超順應之黏附型蠶絲蛋白水膠微電極陣列開發

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題名:	超順應之黏附型蠶絲蛋白水膠微電極陣列開發 The Development of Catechol Grafted Silk-Gelatin Hydrogel Based Ultracompliant Adhesive Type Microelectorde Array
作者:	湯政庭 Tang, Zheng-Ting
貢獻者:	奈米醫學工程研究所黃薇蓁彭志維
關鍵詞:	蠶絲蛋白;水膠;明膠;微電極陣列 Silk fibroin;Hydrogel;Gelatin;Microelectrode array
日期:	2019-06-25
上傳時間:	2020-01-14 11:15:08 (UTC+8)
摘要:	研究背景: 在醫療上，創傷性周邊神經損傷的治療方式越來越受重視，且目前常用的技術為透過手術治療輔助神經再生，藉此讓組織及器官的功能得以完全恢復。然而這些治療技術，例如:縫合或移植術存在一些缺陷──無法提供時間、空間的調節以及局部神經的監測，考量手術前後與過程間存在之缺點我們目標開發新式植入性醫療電子元件。目標: 對於周邊神經損傷治療上的缺陷，需要開發新式植入性醫療電子，需要符合組織機械性質與生物相容性需求，為了使其符合，我們目標開發具有支架功能、感測神經電訊號以及輔助神經修復之功能的水膠神經植入元件──可與神經組織展現良好的黏附能力、易降解特性、生物相容性以及溫度敏感性等生醫材料特性。材料與方法: 水膠神經植入元件的材料分別為蠶絲蛋白、明膠與多巴胺。這三種材料各有其優點，蠶絲具有多重的本質，譬如：生物相容性、強韌的機械性質、可調控之降解速度以及於水溶液中加工成多種材料形式的能力；多巴胺除了提供黏附性外，還可為神經細胞提供生長之營養因子；明膠則具備可透過溫度調控的機械性質。這三樣材料相互補助，得以使水膠神經植入元件完善呈現。因此在本研究選用蠶絲蛋白、明膠與多巴胺這三項材料來製作水膠（Silk Fibroin – dopamine - gelatin (Sdopa-G) hydrogel）。而這三項材料製作成水凝膠的操作步驟如下：首先透過官能基修飾，將蠶絲蛋白羧酸化，接著使其結構上之羧酸基與多巴胺上的胺基結合，研發出具有黏附性與生物相容性之蠶絲蛋白，並讓明膠與之結合成複合水膠，使其得以成為具黏性且又加強細胞生長之水膠支架。再來，利用明膠易受溫度變化而產生改變的性質，以此讓水膠由液態轉化為固態，且此特性還可用於轉印含氧化銥預製的微電極陣列。透過這些便可製成水膠電子元件。結果: 透過傅立葉紅外光譜儀(FTIR)我們可以初步評估對於蠶絲蛋白的官能基修飾成功，並且利用流變儀與拉力試驗得到了新式水膠的機械性質並且與理論上組織需求之機械性質相符，再來使用掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察水膠，其具有三維網絡結構以輔助細胞生長，在驗證水膠具有蠶絲蛋白與明膠特性後，我們利用質地分析儀檢測了水膠的黏附性，得到當蠶絲蛋白-多巴胺(Sdopa)增加黏附性越好，由此可知水膠具有多巴胺之特性，並且利用此特性我們對微電極陣列成功進行轉印。結論: 蠶絲蛋白官能基的確認為整個實驗流程概括了方向，為了證實官能基的修飾是成功的，利用流變儀等儀器得到了水膠的機械性質訊息，透過獲得的數據資訊驗證了水膠具有合成材料中蠶絲蛋白的特性，並且透過微觀結構得知與未加入修飾後蠶絲蛋白之水膠相比也具有可輔助細胞生長之支架結構，而驗證三種材料其中兩特性存在後，我們預估多巴胺特性理論上需要存在在新式水膠中，故對水膠進行黏附性測試，獲得的結果與理論相符並且與前面數據相互對應，然後利用黏附性質實際對微電極陣列作轉印，並在顯微鏡下確認了微電極陣列無因為轉印而損毀之現象，最後得到了具黏附性、韌性以及三維網絡結構支架之水膠電子元件。 The treatment of traumatic peripheral nerve injury has been paid more and more attention. The commonly used technique is to assist nerve regeneration through surgery to restore the tissue and organ functions. However, these techniques cannot provide spatiotemporal regulation and local nerve monitoring. Implantable neural microelectrode arrays enable in-situ neural signal detection, while the typical devices cannot be fixed and laminated with culvilinear surface of nerve fibers, and the the mechanical mismatch between tissue-device surface tends to induce inflammation. Thus, in this study, by designing a new transfer printing technology, we developed a new implantable microelectrode arrays with good adhesion properties, biodegradation, tissue-mimicked structural and mechanical properties. Dopamine was chemically attached onto silk fibroin, followed by conjugated with gelatin to form adhesive and elastic silk protein-dopamine-gelatin (Sdopa-G) hydrogel. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) was used to evaluate the bonding interaction of Sdopa . Rheometer was performed to investigate sol-gel transition ability of Sdopa-G in response to temperature. Tensile test was operated to obtain the mechanical properties of the hydrogels. Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the three-dimensional structure. Texture analyzer was performed to measure the adhesion of Sdopa-G. Finally, in-situ phase transition and adhesion permotion of Sdopa-G successfully transfer printed the pre-manufactured electronic structure. The final hydrogel-based device was expected to be used as next-generation peripheral nerve graft.
描述:	碩士指導教授：黃薇蓁共同指導教授：彭志維委員：楊正昌委員：張志宇委員：陳柏均
資料類型:	thesis
顯示於類別:	[奈米醫學工程研究所] 博碩士論文

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