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奈米再生醫療 I–奈米半導體製程,在生醫領域發揚光大

103/05/19 瀏覽次數 9389
隨著科技進步,半導體工業已從過去的微米競賽提升到奈米層次,從30年前的0.25um到現在15nm,可說21世紀已進入奈米科技的時代。而這些奈米技術與製程除了在材料化學、光電,及半導體工程上發光發熱外,現在也從再生醫療領域萌芽:利用半導體的光罩曝光顯影技術(Photo-Lithography),製作圖案化人體血管,再經由細胞再生方式建構立體血管,未來使用人造血管更換阻塞與損壞的血管將是輕而易舉的事情。

2014年初在日本舉辦的nano tech 2014 第13屆日本國際奈米技術展覽會暨研討會,是目前世界上最大規模的奈米技術盛會;這次有來自20個國家、超過520家企業,合計共有736個機構參展;此次大會主軸定調為「生命與綠色」,著重在「再生醫療」、再生能源「氫」…等等環保議題的先進技術上。令人意外的是,原本在半導體與光電領域佔有龍頭地位的廠商,例如:大日本印刷,Panasonic等等,紛紛看準未來奈米生醫市場,而將原來精準的奈米半導體製程技術轉作再生醫療應用。

半導體微影技術是將細小的電路佈局圖,刻寫在石英玻璃片上,此稱為光罩,再將光罩上的圖形,藉由高精準的短波長光源、或雷射轉印在塗有光阻的矽片上,照到光的光阻隨即反應出電路圖樣,藉由曝光動作完成奈米級電路圖。所謂再生醫療乃藉由人工培養細胞或組織的方式,來移植到人體因病症或是意外事故損傷的器官或組織當中;利用患者自體細胞培養出的組織,例如皮膚、血管、軟骨等等,再移植到患者自體內,將可減少術後排斥問題,也可以免除等待移植器官與複雜配對程序的耗時困擾。再生醫療的發展將能為更多的患者帶來福音。

2014年日本奈米展當中,半導體大廠提出光罩轉印技術,應用於再生醫療領域,實現大量培養細胞的生產方式,提供更為經濟的再生醫療手段。以近年最為熱門討論的再生立體血管為例,科學家將直徑僅10um的極細且形狀複雜的毛細血管分布圖刻寫在石英光罩版上,透過精密的半導體曝光設備,照射紫外光線轉印血管圖樣在生物用感光樹脂上,正如同轉印電路線路圖一般;再將正常的血管內皮細胞放在複製有血管圖形的培養皿裡;此時細胞的繁殖與成形,會因樹脂具有不吸附細胞的特性,讓細胞的繁殖、增生,與移動過程會沿著血管圖樣移動,形成人造血管。此種跨領域技術相結合所激盪出的火花,已讓科幻電影的不可能情節成為可能。

此種跨領域技術整合方式,將非生物的奈米材料與生物細胞控制技術相結合,可以解決目前很多的生醫瓶頸,已為醫學手術帶來新革命。未來更可將此一應用推廣到骨骼細胞增生、修復受損頭蓋骨、或是培養牙根膜細胞、治療牙周病等;藉由奈米製程的引進將為再生醫療開闢一條新的道路。(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通」執行團隊撰稿/103年/03月)

責任編輯:楊谷洋|國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊
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