研究人員創造了”活體生物電子學”，這是一種將細胞、凝膠和電子學結合在一起的裝置，靈活、適應性強、可儲存，可與人體連接，用於監測和治療皮膚病。在小鼠身上進行的試驗表明，這種裝置可以減輕炎症，並具有更廣泛的醫療應用潛力。該團隊正致力於將這項技術商業化。

史久雲（Jiuyun Shi）拿著他和芝加哥大學科學家團隊發明的一個小型裝置，該裝置將活細胞、凝膠和感測器整合在一起，創造出”活的生物電子學”來治療皮膚。圖片來源：Jiuyun Shi 和Bozhi 田/芝加哥大學

多年來，田博智教授的實驗室一直在探索如何將電子領域（通常是剛性、金屬和笨重的領域）與人體的柔軟、靈活和微妙特性相結合。在最近的研究中，他們創建了一個所謂”活體生物電子學”的原型：活細胞、凝膠和電子學的結合體，可以與活體組織融為一體。

這種貼片由感測器、細菌細胞以及由澱粉和明膠製成的凝膠組成。在小鼠身上進行的試驗發現，這種裝置可以持續監測和改善類似牛皮癬的症狀，而且不會刺激皮膚。

“這是與傳統生物電子學的橋樑，傳統生物電子學將活細胞作為治療的一部分，”該論文的共同第一作者、曾在田的實驗室（現為斯坦福大學）攻讀博士學位的Jiuyun Shi說。

田說：”我們非常激動，因為這已經醞釀了十多年。”

研究人員希望這些原理也能應用於身體的其他部位，如心臟或神經刺激。這項研究發表在5月30日的《科學》雜誌。

將電子設備與人體配對一直是個難題。雖然心臟起搏器等設備改善了無數人的生活，但它們也有自己的缺點：電子設備往往笨重而僵硬，可能會引起刺激。

但田的實驗室擅長揭示活細胞和組織與合成材料相互作用背後的基本原理；他們以前的工作包括可以用光控制的微小起搏器，以及可以構成骨植入基礎的堅固而柔韌的材料。在這項研究中，他們採用了一種新方法。通常情況下，生物電子學由電子元件本身和一個軟層組成，而軟層的作用是減少電子元件對人體的刺激。

但是，田的研究小組想知道，他們是否能透過整合第三個組件（活細胞本身）來增加新的功能。研究團隊對某些細菌（如表皮葡萄球菌）的治療特性很感興趣，表皮葡萄球菌是一種天然生活在人體皮膚上的微生物，已被證明可以減輕發炎。

薄如蟬翼的貼片整合了柔性電子電路、木薯澱粉和明膠製成的凝膠以及有助於治療皮膚病的友善細菌。圖片來源：Jiuyun Shi 和Bozhi Tian/芝加哥大學

他們創造了一個由三個部件組成的裝置。框架是一個帶有感測器的薄而柔韌的電子電路。它上面覆蓋著由木薯澱粉和明膠製成的凝膠，這種凝膠非常柔軟，可以模擬組織本身的組成。最後，表皮葡萄球菌微生物被塞進凝膠中。當把設備放在皮膚上時，細菌會分泌能減輕發炎的化合物，而感測器則會監測皮膚的溫度和濕度等訊號。

在對易患牛皮癬樣皮膚病的小鼠進行的試驗中，症狀明顯減輕。

他們的初步測試持續了一周，但研究人員希望該系統–他們稱之為ABLE平台（Active Biointegrated Living Electronics）–可以使用半年或更長時間。他們說，為了讓治療更方便，裝置可以冷凍乾燥儲存，需要時也可以輕鬆補水。

論文的另一位共同第一作者、實驗室的在讀博士生Saehyun Kim 說：”由於治療效果是由微生物提供的，因此它就像一種活的藥物–不必再給它加藥。”

更廣泛的應用和未來目標

除了治療牛皮癬，科學家也設想了一些應用，例如用貼片來加速糖尿病患者的傷口癒合。

他們也希望將這種方法推廣到其他組織類型和細胞類型。田說：”例如，這能創造出一種胰島素分泌裝置，或是一種與神經元連接的裝置嗎？有許多潛在的應用。”

田說，這是他從近15 年前擔任博士後研究員時就一直懷有的目標，當時他第一次開始試驗”義體組織”。他說：”從那時起，我們已經了解了很多基本問題，例如細胞如何與材料對接以及水凝膠的化學和物理，這讓我們能夠實現這一飛躍。看到它成為現實，我感到非常高興。

史久雲說：「我一直熱衷於挑戰科學的極限。」我希望我們的工作能為下一代電子設計帶來靈感。 “

編譯來源：ScitechDaily