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金奈米顆粒平台,創新偵測生物標記?

用什麼方法能持續監測身體的生理反應訊號,一直是臨床人員和科學家很有興趣的題目,畢竟科學數據能反應很多真相。因此,我們看到市場上有不少所謂智慧醫療『感測器』的研發和應用。如果這類感測器是非侵入式且安裝在體外,往往能夠監測到的訊號類型有限;而若是植入體內的感測器,則非常吸引人,但面臨到的挑戰就是生物體可能對這個侵入體內的感測器產生排斥,此外,維持這個感測器作用是否需要電源,而這個供電又能持續供應多久呢?

體內生物標記感測

所以,不用開發電子產品的思維來思考這個所謂的智慧醫療『感測器』,我們改以生物化學的方式來思考,怎麼開發這樣的感測裝置,用來反應體內的某種成份的濃度。金奈米顆粒(Gold nanoparticle)在生醫研究上常被用來攜帶某些特定物質到生物體內,方法就是在金奈米顆粒的表面上一層塗層,把你要攜帶的特定藥物或者想要感測的物質,例如biomarker(生物標記)的受器帶到體內。

金奈米顆粒

這篇文章要介紹,Johannes Gutenberg University Mainz (JGU)  的研究團隊,以金奈米顆粒發想,曾經在顯微鏡下,發現金奈米顆粒可以用來偵測到流動細胞中的蛋白。金奈米顆粒如同光線的小天線。它們能吸收和散射光線,因此可以顯示顏色;也就是說,金奈米顆粒會因為周遭環境的改變而改變我們看到它的顏色。如果有這個特性,是不是有機會用來開發成為體內感測器?

生物標記的接受器

但是要怎麼要固定這些奈米顆粒呢?總不能讓它在體內移動或者因為人體的免疫反應而被破壞。因此科學家將這些奈米顆粒嵌入有孔洞的水凝膠(hydrogel),如同組織一樣。一旦植入皮膚,小血管和細胞會生長進入這些孔洞,也就是整個感測器和身體組織整合在一起了,也就不再被視為是外來物質而受到排斥。這種水凝膠整合金奈米顆粒的生物感測器,大小在美金一分錢的硬幣大小以內,厚度在一個毫米以下。而這些奈米顆粒用肉眼看不到,用特殊儀器透過皮膚才可以看到,如同是看不到的刺青一樣。為了能證實以上這個生物感測器的構想,JGU的科學家在金奈米顆粒的表面結合一種抗生素(antibiotics)的接受體,當有抗生素隨著血流帶到這個奈米顆粒,就會結合上去,此時能改變我們看到奈米顆粒的顏色,也可以隨著抗生素的濃度來反應出不同的顏色。優點是這個金奈米顆粒的感測器相當穩定,可以植入生物體內數個月。

金奈米顆粒為平台開發的生物感測器。 圖/生醫人網摘
金奈米顆粒為平台開發的生物感測器。 圖/生醫人網摘

適合長時間蒐集訊號嗎?

這個研究目前只是一個概念的呈現,離實際產品還有段距離。到是可以說明金奈米顆粒是有潛力的生物感測器平台,只要能開發出可以結合在其上面的接受器,就可以用來檢測各種體內的生物標記。不過這樣的感測器當它身上的接受器被佔滿之後,是不是就不能反應即時的訊號,作為長時間監測用呢?如果是這樣,是不是較適合一次性的使用?

文章參考: Johannes Gutenberg-Universität Mainz

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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