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內嵌電子感應知器的組織培養術問世

2012/09/23 | | 標籤:

在人體組織內嵌入電子電路長久以來一直是科幻小說的主要情節之一,現在美國科學家發明一種新方法,能將活組織培養生長於含有微小電子感知器的基質中。這項研究不僅有助於更佳的組織培養以供藥物測試之用,同時也可望促進了移植用人造器官的發展。

具有內嵌電子感應器的活組織可以在生物及醫藥上找到許多應用,然而目前的作法只能是先成長生物組織,再將電極插入其中。這種作法並不理想,因為這種像打針般將電極插入組織中的方式精準度及靈敏度皆無保障,再者,電極的插入難免會壞破組織結構。

最近,哈佛大學的Charles Lieber團隊與麻省理工學院(MIT)及波士頓(Boston)兒童醫院的組織工程師聯手,研發出一個能較佳整合組織與電子電路的新方法。他們捨棄了傳統以電極為主的探測器,而改用矽場效電晶體(FET)。愈小的電極探測器所能提供訊號愈微弱,而該實驗中的FET探測器是由直徑30 nm的奈米線所構成,依然提供精準的讀數。

研究人員先將電晶體與內連線電路一併嵌入具生物相容性的多孔三維基質中,接著在基質上方進行組織培養,在組織內部形成佈滿電晶體感知器的精細網路。團隊成員Jia Liu表示,與以往方法不同之處在於他們的作法是一個非侵入性的過程,也就是在記錄數據或刺激組織時,毋需額外使用電極來穿刺組織造成破壞。

研究人員花了數週進行測試,發現這些感知器的存在對細胞存活率的影響微乎其微。不過他們也承認,在此技術實際使用於醫學移植用途前,仍需長期研究以確認其安全性。為了展現此技術在藥物測試上的應用價值,該團隊製作了整合電晶體感知器的心臟細胞組織。他們利用該裝置監控去甲腎上腺素(noradrenaline,一種可使心跳加速的藥物)對心臟組織的影響,結果發現使用去甲腎上腺素後,組織的收縮頻率增加了兩倍。

該團隊認為此研究成果的應用近期內可能侷限於改良藥物測試中的組織培養。不過Liu表示,長期看來此研究對於製作人造器官可能會有重要的貢獻。他解釋,在此領域的研究人員已經使用這類細胞外基質來培養人造組織,不過以往此組織支架一直作為被動材料並僅用來支撐成長中的細胞,而他們現在製作的奈米電子組織支架不但能支撐細胞的成長,同時能監控其功能。詳見Nature Materials |DOI:10.1038/nmat3404。

譯者:劉家銘(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝

資料來源:Living tissue is laced with electronic sensors. nanotechweb [Sep 5, 2012]

轉載自 奈米科學網

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