[发明专利]应用于生物医学中的微型器件及其用法

说明书

背景技术

尽管在过去的一、二十年间，医药和生物领域取得了显著进步，特别是在基因组学。现代医学的常规方法，包括如癌症等疾病的预防、诊断和治疗基本未变，仍然主要集中在宏观的方法上。例如，目前疾病的诊断使用到宏观数据与信息，如体温、血压、扫描影像、测量的体内化学成分水平等。即使是新出现的能够广泛诊断多种疾病的DNA检测技术，也未建立一个实时、可靠、准确、快速、成本有效的方法。许多高发病率和高死亡率的疾病，包括癌症和心脏病，很难早期准确诊断。此外，大部分现有的诊断技术具有侵入性。

关于疾病的治疗，情况更糟。到目前为止，许多手术仍然具有高度侵入性、高成本、高并发症风险，并需要很长的恢复时间。某些治疗甚至破坏健康的细胞或组织。这样的例子之一是使用放射方法治疗癌症，杀死的不仅是癌细胞，还有正常、健康细胞。另一个例子是血液相关疾病的治疗常常是侵入性的、高风险(如心脏外科手术)、非常昂贵的且在许多情况下，手术后的病人无法恢复到正常、积极的生活方式。

就另一方面的预防来讲，除了一般准则的健康饮食和定期运动，许多疾病的起因，如癌症，仍不清楚。这种有关病因知识的缺乏，直接导致预防性药物开发的缺失。

上述现代医学在预防、诊断和治疗方面的问题，很大程度上在于缺乏在微观层面上(细胞生物学水平)对病理的理解、缺乏有效的药物输送与高效的反应机制、缺乏非侵入性的微观水平的监测及预防机制与方法，以及缺乏非侵入性的高效靶向疾病治疗方法与技术。

近年来，出现了将纳米技术应用于生物方面的一些工作，主要用于体外。这些体外的工作促进了该领域中的发展。Pantel等人讨论了使用微机电(MEMS)传感器在体外检测血液和骨髓中癌细胞的工作，参考Klaus Pantel et a1．，Nature Reviews，2008，8，329。

Wozniak和Chen使用激光光镊与微针测量样品细胞产生的力，参考M．A．Wozniak et a1．，Nature Reviews，2009，10，34。Kubena等人在美国专利No．6,922,118中讨论了用微机电系统(MEMS)检测生物制剂，Weissman等人在美国专利No．6,330,885中讨论了用微机电(MEMS)传感器检测生物物质的添加生长。

由于上述种种局限性，在基本层面上，现代医学面临的许多问题仍然未解决，包括体外微观水平的靶向治疗和癌症预防，对正常组织和器官损伤最小的早期诊断和非侵入性的治疗。然而，到目前为止，大多数的出版物一直局限于用于体外检测的单独例子，使用结构相对简单、尺寸大但往往功能有限的系统。还没有出现关于高度集成、多功能微型器件（小于等于5毫米）在先进生物医学领域，特别是体内和微观水平应用的报导。

发明内容

本发明涉及新型的微型器件及其用法，用来实现微观水平上的疾病预防、诊断或治疗。其使用了通过微观水平的功能性整合而达到的范围广泛的新型功能，还使用了先进的微型器件的制造工艺如集成电路制造技术。其他适合的制造工艺包括但不限于力学、化学、化学力学、电化学力学、电生物化学力学、生物化学、生物化学力学、光学、光电、光机电、化学热力学、热力学、热化学力学以及集成电路和半导体制造技术和工艺。

在其中的一类应用中，微型器件包括多个部件，每个部件的尺寸都小至亚生物细胞至典型生物细胞尺寸（或从一微米至几百微米）。功能丰富的多个部件可以整合至一个独立的微型器件上以实现包括微观水平上的疾病诊断、治疗、清洁等功能。

根据不同的预期功能，本发明中的微型器件的尺寸范围从1埃到5毫米，微型器件的功能包括传感、探测、测量、诊断、检测、分析、药物释放、选择性吸收、选择性吸附，执行预防流程和手术干预或是以上的组合。

一方面，本发明提供的微型器件用于医疗应用或用于活体生物系统。