結構設計
前幾天蘇迪勒颱風帶來了歪腰郵筒正夯，在大家好奇拍照之餘，也突顯產品結構設計的良窳，著實影響產品的功能和環境使用上的可靠度。而醫療產品的設計，更是需要嚴謹，因為每次的使用都關係著生命。例如說，不夠堅韌的針頭，就很可能在使用時斷在生物體內。
微型針電極陣列
微型針電極陣列(矩陣型的微型針)的技術，也就是使用細長的針，穿透腦殼，進行電生理訊號研究、藥物釋放和光基因治療，已經越來越多應用。然而，這種侵入式的醫療，為減少腦部傷害，所以針頭的直徑是越小越好；卻又要顧慮到整支針因應腦部組織機械性質不同，必須有相當的彈性；要能深入腦殼進入腦組織，針的長度要夠長，如何能設計同時滿足以上需求的微型針呢?
結構挫曲，增加強度
如果是相同的彈性材料和直徑，針的長度越長，在施力穿入腦殼時，很容易產生挫曲(buckling)，也就是整個針彎掉或者甚至折斷；然而相當長度的針，在使用上為穿透腦殼組織是有需要的。日本「豊橋技術科學大學」(Toyohashi University of Technology)的研究人員設計製作了一個使用方法，能夠暫時性地增加微型針的「勁度」(stiffness，抵抗變形的能力)，適用於高長度和直徑比的微型針，直徑可小於5微米(µm)，長度大於500微米。這個使用方法是將微型針的末端埋入液態的「蠶絲蛋白」(silk fibroin)中，再等待一天後讓它乾掉固化，微型針的尾端成了塊狀，結構強度增加，所以在施力穿入生物組織時，不容易產生彎曲或挫曲的現象(點這裡看圖片)。蠶絲蛋白是一種高度生物相容性材料，和生物體接觸後會溶解，所以醫師在使用微型針時能持續穩定地進入目標區域。
優於表面塗層的方式
另外，也有科學家設計在針頭表面，加上具有相生物相容性、遇生物組織即溶解的塗層，來增加結構強度。這種以塗層增加結構強度的方式相當常見，不少產品都有這樣的設計。然而，表現上塗層的方式會增加針頭的直徑，也就是加大侵入人體的傷口；此外，塗層的材料在使用過程，溶解在生物體內的量也較前述只加強基座勁度的方式多。
驗證設計結果
研究團隊除了以理論計算結構勁度以外，也就此技術將螢光顆粒注入實驗鼠腦部，再由螢光顯微鏡來觀察，以證明應用生物相溶性材料，加強微型針尾端勁度，將藥物帶入腦部深層組織的方法是可行的。將微型針埋尾端埋入蠶絲蛋白方法很簡單，但這項技術開發，讓這種微針進入生物組織做治療或診斷的方法，進入到實用階段。
文章參考：EurekAlert!
圖片來源：kevin dooley@Flickr CC BY 2.0
原文參考：Advanced Healthcare Materials
