生物晶片

以博物館為場域的生醫創新科技轉化計畫

以「蛋白質晶片效能最佳化技術(EOP技術)」前沿科技研究為轉化主題,連結中學生物課程內容,將重要的科技概念及應用轉化為互動科普展示、數位媒材、科普教材、教具及科普文稿等成果,進行多元形式的科普推廣活動。簡介如下:

科普展示:將生物晶片資料進行展示規劃,進行互動展示構想設計、規劃及可行性評估。設計動畫(EOP高效能疾病檢測晶片)、大型展品(生物晶
     片知多少、讓抗體排排站—EOP高效能疾病檢測晶片)及方便攜帶的移動式展品(生物晶片)。
數位媒材:將艱深的科研知識,透過腳本設計,透過多元化數位媒材,產出淺顯易懂的科普動畫。
科普教材:開發蛋白質科學及生物晶片簡報教材、蛋白質變性及檢測實驗、蛋白質探究實作、模型教具動手做及科學概念評量工具。
科普教具:DNA雙股螺旋結構模型及抗原與抗體專一性配對DIY教具。
科普文稿:1.生命的秘密-蛋白質知道、2.蛋白質股份無限公司、3.迷你再迷你的實驗室-生物晶片、4.抗體,立正站好!神奇的EOP技術。

EOP技術簡介

「蛋白質晶片效能最佳化技術(EOP技術)」為財團法人國家實驗研究院臺灣半導體研究中心陳惠民研究團隊透過各種創新的蛋白質晶片改良技術,提升蛋白質晶片檢測的效能,以下介紹各項創新改良技術:

圖1 蛋白質可控性及同向化晶片技術實驗裝置
(圖片來源:國家實驗研究院臺灣半導體研究中心陳惠民研究團隊提供)
一、蛋白質可控性及同向化晶片技術
蛋白質晶片製造過程中,固定在晶片上的蛋白質通常呈現不規則的排列,而降低晶片上蛋白質與標的物有效配對,而讓晶片的檢測效能不佳,陳惠民研究團隊創新開發一蛋白質可控性同向化晶片實驗裝置,如圖1。

透過裝置中的兩片金屬板作為外加電場,透過正負兩極的電場牽引帶電性的蛋白質,旋轉中間固定晶片的平台,就可讓固定在晶片上的蛋白質排列整齊且呈一致的方向。採用此裝置應用於蛋白質晶片製造過程中,外加電場讓蛋白質排列整齊固定在晶片上,且可調整蛋白質固定在晶片上的角度,有效控制蛋白質上的活性區能與標的物進行有效鍵結,增進蛋白質與標的物配對的成功率,提升晶片檢測效能。
圖2 抗體蛋白質固定在晶片奈米線上 (示意圖)
(圖片來源:國家實驗研究院臺灣半導體研究中心陳惠民研究團隊提供,國立科學工藝博物館團隊重繪)
二、奈米線蛋白質晶片技術
由於晶片上可大量製造奈米線(如一片6吋晶片可裁出約1,120個奈米線單位) ,如應用在蛋白質晶片上可節省蛋白質使用量,降低成本,且與現行酵素免疫分析檢測方法(ELISA)比較,可縮短很多檢測時間。但過去奈米線蛋白質晶片技無法應用於龐大的生醫檢測市場,其主要原因為使用固定在晶片奈米線上的蛋白質與標的物配對後,產生的信號太微弱,而造成檢測結果不穩定,無法廣泛應用。

陳惠民研究團隊創新開發抗體置於晶片奈米線上的檢測新技術能有效降低成本、節省檢測時間及提升晶片檢測穩定性,可應用於如癌症及過敏疾病檢測,讓奈米線蛋白質晶片檢測更具競爭優勢,如圖2。

EOP技術核心概念

「蛋白質晶片效能最佳化技術(EOP技術)」前沿科技研究內容為透過各種創新的蛋白質晶片改良技術,提升蛋白質晶片檢測的效能,包含外加電場改變蛋白質角度,及結合奈米線提升蛋白質晶片檢測效能。

分析主題研究內容及連結國高中生的生物學科內容,萃取出其主要核心概念:
1.蛋白質簡介、 2.蛋白質合成、 3.蛋白質實驗、 4.生物晶片(微陣列及實驗室晶片)、 5.蛋白質晶片改良。

將上述主題繪製核心概念圖,以利於學習者系統理解核心概念及其間之關係,於網路社群媒體分享,提供有興趣學生及民眾閱讀,並使其能鷹架生技醫藥專業研究概念與中學生學習概念程度間之學習落差,而減少前沿生醫研究概念學習上的困難而願意學習,以充實中學生及社會大眾之生醫科普學習資源。

「蛋白質晶片效能最佳化」主題研究的核心概念

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