更新时间：2022-10-30 23:24
生物MEMS（Bio MEMS）是指MEMS技术在生物学领域中应用的微制造技术。由于采用了微机械制造技术，Bio MEMS具有微米量级的特征尺寸，可以实现器件和系统的微型化，使生物医学的诊断和治疗可以快速、自动化、高通量、较小损伤地完成。
Bio MEMS主要包括在生物体外进行生物医学诊断的微系统和生物体内进行生物医学治疗的微系统。
生物体外Bio MEMS研究是在生物体外进行生物医学诊断和治疗的微系统，研究主要包括生物芯片、生物传感器及相关微流体系统，是一个较广的研究领域，其中最具代表性的是生物芯片技术。微型生物芯片是利用微细加工工艺，在厘米见方的硅片或玻璃等材料上集成样品预处理器、微反应器、微分离管道、微检测器等微型生物化学功能器件、电子器件和微流量器件的微型生物化学分析系统。与传统的分析仪器相比，微型生物化学分析系统除了体积小以外，还具有分析时间短、样品消耗少、能耗低、效率高等优点。可广泛用于临床、环境监测、工业实时控制。芯片上的生物化学分析系统还使分析的并行处理成为可能，即同时分析数十种甚至上百种的样品，这将大大缩短基因测序过程，因而将成为人类基因组计划中重要的分析手段。
生物体内微系统是指在生物体内进行生物医学诊断和治疗的微系统，研究内容主要包括植入治疗微系统、微型给药系统、精密外科工具、植入微器件、微型人工器官、微型成像器件等。这些微系统中融入了关键的MEMS技术，如微传感器、微驱动器、微泵、微阀、微针等，是一个极具挑战性的研究方向。利用MEMS制作的智能型外科器械可以减少手术风险和时间，缩短病人康复时间，降低治疗的费用。Verimetra公司正在利用MEMS把现有手术器械转变成智能型手术器械，可用于多种场合，包括小手术、肿瘤、神经、牙科和胎儿心脏手术等。药物注入是生物医学MEMS另一个可能有巨幅增长潜力的领域，MicroChipd公司正在开发的一种药物注入系统利用了硅片或聚合物芯片，其上带有成千上万个微型储液囊，里面充满药物、试剂及其他药品。这些微芯片能够向人体注入药物，使止痛剂、荷尔蒙以及类固醇之类的注入方式发生革命性的变化。类似这样的生物医学新进展还将催生出新型器械，如便携式掌上型透析机等。将来人们可以在身上配备测量人体功能的MEMS传感器和驱动器，保证个人处于最佳健康状态，帮助保持积极生活方式，并提供自动的预防保健。
Bio MEMS器件及系统现已成为MEMS技术应用市场中发展最快的领域，特别是在药物的发现和筛选、疾病诊断、生物信息遥测和基因检测分析等方面，Bio MEMS技术的批量生产能力更极大降低了生物医学诊断和治疗的成本，因此Bio MEMS技术已成为21世纪科学研究和商品化的主要研究目标。
电泳是用来将不同尺度的DNA分子片段从混合物中分离的技术。芯片毛细管电泳1989年由Manz和Harrison提出后发展很快。图1-1是玻璃—玻璃、Si—玻璃、玻璃—PDMS等三种材料和结构的微型毛细管电泳芯片照片，与传统方式相比，微型毛细管电泳芯片具有耗样量少、体积小（缩小10倍）、速度快（快10倍）、价格便宜等优点。
图1-2是IBM苏黎世实验室采用光学读数方法研制的悬臂梁。悬臂梁式生物传感器基于扫描力显微镜（SFM）的工作原理，通过在微悬臂梁的一个表面涂覆特殊的生物活性物质，被测物质经扩散进入生物敏感层，在悬臂梁表面发生物理吸附或化学吸附并产生机械响应。悬臂梁纳米量级的机械响应包括表面应力变化、热转换、质量变化等，这些物理变化或化学反应的结果通过换能器被转换成电学信号记录下来。由于其独特的结构和极小的几何尺寸，悬臂梁对微弱力的变化非常敏感，因此可以高分辨力探测微量、痕量生物分子。
图1-3是用于注射给药的微针照片。微针主要以氮化硅为材料，同时利用牺牲层技术制备微流道。微针的直径可以减小到几十微米，长度几百微米，可以在没有碰到病人皮肤神经的条件下完成注射。
总之，MEMS制作设备提供了很大的自由性，使其配合医学产品伙伴生产更多的传感器元件及微型产品。这些装置都是大批量生产，所以成本较低。医学工业对于更小、更便宜的装置和测量装置的需求保持增长的势头，这将建立一个更大的MEMS市场，MEMS产品在未来的医学市场将担任一个重要的角色。