「生物電子學」3項重大突破 未來對疾病治療有革命性作用

編譯／高晟鈞

生物電子學是一門整合了生物學與電子學的多學科領域，範疇橫跨生物感測與診斷，最為人熟知的便是血糖儀。隨著神經科學與半導體領域的融合與突破，生物電子學將在未來起到革命性作用，尤其是針對治療失明、心血管疾病、神經退行性疾病、癱瘓和糖尿病等會影響患者下半輩子生活品質的可怕疾病。今天就帶你回顧2024年3個生物電子學的重大突破。

生物電子學的發展

生物電子學的發展最早能追溯至十八世紀，一名義大利科學家發現當使用金屬刺激青蛙腿後會有抽搐的現象發生，進而推測生物體具有產生電的能力，並帶動了包括神經科學、電生理學領域的發展。直至1968年，「生物電子學」首次被提出，但主要針對分子間的電子轉移現象。

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如今，生物電子學的範疇已經橫跨了諸多領域，加上奈米技術的快速發展，成為融合了材料、化學與神經科學的技術結晶，促進了穿戴式裝置、生物性材料、微機電分析與診斷技術的不斷進步。曾經被認為不可能攻克的疾病，如今正慢慢一點點的被解析和治療，並最終進步到我們難以想像的地步。

生物電子裝置有哪些

生物電子裝置的精隨在於「刺激、調解與阻斷」大腦和身體機能之間的電子通路，以達到個人化精準治療的目的。最常見的生物電子裝置包括了透過穩定電脈衝來調節心律的心律調節器；可以偵測血糖、酵素、病原體和有毒物質的生物感測器；植入式的人機介面（人工耳蝸）；具有生物相容性的導電奈米複合材料（水凝膠）以及模仿人體運動的機器人義肢。

植入性人體微晶片需求

濕度、鹽度和機械應力都會導致體內環境不利電子元件。體內存在的鹽和水可能​​會腐蝕導電材料，導致植入失敗。針對植入物的免疫反應也可能導致損傷或被疤痕組織包裹，從而導致有效性降低，使得在靠近脆弱的神經組織時使用它們變得極其困難。目前普遍解決方案是透過將套管放置在治療部位的遠端，並使用電纜連接兩者，但穩定性不佳。

對此，科學家致力於開發奈米級的生物相容性材料和塗層封裝，減少植入物體積，從而允許置入性晶片能夠抵達更精準的位置。

生物電子學的發展前景

以下舉3個生物電子學於2024年突破性的發展

• 借助神經介面實現「智慧義肢」：Nerve Repack計畫致力於為截癱患者開發義肢（前臂、單側或雙側下肢癱瘓）。義肢透過植入性神經晶片，既能將運動脈衝訊號傳送至義肢，大腦同時也會接收到訊號。這種雙相通訊能提供更好的觸覺回饋，為患者提供更具真實感的直接體驗，重新感受掌控四肢的感覺。外骨骼同樣能解析來自脊椎神經的運動指令，配合足部感測器，改善截癱患者的步態並實現平穩的行走運動。
• OLED光學「人工電子耳」：由德國研究團隊所開發的未來人工電子耳，利用光遺傳技術開發一款OLED光學神經刺激晶片，透過將光敏蛋白引入細胞，並依靠外部光脈衝來激活或關閉組織中基因的表達。光學人工電子耳能穿越彎曲複雜的耳蝸結構抵達目標位置，透過OLED片上技術，創造微小的局部性光像素，精準地對耳朵進行刺激。
• 促進骨質新生的壓電「骨繃帶」：韓國團隊基於一種存在於骨骼與牙齒的鹼性碳酸鈣材料（羥基磷灰石，HAP）與仿生材料結合，開發出一種壓電複合「骨頭繃帶」，可以為受損的組織同時提供複雜的機電環境和天然骨組織相容的支架，利用微弱的電流來促進骨細胞的再生。

資料來源:Innovations

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