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雲科大發明二維材料 提升糖尿病檢測效率
新知
第1820期
雲科大發明二維材料 提升糖尿病檢測效率
焦點
2025-11-28
【記者陳筱雯報導】血糖儀為糖尿病患者的必備工具,透過持續監控自身血糖變化來控制病情。國立雲林科技大學電子工程系教授陳錫釗團隊發明「二維層狀過渡金屬硫化物修飾氧化亞銅/氧化鋅奈米柱非酵素葡萄糖感測器」,在過往的非酵素葡萄糖感測器中加入二維材料使作用更穩定、速度更快,獲得波蘭國際發明展金牌肯定。 葡萄糖感測器上滴落患者血液,即可檢測血糖,此技術共經歷三代更迭,過往的葡萄糖感測器多利用酵素檢測,然而酵素十分脆弱,容易受環境溫度變化或空氣中的其他物質影響而失效,因此需要頻繁更換檢測器,目前正在使用非酵素型血糖儀的糖尿病患者陳筱晴說:「驗血糖的試紙用過就要丟棄,還要花錢買新試紙。」陳錫釗也補充酵素的壽命週期僅約一到兩週。目前市面上多為二代產品,它們不像初代需要使用貴金屬鉑,因而能夠量產,但酵素不穩定的問題依舊存在,且傳統血糖儀檢測時間約需5到10秒,準確性約為95%。團隊的發明則屬第三代,拋棄使用酵素的慣例,改為使用無機材料「氧化亞銅」檢測葡萄糖,可在1秒內得出具97%以上準確性的結果。 該技術使用的氧化亞銅,在學術上被認為是非酵素葡萄糖感測電極的最佳介質,能與葡萄糖快速反應,以此檢測身體的含糖量。團隊選擇原用於半導體產業的烯類化合物作為主要成分,並發現當烯類化合物鍍在氧化鋅上時,會呈現竹子一節一節的形狀,陳錫釗說:「葡萄糖電子會從竹節通過,電子傳輸力就會比較強,感測能力也會增加。」團隊也將烯類化合物製成二維的層狀,其表面積比三維的塊狀更大,因此能加快反應速度。 團隊未來希望在二維材料內中加入金屬有機骨架(註),繼續提高偵測靈敏度及反應效率,然而金屬有機骨架包含有機分子,遇高溫易碳化解體,而二維材料在提升感測能力上,又極其仰賴在高溫下才能生成的硫化物,導致其製程需要極高的溫度,陳錫釗說:「要真正長出硫化物的話,溫度要在650度以上。」團隊面臨兩難,若降低製程溫度,則難以生成硫化物,若不調整製程溫度,金屬有機骨架就會面臨解體的風險,目前仍在嘗試解決中。 註:金屬有機骨架又稱MOF,是由金屬離子與有機分子組成的多孔材料,具有高度比表面積等優勢,非常適合提高材料精度及靈敏度。 目前距離發明落地還需要一段時間,因為非酵素型葡萄糖感測器屬醫療器具,需經過醫療認證,雲科大電子工程系學生倪戎伶表示,通常需要經過一到兩年的多次修正才能完成認證,「因為需要經過長期的臨床,過程會很漫長,之後若要醫用、商用又會需要更多的認證。」取得認證後,團隊也希望能授權給製作血糖儀的大廠,交由他們製作。倪戎伶家裡也曾有糖尿病患者,他親眼看過患者測血糖的樣貌,因此期望發明能夠真正的幫助到患者,他說:「希望可以讓量測更準確,不需要一直換儀器,也能買到更便宜的商品。」
興大創傷口敷藥新配方 加速糖尿病患傷口癒合
新知
第1774期
興大創傷口敷藥新配方 加速糖尿病患傷口癒合
2022-12-08
【記者江昇綜合報導】糖尿病患者的細胞因長期浸泡在高糖環境中,造成分裂緩慢,導致傷口難以癒合。國立中興大學學生團隊研發「糖尿病患傷口敷藥新配方」,望能加速傷口痊癒,同時增強免疫功能避免感染。該技術榮獲國際遺傳工程機器設計競賽(International Genetically Engineered Machine Competition, iGEM)銀牌獎。根據國際糖尿病聯盟統計,全球有超過5億名糖尿病患者,台灣每十人就有一人患病。團隊隊長、興大生物科技學士學位學程學生徐旻鈺表示,糖尿病患者傷口不易痊癒,容易引起細菌感染,嚴重時會引發足潰瘍、甚至導致截肢,不僅會造成龐大醫療支出,也會影響患者心理健康。因此,團隊研發新型傷口敷藥,盼能改善病患生活,並減輕醫療機構負擔。該配方所使用的「PQQ(Pyrroloquinoline quinone)」為一種抗氧化物質,「在已知文獻裡,被證實對細胞修復有很強的促進效果。」團隊成員、興大生醫工程研究所碩士學生蘇沂凡解釋,PQQ能刺激粒線體(註一)產生能量供細胞活動,過去主要用於抗老化保健食品,但其促進細胞活性的特點也能協助傷口癒合。因此,團隊將PQQ製成傷口敷藥,藉此增強患者的自癒能力。註一:細胞內的一種胞器,負責生產能量,有「細胞能量工廠」之稱。為大量製造PQQ,團隊以基因轉殖技術(註二)培育出能生產PQQ的納豆桿菌,「納豆桿菌是一種公認的無害菌株。」蘇沂凡說明,納豆桿菌不僅不會產生毒素,更會生成多種有益人體的物質,如能平衡血糖的維他命K2、促進血液循環的納豆激酶等,可進一步提升傷口復原的效率。註二:將一種生物的遺傳物質移入另一種生物的細胞中,藉此改造基因。護理師游淑貞提及,「糖尿病患者傷口不易癒合的原因有很多,一般是需要看每個病患的情況來選擇治療方式。」因此,他對這項技術能否普遍應用於所有患者抱持疑慮。不過蘇沂凡認為,本次研究成果已經證實PQQ協助傷口修復的可行性,團隊也期盼該技術被實際應用於醫療機構當中,為糖尿病患者帶來幫助。
成大創智慧尿檢器 推日常心血管疾病監控
新知
第1717期
成大創智慧尿檢器 推日常心血管疾病監控
2019-12-12
【記者林琬蓉綜合報導】國立成功大學電機工程學系教授李順裕指導學生團隊研發「智慧尿液檢測器」,該裝置能透過尿液檢測,分析使用者得心血管疾病的風險,並可連接APP。使用者能直接在APP上了解自身心血管的健康狀態,有助於監控、預防心血管疾病,適合社區快篩與居家照護使用。此系統於5至8日在「2019未來科技展」中展出。 國立成功大學電機工程學系教授李順裕指導學生團隊研發「智慧尿液檢測器」,於「2019未來科技展」展出。 圖/林琬蓉攝據衛生福利部統計處資料顯示,心血管疾病已連續多年位居國人十大死因前三名,然而,心血管疾病的患者缺乏日常監控疾病的方法。因此,團隊致力研發可隨時隨地使用的智慧尿液檢測器,該晶片可偵測尿液中與心血管疾病相關的蛋白質指數——肌酸酐、白蛋白以及NT-proBNP。團隊學生邱鼎翔解釋,肌酸酐、白蛋白以及NT-proBNP以往是抽血檢驗的項目,等待分析報告耗時,而團隊改以尿液檢測,只需約半小時便可得知結果。肌酸酐的數值可判斷腎功能的好壞;尿液中白蛋白排出量除能反應糖尿病腎病變和糖尿病併發症外,也是心血管疾病死亡率的預測因子;NT-proBNP則是臨床上評估心臟衰竭的重要指標。 團隊開發的晶片能感測三種物質——肌酸酐、白蛋白以及NT-ProBNP,可評估使用者心血管健康狀態。 圖/林琬蓉攝該裝置的使用流程為,使用者把裝尿液的杯子置於杯架,將晶片插入檢測器中,浸泡有電極的一端於尿液中,再以手機APP透過藍芽連結檢測器。啟動檢測器後會自動完成所有程序,等待約半小時,使用者即可從APP獲得檢測的評估報告。APP會顯示使用者得心血管疾病風險和醫學建議。團隊學生李浩雲說明,風險指數評估目前簡單分成低、中、高三個等級。低等級表示使用者得心血管疾病風險低;中等級指使用者罹患心血管疾病的風險中等,可透過飲食和運動改善健康,並將提供適合的飲食與運動方案;高等級代表使用者在近三個月內極可能因心血管疾病掛急診或住院,建議盡速至醫院做詳細檢查。 團隊設計不同放置晶片的裝置,左為新設計的夾子外型,方便夾取晶片,操作時也不會碰觸到尿液。 圖/林琬蓉攝成大醫學院附設醫院心臟血管科主治醫師陳儒逸指出,此智慧尿液檢測器在任何環境都能使用,具方便與可攜性等優點,適用於居家照護,若未來能普及推廣,應該會是評價很高的產品。此外,團隊將針對本次展覽獲得的建議與回饋,持續優化智慧型尿液檢測系統,期待未來能協助使用者預防及監控心血管疾病,降低心血管疾病死亡率。
免去扎針之痛 糖尿病手環造福病患
新知
第1609期
免去扎針之痛 糖尿病手環造福病患
焦點
2015-11-27
葉家渝、黃詣翔展示糖尿病手環Circle Life設計。 圖/葉家渝、黃詣翔提供【記者黃婕台北報導】你是否知道糖尿病患者一天需要在自己身上扎多少針?高齡患者若忘記施打胰島素,會有多危險?林詣翔、葉家渝結合美、日兩項專利和物聯網的概念,設計出糖尿病健康手環Circle Life,幫助患者免去扎針之痛及忘記注射的困擾,獲得江蘇「紫金獎」文化創意設計大賽銀獎。「希望我們可以整合糖尿病患者須使用的器具,並減輕他們的疼痛。」台灣科技大學設計研究所葉家渝表示,因為同學的母親是資深護理長,經由她得知現在有新的技術,可讓糖尿病患者在檢驗血糖和施打胰島素的過程中不需用針刺破皮膚,承受痛苦。她也發現,過去的糖尿病患者使用的醫療設備多且繁雜,不便攜帶,所以決定找當時一起就讀台北科技大學的同學黃詣翔合作,設計一個整合性裝置來解決這些問題。糖尿病無法根治,只能監測與控管。簡約時尚的糖尿病健康手環Circle Life整合了兩項專利技術;第一個是微針注射,刺入皮下的淺層,極細的針尖不會破壞神經和血管,也不會造成疼痛感,跟貓咪舔手指的感覺一樣。第二個為血糖偵測電極片技術,利用微電流分離皮下組織的鹽分,更精準地計算血糖值,進行非侵入性的糖尿病控管檢測。最後利用「物聯網」的概念,將基本的健康狀況例如心跳速率、血糖值記錄在穿戴裝置中,再連結至手機APP分析判讀,不僅可提醒病患目前身體狀態,同時也將資訊整合給家屬和院方,方便做第一時間的治療。 Circle Life糖尿病手環操作方法。  圖/葉家渝、黃詣翔提供 Circle Life糖尿病手環應用技術和功能簡介。  圖/葉家渝、黃詣翔提供「已經結合了需要的技術,建構成一個產品,可是卻沒有辦法將它實體化。」台北科技大學工業設計系黃詣翔提及,這是他們目前最遺憾的事情。雖然找了許多資料佐證產品的可行性,但礙於結合的是美國和日本的專利技術,未經授權無法使用,再加上已接洽的廠商也未能掌握這些醫療技術,所以無法將設計概念實體化。光是將設計作品做成展示模型,就已花掉了新台幣3萬元,這也是設計系學生常常遇到的問題。「我們最大的希望並不是靠設計賺錢,而是不管有沒有獲利,自己的心血結晶可以有造福大眾的一天。」黃詣翔說表示,會繼續找尋合作的廠商,並計畫到德國參加紅點設計大賽,增加知名度,讓設計更靠近實體化的夢想。
大小形狀成關鍵 人工細胞擬真運作
新知
第1599期
大小形狀成關鍵 人工細胞擬真運作
2015-05-27
【記者何謙綜合報導】美國麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)18日於《自然材料(Nature Materials)》期刊發表新型人工細胞研究,此細胞可在體內滯留至少四週不被免疫系統消滅。目前團隊將細胞應用在搭載胰島素,注入糖尿病患體內,省去患者每日施打四次胰島素之苦。現行的醫療植入物效果不彰,因為一旦被免疫系統發現,自體就會產生疤痕組織將之殲滅,植入物也會隨之失去效用,所以當前研究多朝向如何將植入物縮小,試圖改變材料以逃過免疫系統辨識。麻省理工團隊長期實驗發現,真正能蒙蔽身體的方法與材料無關,而是要仿造出最類似體內細胞大小與幾何形狀,才能使植入物混入體內,團隊得出一個完美的「1.5毫米球體」結論。團隊同時將直徑0.5和1.5毫米的正球體人工細胞注入體內:0.5毫米的細胞兩週內就被疤痕組織包圍吞噬,1.5毫米的卻在一個月後仍繼續運作。麻省理工化學工程系教授丹尼爾·安德森(Daniel Anderson)解釋:「這份數據剛出爐時我們都很驚訝,人們都以為越小的東西越能融入身體,但事實不然。」團隊最初使用自海藻提煉的「藻酸鹽」作為人工細胞表皮,但測試出最適大小後發現,就算用其他物質例如不鏽鋼、玻璃、聚苯乙烯等製作細胞也不會被免疫系統察覺。博士後研究生歐米德·凡沙(Omid Veiseh)說:「我們發現無論用哪種材料代換,只要細胞維持在最適大小就能成功待在體內,這能使醫療植入物大為普及。」安德森表示人工細胞在未來將能治療更多疾病,目前團隊將之作為糖尿病患的投藥載體。方法為把人工細胞分批:一部分導入胰島素,另一部分則置入血液葡萄糖濃度的感應器。一旦感應器偵測到濃度低於正常值,細胞就會開始滲出胰島素,糖尿病患者毋需再每日使用滴血測血糖機或自行施打胰島素。
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