2023奈米科技創新應用計畫研究成果交流會暨審查會議報導 (2023/5/4)

by Yang-Kuang Chao
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5月的臺北溫暖宜人,2023奈米科技創新應用計畫研究成果交流會暨審查會議於5月4日在台北六福萬怡酒店舉行。會中邀請了奈米研究領域資深卓越及新世代學者共同參與、觀摩,總計有近90位國內專家學者共襄盛舉。會議中,各計畫團隊分享了他們的研究成果,與會者就學術研究未來發展關鍵,展開了積極的互動及討論。

世界就在我眼前

看見眼前的世界對我們大多數人來説,是一件再普通不過的事,但是對於那些患有遺傳性視網膜病變的人來説,卻是一件遙不可及的事情。

這次成果交流會中,臺北醫學大學的牟中原教授及團隊和大家分享了他們正在開發用於治療遺傳性視網膜病變的基因治療遞送系統-眼內注射和滴眼液配方的研究成果。

遺傳性視網膜變性常發展為永久性視力喪失,且大多仍缺乏有效的治療藥物。目前只有 Spark Therapeutics Inc. 開發的藥物 Luxturna 已被 FDA 批准用於治療LCA。LUXTURNA 是一種通過 AAV2傳遞野生型 RPE65基因的治療方法。CRISPR/Cas9基因修飾平台具有特異性和效率,靶向疾病相關基因或突變的基因治療,因此基於CRISPR的基因治療技術受到關注。

然而,目前常見的病毒載體仍然存在許多限制,無論是LUXTURNA的多步驟手術治療和有限的持久效果或是CRISPR的龐大組件造成AAV生產的困難都對遺傳性疾病的治療造成阻礙。因此,HITI基因治療策略需要一種有效傳遞 CRISPR/Cas9 基因編輯組件的方法。可以裝載質粒 DNA 的中孔洞二氧化矽奈米粒子 (MSN) 是一種具小的尺寸(<50nm)、高載藥效率和良好的表面性能的奈米載體。MSN 對生物組織具有高滲透性,可應用於視網膜病變的治療。對生物組織具有高滲透性,可應用於視網膜病變的治療。研究團隊已經成功生成了兩隻表達 XLRS特徵的具有不同 RS1 突變位點的敲入小鼠。研究團隊還展示了MSN 在小鼠和豬視網膜中的滲透性。這個特性顯示MSN載體為遺傳性視網膜變性治療引入了一種安全、更有效和更具成本效益的非病毒基因療法,並證明了該策略在個性化醫療中的實施,研究團隊希望這種方法也能適用於其他遺傳性疾病,加速醫學精準療法的發展。同時,研究團隊也試著與業界結合,以朝向臨床前試驗為計畫未來的最終目標。希望這項研究可以幫助那些患有遺傳性視網膜病變的人看見眼前的世界!

光學與健康的密不可分

成果發表會上,臺灣大學化學系的江建文教授及團隊和大家分享了他們正在努力的以奈米電漿手持裝置響應 COVID-19 生物標記物之動態監測的計畫進度及突破。

會中,團隊分享了使用新型光學技術克服全球健康問題的重要性。表面增強拉曼散射(SERS)是一種很重要的技術。這是一個基於生物識別和通過納米動態產生動態熱點的技術,用於捕獲樣本中的特定病毒。基於初步結果,研究團隊能夠捕獲具有“vibrational fingerprints”,並了解病毒蛋白質的確認/形態變化,這可以及時提供病毒變異信息。另一方面,研究團隊可以通過在系統中加入”optical-interference free” 納米標籤來進一步提高定量能力。除了登革熱病毒、流感病毒和SARS-CoV-2,團隊正準備在這個項目中擴大生物標誌物檢測的範圍,希望進一步提升這項技術的市場價值。目前團隊正在與醫院合作夥伴討論其他生物標誌物(如癌症生物標誌物)。團隊將在該項目的早期階段開始設計和生產原型產品。原型產品應該能夠對消費者和投資者進行示範,從而為研究團隊所研究的產品吸引更多的投資。

奈米網狀超穎材料的創新之路

超穎材料具有次波長的人造周期性結構,在於特定波長範圍內的電磁波照射下,能產生異於尋常的反應,例如讓光朝反方向偏折的負折射率(negative refractive index)特性。科學家已利用這種特性製作出超級透鏡(superlens),能將光聚焦至比波長還小的區域,使光學顯微鏡的解析度突破繞射極限。其中一種應用即是所謂的隱形斗蓬(invisible cloak)。除光學超穎材料外,此刻意的結構對於材料機械性質的影響,於過去的數十年間亦獲得廣大的關注,亦即所謂的機械超穎材料,由於特異化的結構設計,因而可改變塊材原本機械性質,達到材料機械性質的優化。

清華大學何榮銘教授及其團隊和我們分享了他們對於高有序奈米網狀超穎材料薄膜之製備與應用計畫的研究成果。計畫擬利用嵌段共聚物自組裝,自小而大取代自大而小之製程,使物件之大小可達到奈米尺寸,借助掌性效應之扭曲旋轉機制或是溶液揮發捕獲效應,獲得高有序奈米網狀結構;接著,利用組成鏈段可分解之特性,經由劣解或酸蝕刻製備奈米多孔高分子材料,以此多孔材料為模板,進行溶凝膠、電鍍、無電電鍍等模化反應,製備高有序奈米有機/無機混成材料及多孔材料,已成功仿生螳螂蝦,獲得高有序奈米網狀羥基磷灰石,使脆性本質之羥基磷灰石呈現高韌性;同時,利用掌性傳遞效應,團隊首度證實可利用此方式達到奈米網狀微結構之旋性的操控,結合所建構之模板化合成平台技術,預期可製備多元與多樣之具旋性可調控之奈米網狀結構薄膜,製備掌性光學超穎材料。應用上,由於自組裝高分子材料易加工、易成膜、可撓曲等特性,可於不同基材形成所需之高有序奈米網狀薄膜,可整合微機電製程,製作具備光學超穎材料、機械超穎材料及具有多功能之奈米元件,將是製作新穎光電元件之新契機。

複雜神經訊號傳感與識別模式建立的新一步

成果發表會上,國立成功大學關鍵材料學程的李亞儒教授和他的團隊同大家分享了全無機鈣鈦礦量子點於仿生視神經突觸元件之開發研究的研究成果及進度。

計畫提出使用單一全無機鈣鈦礦量子點半導體材料為基礎,有效整合雙極式(two-terminal)突觸記憶與光學感測功能元件。透過將光學感測元件與突觸憶阻器串連來製作仿生視神經人工突觸結構,可實現同步快速光學刺激(偵測)與高速電阻(記憶)狀態切換的高度協調特性。不同於過去研究,僅透過單一種元件同時作為影像感測與視覺記憶功能,或憑藉兩種不同材料系統間複雜製程的整合結構; 團隊提出的結構無論是組成材料與製程結構上完全相同,不僅具高整合度且易於陣列元件製作外,且能更有邏輯性地整合影像感測與視覺記憶儲存。實現具外部光刺激訊號的感知,光電訊號的轉換與傳遞,以及電訊號運算與記憶儲存的仿生視覺神經系統。此外,其高光波長(顏色)響應特性,也可用於彩色或混合色域的影像識別,建立具複雜功能之仿生視神經人工突觸元件架構。計畫的執行也可拓展鈣鈦礦材料的應用範疇,並在單一種材料上實現電子和光子學兩者高同調整合的新範例,朝複雜神經訊號傳感與識別模式建立,邁出重要一步!

會議中,與會者就學術研究未來發展關鍵、國際能見度提升、乃至學術結構與文化的調整精進,展開了積極的互動及討論。透過計畫團隊成果發表後廣泛的議題激盪,以及壁報交流,更深入地探討研究相關內容,同時開展跨領域合作機會,相信這些不同領域、不同世代的學者們齊聚一堂,一定會為為臺灣的學術永續發展注入新的力量。

( 資料提供:奈米科技創新應用計畫團隊 )

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