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奈米分子水壩效應及在生物醫學上的應用
疾病早期診斷及治療，尤其在癌症的早期發現及治癒方面，對於維護國民健康及有效運用醫藥資源非常重要。因此，疾病的早期檢測一直是過去數十年來健康醫療領域的努力方向。
癌症的早期診斷，常仰賴於與癌症相關生物標誌分子（蛋白質）的偵測。由於蛋白質生物標誌分子在疾病的早期發展階段中，數量甚為稀少且其獲得更有困難度，如何檢測其種類及含量，一直是該領域極大的挑戰。基於此一趨勢，在國科會經費支持下進行三年期研究計畫「聚電解質於微奈米流道內交流電場下之動力學及偵測」(註)，本研究團隊提出了一個新的分子富集的方法，稱為「分子壩」，並依此方法開發出若干分子富集或預濃縮的奈米流體元件。該方法可在高鹽的生理緩衝液內，以奈米尺度的無電極式介電泳，快速達到蛋白質富集與濃縮。
由於目前並沒有可用於蛋白質的化學放大/複製方法，對於低量蛋白質的分析，樣品富集或預濃縮，往往被視為是進行高解析度分析的第一個先決條件。然而以往的研究中，對於蛋白質的富集常需耗費數十分鐘甚至數小時的時間，耗費較大的成本，故而研發較佳的分子富集裝置，實務上可以縮短蛋白質之偵測分析時間並提高其靈敏度，也能節省分析的成本。本計畫以絕緣材料（石英）製作了奈米流道，並在其中嵌製30奈米大小的隘口結構，作為聚焦電場的透鏡，可將外加電場放大約7萬倍，介電泳力（和電場平方成正比）增強50億倍！藉由這個奈米隘口聚焦的強電場和其電場梯度，並利用分子壩的效應，便可達到快速濃縮蛋白質的效果。由於本方法能在20秒內濃縮蛋白質至少10萬倍，且其最快記錄已然較以往文獻報告的方法快了幾個數量級。
本研究結果所展現的應用潛力，包括以微型化感測平台（生物晶片）快速且靈敏地分析蛋白質或檢測疾病的生物標誌物（例如癌症，心血管疾病，流感），或應用於沉澱研究和蛋白質結晶學，並可能進一步擴展到藥物小分子的富集或篩選。（此項成果已申請美國專利，中華民國專利申請中）。
本研究成果之可能應用範圍包括生醫產業，生物綠能，化工產業，或研究單位需要做微量蛋白質的分析量測（包括定性與定量）應用。例如：癌症的早期診斷（例如：肝癌，攝護腺癌）或疾病的即時診斷（例如：心肌梗塞因子肌鈣蛋白，流感標誌物等）以及生物綠能類之高效微型生化反應器等等。
[註] 誌謝:
本研究同時受到中央研究院（前瞻主題計畫、奈米科技研究計畫及奈米核心設施）與美國空軍實驗室亞洲辦公室(AOARD)支持下完成。
補充資料
研究成果之市場競爭潛力
本研究裝置與方法有以下幾項優點：
(1) 目前市場上，蛋白質富集大多用表面修飾之微米磁珠，但對於極低濃度的蛋白質富集，顯得力不從心。本研究之方法相較多數研發中以電場驅動的微奈米平台，其富集速度要快上許多。
(2) 比傳統方法更有效達成蛋白質富集及預濃縮。
(3) 和微型化感測平台（生物晶片）相容，此裝置可以與多通道以及陣列線路佈局無縫整合以達成平行操作。
(4) 此裝置可以廉價的大量生產，並可用塑膠材料製作。例如以微熱壓塑膠成型（hot embossing）或奈米壓印(nanoimprinting)技術達成。
研究成果之可能應用
生醫產業，生物綠能，化工產業，或研究單位需要做微量蛋白質的分析量測（包括定性與定量）應用。例如：
產業界：
1. 生醫產業－癌症的早期診斷（例如：肝癌，攝護腺癌）或疾病的即時診斷（例如：心肌梗塞因子肌鈣蛋白，流感標誌物等）
2. 生物綠能－高效之微型生化反應器
3. 藥廠－藥物-蛋白質反應及藥物篩選
4. 化工產業－酵素反應效能之提昇，沉澱研究
學術界：
1. 生物標誌分子之分析與發現
2. 蛋白質體研究（結合質譜儀，可能應用於蛋白質甲基化及磷酸化之分析或搜尋新的癌症或幹細胞標誌分子）
3. 蛋白質結晶學（例如：快速提高蛋白質結晶所需的臨界濃度）
4. 微型生化反應器
5. 酵素反應動力學
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