圖│iStock
「電子元件」結合「生物醫學」
生物體由有機分子組成，尤嘯華團隊開發的生物電子材料也由有機分子構成。目前團隊開發出各種有機導電高分子化合物，可運用於生物醫學領域，做為人機裝置的介面材料，也就是「電子元件」與「生物體」接觸的那一層「薄膜」。不但有助電子元件完成任務，也提升電子元件與細胞接觸的相容性。
一般對「材料」的理解可能是：一塊石頭就是一塊石頭、一塊鋼鐵就是一塊鋼鐵。但尤嘯華團隊的「有機導電高分子材料」 (PEDOT) 分子結構，取師於自然界會隨指尖壓力開闔的含羞草，若遇到環境中的觸發機制，分子結構會隨之產生響應式的變化。
圖│研之有物
仿生細胞薄膜：讓電子元件與細胞順利互動
雖然生物體的中樞神經、腦細胞對「電流」訊號有反應，但若直接將電子元件植入體內，例如心臟血管支架或是矽晶片，可能會被細胞排斥、產生異物反應。因此，需要一個模仿生物細胞結構的「薄膜介面」，鋪設在植入生物體內的電子元件上，讓電子元件得以穩定地和生物細胞互動。
「仿生細胞薄膜」的原理，就是藉由了解細胞膜如何辨識體外的組織，來模仿細胞膜的成分與結構。
若將目標細胞比喻為「鎖」，則仿生細胞薄膜的分子結構就像一把「鑰匙」，要能與鎖的洞口相容，並開啟生物反應機制。
(2) 為了避免細胞非特異性的沾黏，「仿生細胞薄膜」還需加上模仿細胞膜的親水性結構。
圖│研之有物(資料來源│尤嘯華提供)
尤嘯華指出，將電子元件放入生物體內時，大多只在意電子元件本身的功能，卻鮮少留意生物體的細胞是否會接受這個電子元件、是否會產生危險的異物反應。「我們很常遇到的問題是，別人認為電子元件與生物體接觸的介面材料不重要，有些只專注於優秀的電子元件，但若沒有良好的接觸介面，遲早會有問題。」
雖然過去的研究中，有些認為直接以「高分子」作為介面材料即可，但尤嘯華認為「有機導電高分子材料」 (PEDOT) 打造的仿生細胞薄膜是更好的選擇，因為本身可以導電傳輸訊號、又帶有模擬生物分子機制的特性，可以作為電子元件和細胞的黏著劑，或成為傳遞生物訊號的通道，也有助延長電子元件的壽命。
結合電子元件和生物體的有機生物電子材料，除了有機會實現科幻電影的情節，目前更實際的應用是協助醫師追蹤癌細胞。
奈米偵測晶片：追蹤癌細胞數量與特性
由於某些癌症不容易切片檢驗，因此尤嘯華團隊研發「奈米偵測晶片」，用來抓取血液中的「循環癌細胞」。有些癌細胞會從原生腫瘤或轉移性腫瘤脫離出來，透過循環系統轉移，因此將奈米偵測晶片放入從病患抽血得到的血液中，可以偵測到這些循環癌細胞，並進行後續純化與分析，以利了解這些癌細胞的數量變化及基因資訊，例如下圖前列腺癌的示意：
圖│研之有物(資料來源│尤嘯華提供)
這項技術藉由設計有機導電高分子的奈米結構，裝上硼酸分子的官能基團，會跟癌細胞抗體上醣尾端的寡醣產生鍵結，奈米偵測晶片就能把循環癌細胞抓取下來，並進一步純化癌細胞。
取得的癌細胞，可以進一步用於分析癌細胞的 RNA 變化，幫助醫生從血液中的資訊，判斷哪個病人是前列腺癌的高危險群。
這項從 2008 年開始與 UCLA 的曾憲榮教授合作進行的「奈米偵測晶片」研究，尚有一些挑戰待優化。首先，血液中的癌細胞數量非常稀少，如何透過晶片抓到並取出體外，這過程很困難；其次，要確保取出的癌細胞，在離開存活環境後的生物訊號不會變質。
儘管困難，尤嘯華說：「我希望跟合作夥伴可以有正向循環，而不是做好一個東西讓你直接用」，透過測試、回饋意見、再優化的過程，尤嘯華期待能與更多醫療和生物團隊合作討論，實現有機生物電子材料的更多可能。
科幻電影有人體植入晶片的情節，這有可能嗎？
科幻電影其實是很有啟發性的，對科學家來說，沒有什麼事是不可能的。只要是可以幫助人們的技術，我都願意嘗試發展。
例如，我們實驗室有個技術，有機會應用於研究神經退化疾病。透過設計生物電子元件的介面材料分子結構，可以培養取出體外的「神經細胞」，並在體外給予電流刺激、培養神經細胞。當神經細胞長好後，可以再透過生物電子元件，將它放回生物體內，確保神經細胞不會被破壞。
圖│尤嘯華提供
為何會想把「電子元件」跟「生物體」結合？
台灣的強項是電子產業，但我想做些不一樣的事，我喜歡原創性、概念性的研究項目。
我在麻省理工學院讀有機化學時，原本研究的是「化學偵測器」，後來對「生物偵測器」也產生興趣。這兩者的設計原理相近，但偵測的對象不同。化學偵測器用於偵測炸藥或是環境中的污染物，而生物偵測器用來偵測生物體內物質的改變，像是蛋白質、醣類或 DNA 的變化。這些生物電子的開發都相當有趣，有許多醫生或是電機專業的研究人員投入研發，卻缺乏更多「材料」的開發。
現在我們實驗室的成果是從 2004 年就開始研發的，當時單純只是想知道電子元件如何進入生物體內，是否能以「有機分子化合物」的材料來協助。例如，蛋白質的胺基酸都是一樣的醯胺鍵鏈結，但在分子結構中不同的地方裝上不同的官能基，會創造出各式各樣的用途。我們的研究目標不只著重於應用層面，也希望能開發出更多有機智慧材料。
研究過程中，遇到的困難？
最大的挑戰是與不同領域的人溝通，還有找到願意理解不同領域語言的夥伴。
有機生物電子材料的研究過程，需要各種合作夥伴。在前端可能要有生物學家，而且是研究分子基理的專家，而應用端則需要醫生，這樣才能知道醫界的需求是什麼。剛開始還沒有研究成果時，很難說服其他領域的人合作，所以我試著到不同領域的研討會演講，主動尋找更多合作機會。
研發這些有機生物電子材料，都能派上用場嗎？
(思考了幾秒後說)我們實驗室已經研發出很多介面材料，但是到底有什麼可以真正拿來應用？從科學、到科技、到應用、再到產品，這個過程非常困難，而走上市場的這條路更是艱辛。
以我博士班的指導教授 Timothy M. Swager 為例，他應用先進的科學原理，花了十幾年研發，開發出偵測 TNT (三硝基甲苯) 氣體的機器，現在已經應用於阿富汗及伊拉克戰區，用來偵測炸藥及詭雷 。這是我研究生涯中，最受到啟發的事。這也不能只靠一己之力，未來我希望可以跟更多團隊合作，開發出可以改變人類生活的應用。
就算開發了 100 個材料都沒用，但第 101 個可以進入市場、幫助到別人，那就很好了。
