德國研究人員最近打造出能探測活細胞周圍電解液變化的石墨烯(graphene)電晶體陣列。該研究團隊認為此元件陣列未來能直接與人體神經系統連結，可望應用於視網膜或大腦皮層的植入物，以期能幫助視障人士重建視力或肢障人士操縱義肢。
當神經元發射訊號時，鈉離子由周圍環境進入神經元而鉀離子反其道而行，結果在神經元細胞膜上產生一微弱電壓。生物物理學家自1970年代便試圖偵測細胞周遭電解液性質的突然改變，他們使用的裝置稱為溶液閘極式場效電晶體(solution-gated field-effect transistor, SGFET)，早期多半以矽製成，不過在2004年石墨烯問世後，一些研究人員認為單原子厚的石墨烯可能用來製作更佳的SGFET。
一般石墨烯場效電晶體是透過調整閘極電壓大小來控制電流通道的開與關，不過在SGFET中，石墨烯是置於細胞的電解質環境中，閘極電壓反而保持固定，溶液內離子濃度的改變會影響石墨烯的電子性質，進而改變其導電率和電流大小，因此得以藉此偵測神經元訊號的發射。
慕尼黑工業大學(Technische Universitat Munchen)的Jose Garrido等人製作的裝置為8×8的SGFET陣列，每個電晶體的大小約為10 μm。他們用這些陣列來探測培養基中神經元細胞發出的訊號，並證實神經元細胞可長時間存活在石墨烯附近。Garrido認為石墨烯有許多超越矽材料的優勢：第一，石墨烯表面能保持潔淨，不像矽在接觸電解液時會形成氧化層而降低效能；第二，石墨烯的超高電子遷移率提高探測元件的靈敏度；最後，具可撓性的石墨烯更適合用來製作能植入人體內的裝置。
Garrido表示，石墨烯SGFET的重要應用之一是製作能幫助視障人士恢復視覺的視網膜植入物，他認為包含1000個單位的元件陣列應可提供大腦足夠的影像訊息。另一方面則可作為大腦皮層植入物以幫助肢障人士操縱義肢。Garrido認為製作1000單位的元件陣列並非難事，真正的挑戰在於如何整合至人體內。他們下一步想證明此SGFET不僅能使用於細胞培養環境下，更能應用於活組織中，以及計畫驗證元件的存在無害於神經組織。詳見http://arxiv.org/abs/1302.1418。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:Yann-Bor Chen (Texas A&M University-Commerce)
責任編輯:劉家銘