生物晶片

生醫創新科普推廣計畫

國立科學工藝博物館科教組 / 鄭瑞洲 / 副研究員
本年度前沿科技轉化研究主題為國家實驗研究院臺灣半導體研究中心陳惠民研究團隊的「蛋白質晶片效能最佳化」研究,執行作法為:
  1. 生醫創新科普教材及教具開發:透過內容分析、繪製核心概念圖譜,並連結中學生課綱,融入生活時事,開發現階段中學生非制式科學課程教材及科普文稿,並開發能動手操作之教具及模型材料包,應用於後續科普推廣體驗及研習活動。
  2. 生醫創新科普體驗活動:將開發之科普教材及教具,結合展示及數位媒材,於科工館內外辦理多元形式的生醫創新科普闖關、動手做及演示等推廣活動,提升社會大眾對生醫科技的認知與態度。
  3. 生醫創新科普動手做研習:透過與公私部門等單位合作,邀請偏遠地區及弱勢族群中學生到館參觀生醫科普展示及動手做,促進教育及學習機會平等,提升中學生之生醫科技知識與科學學習興趣。
成果如下說明:
  1. 開發生醫創新科普教材及教具各1套,含「蛋白質科學」及「生物晶片」教材及評量工具;「DNA雙股螺旋結構模型」及「抗原抗體立體結構配對模型」等動手做教具。
  2. 辦理生醫創新科普體驗活動25場次,1,403人參與。
  3. 辦理生醫創新科普動手做研習(含促進教育機會平等)17場次,620人參與。
  4. 編寫生醫創新研究科普文章2篇。
  5. 發新聞稿及媒體公開報導62篇。
  6. 發表生醫創新科普推廣教育研究於2021年3月科技博物期刊論文1篇。
本計畫轉化科學家的前沿生醫科技研究成果,開發能促進中學生的生醫科技概念理解與學習興趣之創新科普教材及動手作活動,可做為未來中學教師轉化科學/科技研究為中學生科學實作課程及教學實務之參考。

「蛋白質科學」及「生物晶片」動手做教材
(含評量工具)
適用對象:國中及高中生

轉化研究主要的核心概念分別為:
  1. 蛋白質簡介/蛋白質組成、特性、胺基酸、蛋白質結構、蛋白質變性及蛋白質缺失。
  2. 蛋白質合成/生命中心法則、轉錄及轉譯、蛋白質的修飾與活化、蛋白質摺疊與功能。
  3. 蛋白質實驗/蛋白質檢測包含雙縮脲試劑、SDS PAGE、Xray繞射、ELISA檢測實驗及豆皮探究實作(蛋白質變性)。
  4. 生物晶片/微陣列晶片(DNA及蛋白質晶片)、實驗室晶片、生物晶片應用、蛋白質晶片製作及檢測困難。
  5. 蛋白質晶片改良/蛋白質可控性及同向化,透過外加電場改變蛋白質排列及角度、奈米線蛋白質晶片等核心概念。
本活動開發之動手做體驗教材包含有蛋白質科學及生物晶片教材簡報、蛋白質變性、蛋白質檢測實驗、蛋白質探究實作、及科學概念評量工具等。







「DNA雙股螺旋模型DIY」教具包
適用對象:國中、高中生及社會大眾

1953年生物學家華生和物理學家克里克,藉由科學家富蘭克林的的DNA晶體繞射圖,推測出DNA分子為雙螺旋構造,獲得諾貝爾獎!DNA的分子結構就像一串長長的螺旋樓梯,稱之為雙股螺旋,它是由一對一對的核苷酸分子所排列組合而成。那核苷酸又是什麼呢?核苷酸是由三大部分所組成:五碳糖(去氧核糖)、含氮鹼基和磷酸根,其中含氮鹼基分別有A、T、C、G四種。DNA的雙股螺旋就是以去氧核糖及磷酸組成樓梯的扶手,而四種不同鹼基兩兩配對 (A=T; C≡G)就像一階一階的樓梯,而四種不同鹼基以特定的順序排列,GGTGACTG……,就像一串長長的電報密碼,蘊藏我們身體的遺傳訊息,而這些特定的遺傳密碼就是我們所熟知的基因,代表著產生特定蛋白質的密碼喔。讓我們操作DNA雙股螺旋模型教具包來認識DNA的構造及其應用吧!

DNA雙股螺旋模型教具包的開發目的為解決目前國高中學生學習DNA雙股螺旋模型多透過紙牌拼貼或圖片瀏覽學習,較無法重複使用或修改操作,此外現有市面上的DNA雙股螺旋模型塑膠教具均非常昂貴,較無法進行課程動手做教學或推廣活動,本計畫與合作廠商合作開發價格便宜且簡易操作的DNA雙股螺旋模型教具包,可解決目前DNA雙股螺旋模型動手做教學及推廣等問題。




DNA雙股螺旋模型DIY影片


「抗原與抗體專一性配對模型DIY」教具
適用對象:國中、高中生及社會大眾

抗體為蛋白質,具有「專一性」,可以辨識特定抗原特定位置(抗原決定位)與其結合。抗體的專一性指「一種抗體只會和一種抗原決定位結合」,其結合與抗原及抗體的立體結構有關,本活動透過操作不同抗體及抗原模型瞭解抗原與抗體間的專一性配對。

抗體並無法辨識整個抗原,而是透過辨識抗原的特定位置,而抗原被辨識的這個特定區域就稱為抗原決定位(epitope)。此抗原與抗體專一性配對模型教具即在放大此抗原抗體配對決定位的立體結構,開發不同立體結構的決定位進行抗原與抗體專一性配對體驗活動,操作者可透過模型操作瞭解抗原與抗體專一性配對的原理。此外也透過操作模型瞭解抗原與抗體間的專一性配對並非透過共價鍵結合,而是透過抗體與抗原決定位之間胺基酸分子的特性與蛋白質立體構型,產生氫鍵、離子鍵、凡德瓦力或疏水作用等結合作用力,這種結合是屬於可逆性的,並且會受到溫度、pH值等影響,而結合的緊密程度也就是抗原抗體間的親和性。





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