前瞻跨領域基礎科學中心 尖端 生物分子探測研究組

1. 前瞻跨領域基礎科學中心 尖端生物分子探測研究組 Frontier Research in Probing Biomolecules through Biosensing and Bio-imaging

2. 我們研究團隊在田家炳光電大樓六樓

3. 團隊成員 李耀坤 蛋白質基因工程、化學與生物修飾 增原宏 生醫光電、多光子成像、拉曼光譜 三浦篤志 奈米生物科學、雷射高速分光/顯微分光 許馨云生物標幟篩選 吳東昆 細胞生物、抗體製作、生物有機 許鉦宗 生物奈米元件、生物感測 廖奕翰 雷射光譜、生物影像

4. 團隊之研究技術 • 一般技術:抗體製作、細胞培養、基因重組、 蛋白質表現與純化、酵素活性、 各式電泳與blotting 、 Bio-conjugation 、量子點與奈米粒子合成 • 生物感測:ELISA 、 SPR、 SiNW-FETs、超快雷射光譜分析、量子點檢測、奈米粒子、液態層析質譜 • 生物影像:CARS與光譜影像技術、原子力顯微鏡

5. Members and Core Technology Label-free, Chemical Specificity, Non-invasiveness, and 3-D Optical Sectioning. Multiphotonics/ Bio-Imaging Prof. H. Masuhara Prof. I. Liau Prof. A. Miura Disease Marker Screening, Protein Engineering, Antibody Tech., Open Sandwich Immun. Tech. Neural network Oxidative stress injury Wafer-scale and ultra sensitive SiNW FETs array integrated with CMOS chip SPR Nano-fabrication and CMOS Marker screening Bio-recognition Prof. Y-K. Li Prof. T-K. Wu Prof. H-Y. Hsu International Collaborators Prof. C-Y. Wu Prof. J-T. Sheu Industrial Partner

6. Research & Application Applications: Nanobiosensing • Academic: Neural network, Oxidative stress injury • Fabrication of sensor chip • Development of Sensing platform • Specific antibody & DNA aptamer • Early detections of diseases • Applications: Bio-imaging & tissue analysis

7. 新世代奈米檢測元件 Nanobelt Schottky gated-diode Suspended SiNW High Low Detection Limit (DL) 奈米薄片生物感測已展現其優異的靈敏度並驗證量產的可行性，此外我們更進一步完成開發閘極特基二極體及懸浮奈奈米線感測器，其偵測靈敏度可望推至單一分子等級。

8. 完成整合之奈米生物檢測平台 第二代量測平台 第一代量測平台 第三代量測平台 現階段已與國家晶片中心合作將第一代量測平台微小化 (G2)，我們將於下個月發表次世代整合量測平台 (G3)，檢測過程半自動化，檢測結果透過無線藍芽傳輸至平板電腦，醫生可以直接於平板電腦上分析病人檢測結果。

9. 單細胞和單病毒之生醫檢測元件 團隊開發的微電極陣列感測元件，利用細胞、細菌及病毒專一性貼附於電極表面導致阻抗改變的原理，目前我們已成功偵測單一細胞的貼覆，預估亦可用於偵測單一病毒或細菌。

10. 可供高專一性生物修飾之矽奈米生醫元件 • 10 μm 利用焦耳熱效應移除覆蓋於矽奈米元件表面的聚合物，後續的生物固定化中，抗體則僅能修飾於沒有聚合物包覆的矽奈元件表面，此技術可以降低生物樣品的非專一性吸附並大幅提升矽奈米元件的偵測極限。

11. 全球第一件工業生產的生物奈米元件 由團隊成員所開發和驗證的矽奈米元件，目前已和產業界合作進入量產階段，這是全球第一件產業界量產的矽奈米感測元件。

12. 80~100 nm S D SiNW 世上第一件類固醇奈米檢測元件 偵測靈敏度可達10-16莫爾濃度!!

13. 奈米生物檢測-----登革熱病毒 103/ml 102/ml 104/ml 105/ml 106/ml 107/ml 101/ml Buffer wash 本團隊開發高辨識力之單株抗體並以團隊所開發之奈米晶片結合以偵測登革熱病毒，靈敏度可達1000 particle/mL

14. 先進生醫影像技術開發 多模式多光子影像顯示初期動脈粥狀硬化血管中泡沫细胞(foam cell)及周圍細胞間質之空間關係 同調反史托克拉曼成像技術應用於脂肪肝(fatty liver)組織中之脂肪微粒之專一性成像及肝組織中脂肪之定量 建立國內第一套「同調反史托克拉曼」及「多模式多光子成像」系統，應用於無需染色、非破壞性、三维、及專一性成像。 1. Quantification of the hepatic fat of intact liver tissues with fat specific CARS microscopy” Anal. Chem. 81, 1496 (2009) 2. Integrated Multiple Multi-photon Imaging and Raman Spectroscopy for Characterizing Structure-constituent Correlation of Tissues”,Opt. Exp. 16, 16431-16441 (2008)

15. 活性含氧物質及細胞氧化傷害 單一細胞氧化傷害:我們成功展現應用雷射光鉗及拉曼光譜追蹤單一細胞受活性氧化物質攻擊之氧化傷害過程。 細胞膜氧化傷害:脂質微體受·OH 攻擊，膜的流動性顯著增加。拉曼光譜顯示此效應是由於脂質之長鏈被·OH 截斷所造成。 白血球之氧化防衛機制:我們首度展現應用拉曼顯微光譜技術觀測入侵微生物受白血球製造之氧化物攻擊造成之氧化傷害過程。 應用拉曼光譜技術我們建立了研究單細胞氧化傷害或白血球氧化防衛的新方法。結合螢光相關光譜技術，我們更進ㄧ步建立了脂質膜受氧化攻擊後其結構變化與流動性增加之因果關係。 1. Spatiotemporal Characterization of Phagocytic NADPH Oxidase and Oxidative Destructionof Intraphagosomal Organisms in vivo Using Autofluorescence Imaging and Raman Microspectroscopy”, J. Am. Chem. Soc. 132, 1744-1745 (2010) 2. Interplay between Structure and Fluidity of Model Lipid Membranes under Oxidative Attack”,J. Phys. Chem. B, 114, 15642 (2010). 3. Real-Time Molecular Assessment on Oxidative Injury of Single Cells Using Raman Spectroscopy”,J. Raman Spectrosc. 40, 1194 (2009).

16. 研究方向 • 建立多用途奈米元件生醫感測平台，提升生醫檢測關鍵技術建立一結合電致介電泳與奈米元件陣列之感測平台。檢測平台可提供作為癌症標記篩選、致病細菌與病毒、及血液樣品檢測，並於1-2分鐘內完成。 • 先進光電及奈米感測技術應用於「氧化傷害」之研究結合奈米、光電及生醫技術，致力於氧化傷害之基礎及應用研究，包括: (a)開發早期診斷腦神經及心肌細胞氧化傷害之感測晶片，(b)開發研究活性含氧物質、自由基生物化學及細胞氧化傷害之新技術，(c)開發臨床上預防與治療氧化傷害的藥物及方法。 • 應用表面雷射捕捉及雷射海嘯以研究分子層級及生物系統中的新穎現象和蛋白質結晶與組織佈置。這些技術將被應用在生物系統之中，而整體的動態過程將以瑞利散射／螢光光譜顯微術呈現。

17. 結 論 1.建立了國內第一套「史托克顯微鏡系統」並應用於定量肝細胞內之脂肪堆積，是一全新的脂肪肝檢測技術。 2. 建立世界第一套「多模-多光子顯微成像系統」，可同時分析組織中之不同細胞成。 3. 成功開發多種新式超靈敏之生醫感測元件(目前已有六件技術正申請國內外專利中)，並完成世界第一件SiNW-FET類固醇的奈米生物檢測元件，感測靈敏度可達10-16莫耳濃度。 4. 建立全球第一套可商業化之奈米生醫檢測平台，其奈米感測元件已可工業化量產，電性量測、信號處理與輸出已整合。 5. 團隊主要成員年平均約有35篇學術論文發表於著名國際期刊如J. Am. Chem. Soc., J. Biol. Chem., Org. Lett., J. Phys. Chem. , Biochem. J., Biochemistry, Appl. Phys. Lett.等。 6. 奈米生醫檢測平台已技轉給工業界並獲經濟部科專計畫支持。 7. 已與國內醫學中心和醫學研究團隊建立 縱向和橫向之合作進行生醫檢測元件開發。 8.已與國外研究團隊合作研究: (1)與東京大學Prof. Hiroshi Ueda合作建立快速篩選三 明治 式免疫生醫辨識機制 (2) 與瑞典Linkoping University Prof. Bo Liedberg合 作SPR 生醫檢測應用。