人體的植入物材料開發，似乎已經不再是稀有的題材。然而要把植入物材料做到能夠像光纖傳遞光線，同時能隨人體活動時拉伸，又能具有相當的柔軟性，並且具有生物相容性，這樣具有以上多項特點的材料，仍是生醫材料開發上的挑戰。
光遺傳學
水凝膠材料目前已常用在3D生物細胞列印上，列印後再讓細胞自行生長。值得一提的是，水凝膠柔軟的特性可作為腦部植入物，相比之下，其他不能耐拉伸、剛性太高材料就顯得較不實用。有「光遺傳學」(optogenetics)的科學家，藉由像是針一般細的纖維，打短脈衝的LED光線到人體組織上，現已有研究證實光線可以啟動細胞，特別是腦部神經元。那麼如何建構一個能夠耐拉伸，又能傳遞光，抗斷裂等可植入人體的光纖呢?
水凝膠光纖
美國麻州理工學院(MIT)的科學家開發出一種能和各種材質接合的水凝膠，像是金屬外殼的感應器或LED等都可以與之結合，如此便可製造出具高度拉伸特性的電子產品。這種水凝膠光纖，核心材料外有一層覆蓋材料，為了讓光線能在核心傳遞，核心材料需要有較高的「折射指數」(refractive index)，當光線經過核心材料，會因為外層的材料，光線在兩材料的相接處會折射且繼續留在核心材料中。而外層覆蓋層和核心材料間需要「共軛化學品」(conjugation chemical)，讓外層「羧基群」(cayboxyl groups)和核心層的「胺基」(amine groups)以化學方式連結，如同分子階層的黏結一般。
在驗證此光纖的功能時，研究員看到了光線確實隨著距離加長而減弱，也發現水凝膠光纖能夠高度拉伸，達到原長度的七倍。在實驗上，研究員在光纖的不同部位載入紅、綠、藍等染料，然後以雷射光射入光纖，並且拉伸光纖，藉以了解紅色顏料區在拉伸後的紅光強度，並依此找出拉伸長度與光線強度的關聯。另一個方式，就是直接在光纖末端量測光量，藉此可以知道光纖被拉伸的量。針對以上特性，研究員表示，此種光纖可應用到「應變」(Strain，單位長度的變形量)量測方面。如同一條光纖上有數個可以植入或者穿戴的「應變規」(Strain Gauge)，若能植入人類四肢，將有機會用來監測人體活動力的改變。
未來，是否也有機會將水凝膠光纖植入人體，監測組織發炎或者癌細胞的變化?
文章參考：MIT News
圖片來源：MIT@MIT News CC BY-NC-ND 3.0
