具生物相容性與電阻抗性質改善之半胱胺酸表面修飾刺激電極

Abstract

目前許多植入式醫療器材都面臨到器材被組織包覆，影響效能的問題。此問題在植入式電刺激系統，例如心律調節器、周邊神經刺激器上尤為顯著。由於植入式電刺激系統必須藉由輸出電訊號得以發揮器材本身之功能，而組織在器材表面之包覆將提高器材與生物體交界之電阻抗，使器材無法發揮作用。本研究主要目的即為了解金電極經過半胱胺酸修飾後，各種表面性質之改善。半胱胺酸是一種具有硫醇鍵、帶負電的羧基(-COO-)以及帶正電氨基(-NH3+)的雙極性分子。金電極被靜置於半胱胺酸水溶液後，半胱胺酸之硫便會以自組裝(Self-assemble)之方式與金形成硫金鍵結，並在金電極形成低汙(Low-fouling)表面，有機會減少物質吸附。首先，我們透過表面電漿共振法檢測金電極對於抵抗血清蛋白吸附的能力，實驗發現，以0.1mM、1mM、10mM、50mM四種不同濃度半胱胺酸修飾的金電極，相較於未修飾的金電極，都有顯著良好的抗血清蛋白吸附效果，其中以濃度越低成效越好。接著，我們將金電極植入大鼠組織之間，於取出後已掃描式電子顯微鏡觀察發現，修飾後的電極表面能顯著減少免疫細胞貼附的數量，並能延緩免疫細胞的活化。最後，我們架設一系統對電極進行電化學量測，並以Randles cell等效電路法分析電極在修飾半胱胺酸以及接觸血清蛋白後其阻抗的變化。結果顯示半胱胺酸的修飾層能同時藉由減少電極表面阻值、增加表面電容值、抑制血清蛋白的吸附三種方式，達到抑制電極整體電阻抗上升的功效。本研究初步證實了半胱胺酸修飾層對金電極表面在生物相容性與電阻抗改良的幫助，提供了一個有機會應用在改善植入式刺激電極的良好方案。