陽大石墨烯打造神經探針晶片

【記者鍾佩芳/台北報導】
台灣新生報

如何縮短診斷與治療的時間差,一直是醫學上亟待克服的難題。陽明大學利用奈米材料「石墨烯」重新打造神經探針晶片,克服過去無法與磁振造影同時使用的侷限,偵測腦神經電信號與化學物質,又能進行深腦刺激治療,讓診斷治療合而為一。

石墨烯是已知最薄、最堅硬、電阻率最小的奈米材料,研發出這項新興材料的科學家因此獲得二○一○年諾貝爾物理獎,目前廣泛應用在航太、能源、資訊等領域。陽明大學生物醫學工程系教授陳右穎與交通大學教授陳三元、台北醫學大學教授李宜釗、中研院助研究員黃聖言組成跨領域團隊,利用石墨烯開發出具有多維度神經活動電信號感測、化學物質偵測與深腦刺激功能的神經探針晶片,並克服磁振造影產生渦電流傷害腦組織與影像失真的侷限。

團隊應用還原氧化石墨烯神經探針晶片,植入掌管動物行為與認知功能的丘腦部位,進行為期六天每天卅分鐘的深腦刺激,並利用磁振造影觀察腦區活化情形。這項研究不僅證實深腦刺激可改變自閉症動物的神經突觸可塑性,進而改善自閉症的社交缺損症狀。更重要的是印證石墨烯晶片具備電刺激治療功能,又有磁振造影相容,能第一時間觀察腦影像評估治療結果,克服過去兩者不能同時進行的難題,讓未來有機會診斷與治療同步。

在另外一項研究中,團隊開發「memory prosthesis」治療技術,在動物實驗中驗證出神經探針晶片可增強認知功能與記憶力,有效提高最多達五十%。相同技術也利用於測量血液中Aβ胜�的類澱粉蛋白斑塊沉積。阿茲海默症主要病理特徵是神經細胞外出現類澱粉蛋白斑塊堆積,這項特徵多半只能依靠腦影像來觀察。應用團隊發展的石墨烯神經探針晶片,能測量血清中Aβ胜�水平,相較於正子攝影以及行為測試,更有助於早期診斷阿茲海默症。

陳右穎表示,過去神經晶片在植入人體後,常受限於手術沾黏與發炎,而影響感測訊號品質;但以還原氧化石墨烯作為晶片感測介面具有絕佳高導電性,同時在晶片外圍包覆一層抗發炎因子,能克服過去沒有辦法達到的生物相容性與訊號品質。他說,對於像是自閉症或阿茲海默症等腦部疾病,傳統上只能依賴行為或腦影像來判斷,有了可以和磁振造影相容的神經晶片,就能結合電生理與腦影像,針對不同的治療需求,設計出偵測腦內多巴胺、葡萄糖、過氧化氫等生物訊號的精準生醫晶片,有助於垂直整合診斷與治療。

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