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微尺度下的精密工程

98/01/06 21281

蔡永彬｜臺灣大學新聞研究所

近年來發生許多急性變種病毒的傳染病（如 2003 年亞洲流行的 SARS），人們除了研發新藥外，也開始檢討傳統的生物醫學檢測流程，若能縮短檢測時間，或同時檢測多個樣本，對於傳染病流行初期的判定和防堵都會有很大的幫助。清華大學動機系楊鏡堂教授研究團隊設計的「微尺度流體混合器」，在這方面已獲得了相當有價值的進展。

「微全分析系統」（miniaturized total analysis system，簡稱 μ-TAS）的概念，最早是 1990 年德國分析科學研究所（Institute for Analytical Sciences, ISAS）所長、生物晶片技術創始人 Andreas Manz 的研究團隊所提出的。他們試圖把實驗室的複雜分析流程，縮小成把「微量檢體」置於「微尺度元件」上，並且配合自動化整合和操作流程，提高檢驗的反應速度。這項概念促進了「晶片實驗室」（lab on a chip，或稱實驗室晶片）及生物晶片（bio-chip）想法的延伸，也是 10 年來生醫檢驗的新顯學。

若要在微尺度元件上完成樣品檢測，如何妥善混合多個反應樣品（例如血液混合生化試劑）就是非常重要的工作。楊鏡堂教授從 2000 年起開始投入這個領域，他們從量測樣本特性開始，設計適合不同樣品的混合方式，並不斷改良。目前已經申請到 30 個臺灣和美國的專利，更獲選 2007 年德國「紐倫堡國際發明展」的銀牌獎及 2007 年國家新創獎。

2003 年 SARS 疫情籠罩全臺，楊鏡堂教授以這種病毒的檢驗為例，傳統的生醫檢測判定一個人是否感染 SARS，少說都要 3 ~ 4 天。但以當時的情況，3 ~ 4 天太久了，不僅浪費防疫時間，也造成社會不安。楊教授說，如果能把實驗室「搬到晶片上」，在微尺度的狀況下，反應區域的表面積相對較大，可能只要半天，甚至幾個小時就能完成檢測，省下大部分時間，對於學術上的突破和政策的施行，都有極大的助益。

微尺度檢測還有樣本小、體積小、容易移動的好處。楊鏡堂教授進一步舉例，以往醫院抽血要抽一個針筒的量，但在微尺度的反應裡只要 1 滴，甚至「奈升」（nano liter, nL，10−9公升）或「皮升」（pico liter, pL，10−912公升）就夠了。因為檢體微量化，相對也減少了化學藥劑的使用和廢棄物的污染。

把微尺度推廣到生物晶片上，由於晶片體積小，楊鏡堂教授形容它像個「行動實驗室」，在新藥開發上可以大量測試處理。此外，檢驗平台小，便於攜帶移動，更有助於架構整體醫療網路。目前楊鏡堂教授正和成功大學附設醫院合作，共同開發生醫上的運用。

微尺度的研究，在肉眼看不到的微小面積裡，要完成計數、萃取、混合、分配、過濾、稀釋、輸送、反應等多項工作，相當不容易。楊鏡堂教授坦承，這往往造成製作成本過高，技術困難的缺點。不過他認為，隨著「輕薄短小」逐漸變成顯學，微尺度的研究仍有非常高的開發潛力。

資料來源

《科學發展》2009年1月，433期，72 ~ 73頁

實驗室晶片(4) SARS(24) 科發月刊(5210)

微尺度下的精密工程

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