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小液珠護一生 居家照護自己來—儀科中心成功開發液珠生醫檢測儀

多功能生化檢測儀多功能生化檢測儀

根據國人的十大死因,平均每五人即有一人死於心血管疾病。仔細探究,可以發現其中有腦血管疾病、心臟疾病、高血壓性疾病及糖尿病等死因與「高血脂、高血壓、高血糖」三高指標有關。換句話說,只要能夠將「三高」控制得宜,就能夠大幅減低我國國民的死亡率。以往心血管疾病患者必須前往大型醫院或檢驗所,進行膽固醇、三酸甘油脂、血糖等生化指標的檢驗,等待2∼3天後再就醫以取得檢驗報告,除往返醫院車途勞頓與耗費醫療資源外,也因費時常導致病情延誤,更不用說等待期間病患揣測不安的煎熬。

自由基檢測儀自由基檢測儀

因此,針對中小型診所、衛生所、公司機關以及偏遠地區護理站,甚或居家照護所需的微型生醫檢測儀器的研發,近年來遂蓬勃發展。目前市場上「試紙型檢測儀器」為較成熟之產品,「微流道型實驗室晶片檢測儀器」則尚在發展中。「試紙型檢測儀器」雖可以快速進行多項生化指標檢測,但難以提供精確可靠的定量數據,擴充性不足,主要應用於檢測血醣。「微流道型實驗室晶片檢測儀器」可平行處理多項生化指標,而且可做定量測量,然而其必須在晶片上製作許多像溝渠般的微小流道結構,並需微型幫浦等動力源來驅使試劑與樣本流動,製造程序繁複且困難,限制了此項儀器的開發進展。國家實驗研究院儀器科技研究中心捨棄以試紙型檢測儀器間接檢測結果的方式,改用以試劑與樣品液珠混合呈色,利用光學偵測系統直接進行吸收度檢測,不僅能確實得知反應物濃度,並可同時檢測心血管三高危險因子。該中心從硏究蓮花效應仿生技術開始,陸續發展出蓮花效應圖紋晶片、透光度量化檢測與液珠式微實驗室生物晶片等三項技術,成功開發出「自由基檢測儀」和「多功能生化檢測儀」,適合中小型診所、衛生所、公司機關以及偏遠地區護理站使用,提供病患就近就醫與醫生即時診斷的機會,儀科中心所發展的這兩套生化檢測儀器不但能進行即時的生化檢測,同時可進一步將一般食品、健康食品、化妝品及飲用水的檢驗室搬到家中,進行飲料抗氧化、多酚分析、假酒、水楊酸及水質檢測。「自由基檢測-一滴即可見真章」,也許您也曾發現滴在荷葉上的水不會沾濕葉面,而是形成可自由移動的水珠,

數位流體晶片數位流體晶片

這是國人所熟知的蓮花效應。運用類似原理,儀器科技硏究中心與清華大學動力機械系楊鏡堂教授合作,製作出類似荷葉表面蓮花效應的微絨毛結構,使液體同樣能在此條紋表面形成液珠狀。此項獨創性巧思所製成之液珠操控晶片,具有無需外加動力、無需流道與閥門、節省試劑與快速反應等優點,而液珠在晶片上可依所設定的條紋密度,漸變其表面梯度能,由此精確的控制試劑液珠與樣本液珠之自我定位、相對移動與相互混合,即便是沾黏性極強的血液亦能自由操控。這項成果已取得國內外多項發明專利,而其拋棄式晶片製作方式可採用壓模、射出成型等大量生產製程,成本十分低廉。

蓮葉效應圖紋晶片蓮葉效應圖紋晶片

為方便液珠操控晶片樣本呈色反應的量化檢測,儀科中心特別量身定作發展出一套結構簡單的透光度量測儀器,可精確檢測出定位在晶片上,經過相互混合之試劑與樣本液珠的呈色透光度。這套液珠呈色檢測儀適用於會發生透光變化的生化反應、免疫反應、藥物檢測、食品檢測及水質檢測等領域,尤其在生化檢測方面,其量測方便性與準確性是極具優勢的,利用尿液與試劑液珠混合後的呈色反應顏色變化,即可在數分鐘內量出尿液中自由基之含量,比較服用抗自由基等健康食品後所量得自由基含量,即可得知健康食品對降低人體自由基之效果。由於這套儀器構造簡單、成本低廉且操作容易,廣受健康食品廠商矚目,並已獲得著名生物科技製造廠商創盛科技股份有限公司青睞,成功技轉該公司,初期年產量約三千台。

蓮葉效應圖紋晶片液珠混合過程蓮葉效應圖紋晶片液珠混合過程
「健康指標量測—心血管疾病指標檢測一次搞定」,儀科中心運用微生醫實驗室晶片技術,將過去繁複的生化反應檢驗工作,以一片小小的實驗室晶片取代。近期該中心更發展出革命性的「液珠式數位流體操控生醫晶片」,用之取代常見的流道式晶片,不需要任何流道與幫浦等複雜裝置,即可讓液珠在晶片上達到可數位程式化驅動的目標。儀科中心整合微奈米條紋結構與電濕潤液珠操控技術,同時與清華大學動力機械系楊鏡堂教授、微機電研究所葉哲良教授合作導入奈微米磁珠與改進驅動電極,使液珠不但能沿預設軌跡移動,並能進行多次的結合、分離與上下、左右、旋轉的振盪,這些成果亦已獲得國內外多項發明專利,相關論文並獲選為「2006年亞太微傳感器研討會」之邀請演講(invited talk),廣獲國際矚目。液珠式數位流體操控晶片具有極大的彈性,不同檢測項目,只需在電腦上即可改變液珠傳輸軌跡與反應時序,不需重新設計晶片,結合液珠式生醫實驗室晶片及其呈色反應專用量測儀所開發完成之「多功能生化檢驗儀」,可以快速檢驗多項生化指標。像心血管疾病患者所關切的膽固醇、三酸甘油脂、尿酸、肌酐酸..等。這項儀器採用套組化生醫晶片的設計,方便醫生針對特定疾病選取需要的檢驗晶片套組,民眾在診所就診時,可以在半小時內取得可靠檢驗數據,讓醫師立即採取適當的醫療措施。此次整合多樣技術所推出之完整晶片式生化儀,除了具有上述快速精確與節省試劑之優點外,由於採用了套組式晶片,可以依需求持續擴充功能。這項儀器所針對的檢驗市場規模約在50億美金,今年全球微流體/實驗室晶片產值約在4億美金左右,然而隨人口眾多的新興國家興起,未來的需求將會倍增。儀科中心在生醫晶片方面的重要進展,充分發揮我國在微機電技術的優勢,將是我國切入國際生技醫療市場的新利器,未來商機可期。