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能持續進行醫療監測的奈米管

美國麻省理工學院(MIT)及麻薩諸塞州波士頓市東北大學(Northeastern University)的研究人員們,業已想出一種監測生物醫學指標,諸如血液中鈉或血糖等含量的新方法。此方法有朝一日可能引領出,譬如能讓糖尿病患者僅藉由看一眼小塊皮膚,來察看其血糖的植入式裝置。

為了監測生物醫學狀況或選擇性將藥物遞送到人體固定的器官或區域,諸多研究人員曾研發出充滿特定化學物質,以微粒子為基礎的裝置。不過,此些裝置的一項缺點是,此些粒子小到會隨著時間推移,而從最初的位置被清走。上述新方法涉及了能避開此問題的不同類微粒子。

儘管傳統的粒子是球形,不過此些粒子狀若管子。此些管子狹窄的寬度,使管子的內含物保持於非常接近血液或身體組織的狀態,而使得此些粒子易於感知周遭環境中的化學物質或其他狀態並作出反應。相對上,長度使得此些管子極適合被固定在需要長時間監測,或許持續進行達數個月的地方。

奈米等級的管子可以監測體內血糖或納含量,並且透過皮膚發光,圖片取自原文網址

最終,此些粒子可能被用來監測糖尿病患者的血糖含量,或一種會導致血液中鈉濃度劇變之疾病患者體內的鈉含量。

該研究論文發表於《美國國家科學院院刊》(the Proceedings of the National Academy of Sciences)。合撰人包括麻省理工學院化學工程學教授Karen Gleason、東北大學藥劑學教授Heather Clark、麻省理工學院博士後研究員Gozde Ozaydin-Ince及東北大學博士生J. Matthew Dubach。

產生這些奈米粒子的方法,是Gleason研究藉由氣化及令塗料沉積於將被塗層的表面來塗層材料的方法之額外產物。在上個月發表的一項研究中,Gleason及其共同研究員們已經證實,這種稱為化學氣相沉積(chemical vapor deposition:CVD)的技術能被用來塗層含有微細孔洞的材料,從而賦予了即使更小的孔洞也能對所通過之物質化學屬性作出反應的表面。

該項使用化學氣相沉積技術來塗層已蝕刻出細小孔洞之氧化鋁的新研究,結果如同先前的研究,覆蓋層向下延展進入這些孔洞的內壁。之後,經過塗層的材料本體被溶解掉,而僅留下孔洞造成的一連串中空管子。不過在此之前,會添加另一種會對環境或對被遞送藥物作出反應的材料。之後,密封這些管子的任一端。

Gleason表示,此些管子可被注入皮下,以形成發螢光的號燈。她宣稱:「藉由發出螢光的物質來填充此些細小中空的管子,當管子在對存在的特定化學物質發生反應時,就能夠透過皮膚立即監測螢光的度數,如此便能持續對身體內特定化學物質的進行生理監測。由螢光化學物質發出的光是人類眼睛看得見的,因此無需另外的顯示器,而能直接由病人進行判讀。」

Gleason表示,儘管最初是製造來察覺鈉含量,且於老鼠中測試成功。不過這些管子尚有各種潛在的應用。一種意義重大的可能應用是測定血糖含量:她宣稱:「嚴格控制血糖能有助於病患防止,糖尿病導致腎衰竭、失明、神經系統損傷及截肢,同時也是心臟衰竭、中風及先天缺陷等主要風險因子的毀滅性副作用。」當前,於美國糖尿病影響超過2千萬人,而預估於25年內會倍增。

開發出這種新技術的Gleason博士

Gleason表示,此些管子很細小(直徑約200奈米,也就是不及人類頭髮的1/100),以至於身體不覺得它們的存在,這使它們得以在不觸發任何身體反應的隱形模式下運作。

美國密西根大學化學、物理暨應用物理學教授及生物醫學工程學教授Raoul Kopelman宣稱:「基本上,這可以開啟避免需要化驗室、護士、額外時間及成本之血液檢驗的方法,就不易進行靜脈抽血的患者而言,也能避免諸多併發症。不過,安全因素是最大的絆腳石。美國食品暨藥物管理局(FDA)不僅擔心長期的化學毒性及生物排除(bio-elimination),而且擔心併發症,譬如,會否引發血液凝塊?」

此些管子除了被注入體內能停留於指定的位置之外,其製造方法本身也提供了顯著有利的因素。因為化學氣相沉積是半導體工業使用的標準製造方法,此些裝置的製造應相對容易且低廉。

Gleason表示,人們可以想像使用此類管子來收縮包裝幾乎任何物質,包括能透過此些管子上的小孔洞,而隨時間推移被遞送的藥物。

原文網址:http://web.mit.edu/newsoffice/2011/update-microworms-0217.html

本文轉載自PEREGRINE科學點滴

翻譯:peregrine

校對:Portnoy

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