بیوسنسور چیست؟ | هر‌ آن‌چه باید در مورد حسگرهای زیستی بدانیدزمان مطالعه ۸ دقیقه

حسگرهای زیستی و یا بیوسنسورهای یکی از فناوری‌های نوظهور و بسیار ارزشمند در سال‌های اخیر به شمار می‌روند. این حسگرها بر روی دستگاه‌های هوشمندی مانند تلفن همراه، ساعت‌های هوشمند، دست‌بندهای هوشمند، فرمان ماشین‌های هوشمند و … تعبیه می‌شوند. در این مقاله از تریتا به طور کامل در مورد اهمیت بیوسنسورها، کابرد آن‌ها و انواع حسگرهای زیستی صحبت می‌کنیم و به سوال پاسخ می‌دهیم که بیوسنسور چیست؟

مشخصات بازار بین‌المللی انواع بیوسنسور چیست؟

بازار بیوسنسورها بر اساس نوع (پچ سنسور و تعبیه شده در دستگاه)، محصول (پوشیدنی و غیرپوشیدنی)، تکنولوژی (الکتروشیمیایی و نوری)، کاربرد (POC، تشخیص‌های خانگی، آزمایشگاه‌ تحقیقاتی، مواد غذایی و نوشیدنی) و جغرافیا می‌تواند دسته بندی شود. پیش‌بینی جهانی تا سال ۲۰۲۴ پیش‌بینی می‌شود که بازار کلی بایوسنسوها از ۲۱.۲ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۹به ۳۱.۵ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۴ با نرخ رشد سالیانه ترکیبی ۸.۳ درصد در دوره پیش‌بینی، رشد کند. این رشد احتمالا توسط پیشرفت‌های مداوم تکنولوژیکی در اکوسیستم بیوسنسورها، افزایش استفاده از بیوسنسورها برای کاربردهای غیرپزشکی، رشد سودآور در تشخیص‌های POC (بالینی در لحظه) و افزایش تقاضا برای سیستم‌های کنترل گلوکز (glucose monitoring)، بیش‌تر می‌شود.

پیشرفت‌های اخیر تکنولوژیکی بیوسنسور

تلاش‌های قابل توجهی برای پیشرفت‌ تکنولوژی بیوسنسورها و کاربردشان از چند سال گذشته صورت گرفته است. به عنوان مثال، تشخیص چندوجهی برای کنترل و نمایش محیطی از جمله پیشرفت‌هایی است که در اکوسیستم بیوسنسورها مشهود گشت. کوچک‌ سازی به توسعه بیوسنسورهای کوچک، کم حجم و آسان برای استفاده کمک کرده است که سناریوی آزمایش معمولی را در بخش‌های پزشکی و بهداشتی تغییر داده‌اند. چند نمونه شامل سیستم فشرده کنترل قند خون، سیستم‌های تست کلسترول و سیستم‌های تست بارداری هستند. تشخیص‌های  (point-of-care)POC (که به صورت بالینی و در لحظه تشخیص صورت می‌گیرد) به تقاضای کلی برای بیوسنسورها کمک می‌کنند. بازیگران در بازار تشخیص‌های POC به طور فزاینده‌ای بر پیشرفت‌های تکنولوژی و توسعه محصولات جدید تمرکز می‌کنند. نوآوری و راه‌اندازی محصولات عمدتا بر روی توسعه دستگاه‌های پیشرفته، سریع‌تر و با کاربرد آسان متمرکز است. بیماری‌های مزمن شایع مانند بیماری‌های قلبی، سکته مغزی، سرطان، دیابت نوع دو، چاقی و آرتریت از جمله رایج‌ترین، پرهزینه‌ترین و قابل پیشگیری از همه مشکلات بهداشتی  است که مصرف کنندگان را تحت تاثیر قرار می‌دهد تا بتوانند بیوسنسورها را برای تشخیص منظم فعالیت‌های بیماری‌زا قبول کنند.

دلیل سرعت آهسته تجاری سازی بیوسنسور چیست؟

فناوری بیوسنسورها بدلیل قیمت بالای آن‌ها و تقاضایی که فقط از صنعت مراقبت‌های بهداشتی ناشی می‌شود، شاهد کاهش سرعت تجاری سازی در سال‌های اخیر بوده است. تجاری سازی بیوسنسورها برای کاربرد‌های غیر پزشکی از جمله کاربرد نظامی، زیست محافظت (biodefense)، کنترل تخمیر، نظارت بر محیط زیست، بدلیل محدودیت تحقیق و توسعه و نتایج مثبت یک چالش برای بازیگران صنعت است. بازار بیوسنسورها نیز شاهد روند کند تجاری سازی می‌باشد که در درجه اول به دلیل حساسیت به قیمت، پذیرش از کاربران نهایی و نگرانی‌های مربوط به کیفیت، صحت و قابل اطمینان بودن محصولات مربوط می‌شود. در حال حاضر تنها تعداد اندکی سیستم‌های عملی در بازار موجود است که سهم عمده آن‌ها در تشخیصات پزشکی است.

بیوسنسورهای تشخیص‌دهنده گلوکز در حال حاضر از حداکثر فروش برخوردارند. با این وجود، یک بازار بالقوه برای کاربردهای غیر پزشکی نیز وجود دارد که باید توسط بازیگران شناسایی و برای کاربران نهایی توسعه داده شود. دلیل دیگر این کندی در تجاری سازی، مبدل‌های متبنی بر آنزیم است که در بیوسنسورها استفاده می‌شوند. این مبدل‌ها گران هستند زیرا هزینه منابع، استخراج، جداسازی و پالایش آن‌ها بالاست. بیوسنسورها همچنین دارای معایب مشخصی هستند؛ از جمله عدم امکان استریل کردن توسط گرما به دلیل دینچوره شدن مواد بیولوژیکی، پایداری مواد بیولوژیکی (به عنوان مثال آنزیم، سلول، آنتی‌بادی و بافت)، بسته به خواص طبیعی مولکول می‌تواند تحت شرایط محیطی (pH، دما یا یون) دینچوره شوند و سلول‌ها در بیوسنسورها توسط مولکول‌های دیگری که قادر به انتشار از طریق غشاء هستند، تحت تاثیر قرار می‌گیرند. این عوامل باعث شده است که سرعت تجاری سازی کند شود.

بازار بیوسنسورها برای فناوری بیوسنسور نوری

بیوسنسورهای نوری معمولا برای تجزیه و تحلیل برهمکنش‌های بیومولکولی مورد استفاده قرار می‌گیرد زیرا این سنسورها می‌توانند تمایل و سیتیک طیف گسترده‌ای از برهمکنش‌های مولکولی را بلادرنگ و بدون نیاز به برچسب مولکولی تعیین کنند. سنسورهای نوری برای چندین کاربرد جدید مانند کشف مواد مخدر از جمله شناسایی هدف، ligand fishing،اعتبار سنجی توسعه و کنترل کیفی استفاده می‌شوند. رشد این کاربرد به سنسورهای نوری برای رشد در بالاترین سطح از نرخ رشد مرکب سالیانه کمک می‌کند.

بیوسنسورهای غیرقابل پوشیدن (nonwearable)

پیش بینی می‌شود بخش بیوسنسورهای غیر پوشیدنی سهم بزرگتری از بازار را در دوره پیش‌بینی داشته باشند. بیوسنسورهای غیرپوشیدنی شامل دستگاه‌های بیوسنسوری‌اند که بیش‌تر برای کاربردهای غیر بالینی استفاده می‌شوند. جدای از نظارت در محل (on-site monitoring)، این بیوسنسورها به صنایع غذایی در مقابله با چالش‌ها کمک می‌کنند. به عنوان مثال رعایت کردن رهنمود‌های کیفیت غذا با فراهم کردن دقت تحلیلی در ماتریس‌های غذایی پیچیده.

اهمیت بیوسنسور‌ها در بخش POC

افزایش تمایل به آزمایش سریع تشخیصی و افزایش سرمایه‌گذاری‌های خصوصی و سرمایه‌گذاری خطرپذیر برای حمایت از توسعه‌های محصول جدید، همراه با رشد حمایت دولت، باعث افزایش پذیرش دستگاه‌های POC شده است. سیستم‌های POC شامل انواع مختلف بیوسنسورها هستند که قادرند پارامتر‌های مختلفی از جمله ضربان قلب و اکسیژن اشباع و همچنین تغییرات در پروفایل پروتئین پلاسما و الگو‌های چندین نشانگر زیستی به همراه غلظتشان (تراکم‌شان) را اندازه‌گیری کنند. نشانگر‌های قلبی دینامیک‌ترین کاربردهای POC هستند و انتظار می‌رود که با توجه به افزایش افرادی که رنج‌ می‌برند از بیماری‌های قلبی عروقی و افزایش تقاضا برای تشخیص فوری این بیماری‌ها، طی پنج سال آینده شاهد چندین نوآوری و سرمایه‌گذاری در این حوزه باشیم.

بازار بیوسنسورها در آمریکای شمالی

تشخیص‌های PoC، کاربردی است که سریعترین رشد را برای بیوسنسورها در آمریکای شمالی دارد. این رشد به افزایش جمعیت بیماران مخاطب نسبت داده می‌شود. برطبق اعلام انجمن پزشکی آمریکا و انجمن گروه پزشکی آمریکا، بیش از ۵۰ درصد آمریکایی‌ها تا سال ۲۰۱۲ با یک یا چند بیماری مزمن زندگی می‌کردند. تعداد آمریکایی‌هایی که از بیماری‌های مزمن رنج می‌برند در سال ۲۰۰۰ حدود ۱۲۵ میلیارد نفر بود که پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۲۲ این میزان به ۱۵۷ میلیارد برسد.

افزایش صرف نظر در بهبود اصلاحات آزمایشگاهی بالینی (CLIA) برای برخی دستگاه‌های تشخیص PoC مانند انعقاد خون، کنترل گلوکز و دستگاه‌های خونشناسی باعث رشد بیشتر بازار بیوسنسور در امریکای شمالی است. به عنوان مثال، تعداد تست‌هایی که از آن‌ها چشم‌پوشی شده است از ۹ تا در سال ۱۹۸۸ به بیش از ۱۰۰ تا در ژانویه ۲۰۱۲ افزایش یافته است. در نتیجه، این تست‌ها از قواعد مختلف آزمایشگاه مانند حکم اعتبار دستگاه، آموزش و صلاحیت اپراتور و مدیریت و مستند‌سازی مستمر کیفیت، معاف می‌شوند. این به نوبه خود، ورود محصولات جدید PoC را در بازار آمریکای شمالی تسهیل می‌کند.

تقسیم‌بندی انواع بیوسنسور چیست؟

بیوسنسورها بر اساس نوع

• دستگاه‌ جاسازی شده
• پچ سنسوری

بیوسنسور‌ها بر اساس محصولات

• بیوسنسورهای پوشیدنی
• بیوسنسورهای غیرپوشیدنی

بیوسنسورها بر اساس تکنولوژی

• بیوسنسور الکتروشیمیایی
• بیوسنسور نوری
• بیوسنسور پیزوالکتریک
• بیوسنسور حرارتی
• بیوسنسور نانومکانیکی
• سایر (بیوسنسورهای حساس به یون و بیوسنسورهای رزونانسی)

بیوسنسورها بر اساس کاربرد

• مراقبت
• تشخیص‌های خانگی
• آزمایشگاه‌ تحقیقاتی
• دفاع بیولوژیکی
• نظارت بر محیط زیست
• غذا و نوشیدنی

بیوسنسورها بر اساس منطقه جغرافیایی

• امریکا شمالی
• اروپا
• آسیا و اقیانوسیه
• بقیه جهان

معرفی شرکت‌های پیشتاز در حوزه حسگرهای زیستی

• شرکت Medtronic (ایالات متحده) یک توسعه‌دهنده و تولید‌کننده پیشتاز دستگاه‌های پزشکی، درمانی و خدماتی است که برای معالجه بیماری‌های قلبی، نخاعی، عصبی، عروقی و دیابتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این گروه در چهار بخش تجاری فعالیت می‌کند؛ گروه درمان‌ کم تهاجمی، گروه قلب و عروق، گروه ترمیم درمانی و گروه دیابت. این شرکت طیف گسترده‌ای از محصولات را ارائه می‌دهد و در آمریکای شمالی، اسیا و اقیانوسیه و اروپا فعالیت دارد. Medtronic برای افزایش بازده تولید و بدست آوردن مرز رقابتی، ادغام و مالکیت (خرید بخش اعظمی از سهام شرکت دیگر) را به عنوان استراتژی رشد اتخاذ می‌کند. به عنوان مثال، در اکتبر ۲۰۱۵، شرکت Medtronic، دوازده شرکت از یک شرکت تجهیزات پزشکی را که دستگاه‌های ترنس‌کتتر (transcatheter) تعویض دریچه میترال را توسعه می‌داد، خریداری می‌کند. این تصمیم توسط بخش ساختار قلب و عروق کرونر مدترونیک انجام شد.
• شرکت LifeScan (ایالات متحده) یک شرکت تابع Johnson & Johnson است که در سال ۲۰۱۵ سهم ۱۱ درصد از بازار را به خود اختصاص داده بود. این شرکت طیف وسیعی از محصولات در زمینه پزشکی دیابت ارائه می‌دهد؛نقش بازار این شرکت در بیوسنسور چیست؟ همچنین راه‌حل‌های کنترل قند خون را برای بیمارستان‌ها و مصرف‌کنندگان، تولید و به بازار عرضه می‌کند. لایف‌اسکن راه‌اندازی محصولات، توافق‌نامه‌ها و مشارکت‌ها را به عنوان استراتژی‌های کلیدی رشد خود اتخاذ می‌کند. به عنوان مثال در مارس ۲۰۱۶، این شرکت یک توافق‌نامه با شرکت WellDoc امضا کرد تا سیستم کنترل گلوکز خون OneTouch Verio Flex و برنامه موبایل OneTouch Reveal شرکت LifeScan را با پلتفرم مدیریت و برنامه موبایل دیابت BlueStar شرکت WellDos یکی کند. لایف‌اسکن در ژانویه سال ۲۰۱۵، سیستم کنترل گلوکز خون OneTouch Verio را که به افراد دیابتی کمک می‌کند تا سطح قند خون خود را اندازه‌ بگیرند، راه اندازی کرد.

 پیشرفت‌های اخیر دنیای بیوسنسور چیست؟

• در فوریه ۲۰۱۸، Medtronic مجوز FDA را برای بازوبند جدید Guardian(TM) sensor3، دریافت کرد. این امکان را برای بیماران فراهم می‌کند تا سنسور را روی بازوی بالایی بپوشند، انعطاف‌پذیری بیش‌تر و عملکرد بهتری را برای کاربران ایجاد کرده و همچنین دقت را بهبود بخشیده است.
• در می سال ۲۰۱۸، Abbott از راه‌اندازی سیستم تست Afinion (آنالیزور Afinion 2 ) در ایالات متحده خبر داد. آنالیزور Afinion2 یک پلتفرم سریع و چند منظوره جمع و جور است که تحویل عملی و اندازه‌گیری دقیق هموگلوبین A1c (HbA1c) و آلبومین به میزان کراتینین (ACR) را ساده سازی می‌کند. Afinion2 میراث Abbott را در زمینه مراقبت از دیابت با توانمندسازی بیماران با اطلاعات در مورد سلامتی‌شان، ایجاد می‌کند که آن‌ها می‌توانند با ارائه‌دهندگان خدمات درمانی خود صحبت کنند.
• در می سال ۲۰۱۷، شرکت Universal biosensors اعلام کرد Siemens Healthineers فعالیت‌های فروش آنالیزور انعقادی Xprecia Stride را در بازار ایالات متحده شروع کرده است.

منبع: MarketStandMarkets