drżeniem samoistnym i ślepotą. Magnuss Berggren i współpracownicy stworzyli odmianę swojego OEIP, pierwszego bioelektronicznego urządzenia implantu, które zostało użyte u żywego, wolnego zwierzęcia z powodów terapeutycznych. Przekazywał prądy elektryczne do kwasu GABA. Brak GABA w organizmie jest czynnikiem przewlekłego bólu. GABA byłaby wówczas odpowiednio rozprowadzona do uszkodzonych nerwów, działając jako środek przeciwbólowy. Stymulacja nerwu błędnego (VNS) służy do aktywacji cholinergicznego szlaku przeciwzapalnego (CAP) w nerwie błędnym, co prowadzi do zmniejszenia stanu zapalnego u pacjentów z chorobami takimi jak zapalenie stawów . Ponieważ pacjenci z depresją i epilepsją są bardziej narażeni na zamknięty CAP, VNS również może im pomóc. Jednocześnie nie wszystkie systemy, które mają elektronikę stosowaną do poprawy życia ludzi, są koniecznie urządzeniami bioelektronicznymi, ale tylko te, które obejmują intymny i bezpośredni interfejs między elektroniką a systemami biologicznymi.

Przyszły

Udoskonalenie standardów i narzędzi do monitorowania stanu komórek w rozdzielczościach subkomórkowych jest pozbawione środków finansowych i zatrudnienia. Jest to problem, ponieważ postępy w innych dziedzinach nauki zaczynają analizować duże populacje komórek, zwiększając zapotrzebowanie na urządzenie, które może monitorować komórki na takim poziomie widzenia. Komórki nie mogą być wykorzystywane na wiele sposobów poza ich głównym celem, takim jak wykrywanie szkodliwych substancji. Połączenie tej nauki z formami nanotechnologii może zaowocować niezwykle dokładnymi metodami wykrywania. Ochrona życia ludzkiego, jak ochrona przed bioterroryzmem, to największy obszar prac wykonywanych w bioelektronice. Rządy zaczynają domagać się urządzeń i materiałów wykrywających zagrożenia chemiczne i biologiczne. Im bardziej zmniejszy się rozmiar urządzeń, tym wzrośnie wydajność i możliwości.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Słownikowa definicja bioelektroniki w Wikisłowniku

• Bioelektronika na Answers.com