黃薇蓁助理教授學術分享:下世代腦機界面材料及製程

黃薇蓁助理教授於2015年5月取得交通大學材料科學與工程研究所博士學位後,遠赴美國卡內基美隆大學材料所進行為期1年半的博士後研究工作;於2017年2月即至本校任教,現為醫學工程學院生醫材料暨組織工程研究所助理教授。

黃老師近年致力於應用奈米科技設計多功能高分子仿生材料,生物相容物性及化性的概念為基礎,結合先進製程發展植入式神經電極,應用於加強神經系統延伸之疾病的即時偵測及治療,包括:

▓發展奈米結構化抗發炎並具生物活性的軟性神經介面:以可自組裝形成奈米膠體粒子的兩性幾丁聚醣為載體系統結合,同時為天然交聯劑與抗氧化劑的原花青素;並導入先進3D氣膠列印製程,將此奈米載體系統整合於穿刺型神經電極上。此進化的電極具仿生特性、抗生物沾黏特性、可調控的生物降解性、持續的抗發炎與神經生長因子的釋放能力,在植入大鼠大腦後,證實能有效減低組織的發反應,並能加強晶片的訊號傳輸以及深腦處神經元的活性。(Multifunctional Three-Dimensional Patternable Drug-embedded Nanocarrier-based Interfaces to Enhance Signal Recording and Reduce Neuron Degeneration in Neural Implantation, Advanced Materials, 2015 ;27(28): 4186-93;11th National Innovation Award 國家新創獎)。【右圖:生醫材料暨組織工程研究所黃薇蓁助理教授】

▓發展導電之奈米仿生電極應用於深度腦部刺激術(DBS)治療下,能即時提供腦部活化區域之顯影與動態神經追踪的功能:導電高分子Poly(3,4-ethylenedioxythiophene, PEDOT)導入幾丁聚醣形成的兩性自組裝奈米膠體生物電極,並螯合顯影劑錳離子,以電調控釋放錳離子進入神經元的鈣離子通道,再結合核磁共振顯影(MRI)來追踪受DBS活化之神經元。植入大鼠大腦後,在DBS的作用下能同時釋放錳離子以對受DBS刺激之神經成像,進而提供了受DBS作用之大腦活化區的即時觀測,加強對DBS治療的準確性。(Conductive nanogel-interfaced neural microelectrode arrays with electrically controlled in-situ delivery of manganese ions enabling high-resolution MEMRI for synchronous neural tracing with deep brain stimulation. Biomaterials. 2017, 122: 141-53.中華民國專利201700574:聚二氧乙基噻吩兩性幾丁聚醣聚合物及具有網絡結構之水膠薄膜)。

▓以抗生物沾黏高分子仿生黏性水膠材料特性,與可撓性電子微結構設計發展之膠體支配轉印製程:此製程突破過去電子元件僅適用乾硬材料的限制,首度開發超生物順應相容之水膠電極晶片,其元件具仿組織特性、可與弧面神經組織完全貼密合固定於神經組織、可降解、低阻抗、並可達到周邊神經訊號記錄。(Ultra-Compliant Hydrogel-Based Neural Interfaces Fabricated by Aqueous-Phase Microtransfer Printing. Advanced Functional Materials 2018, DOI:10.1002/adfm.201801059)。(文/研究發展處整理)【圖:超生物順應相容之水膠神經電極】

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