【李家同】為台灣加油打氣專欄(278)微流體生物晶片
張貼日期:2025/01/24
李家同
癌症轉移在醫學上束手無策,是最可怕的病症,電腦斷層或核磁共振皆無法看到這些轉移的癌細胞,因此我們要檢測血液循環的腫瘤細胞(轉移的癌細胞),如果血液裡有癌細胞,我們能及時發現、及時治療。今天我要介紹我國發展出來的一種晶片,叫做微流體生物晶片。
這種檢測晶片整合場效電晶體(field-effect transistor)用於診斷是否血液中有轉移的癌細胞,請看圖一。
圖一
圖一中的 D、G、M就是一個電晶體,電阻 R是電晶體的一個負載,G是gate,D 是drain,S是source。Gate上要有一個電壓,如此Vout 也會有一個電壓。
請看圖二。
圖二
圖二是電晶體剖面圖,從上面看下來,gate是一塊板,如圖三所示。
圖三
在圖二,我們將癌細胞的抗體設法放到 gate上,抗體是Y型的。我們要再製作一個方形的管子,如圖四所示。
圖四
請看圖五。
圖五
我們在 gate裝上一根管子,這根管子有一部份底部是 gate,因此抗體是在管子裡面。要知道,電晶體和管子是密封的,血液可以流進這個管子。如果血液中有癌症抗原(antigen),就會和抗體產生化學作用。這個化學作用會使得gate上的電壓改變,也因此使得圖一電晶體的 Vout改變了。利用這種方法,我們可以知道血液中有沒有癌細胞。
抗體又不是一棵樹,gate也不是泥土。我們應該要知道抗體為何能種植於gate上。抗體是一種化合物,它的底部是NH2。這家公司利用另外一種叫做thiol group的化合物,只要加入催化劑,就能產生化學反應,將 thiol group 和NH2 連接在一起,如圖六所示。
圖六
我們仍然要問,為何要將thiol group 放在抗體的底部呢?
因為這個 thiol group 是少數能自動連接金的化合物,對於金來說,thiol就是膠水,背後的原理就是 thiol group上的電子會與金形成鍵結,如圖七所
示。
圖七
因為 thiol屬於不穩定結構,容易流失電子的化合物,該電子容易跑到金上面,這個過程我們俗稱的氧化還原反應就是電子轉移的特性,而電子轉移個過程就會形成鍵結,產生鍵結在我們人類的觀察上就是黏在一起的意思。很多化學物質不會跟金產生鍵結,僅有少數的化學物質,如今天所提的 thiol就是可以與金形成鍵結的化合物。
抗體是在生理食鹽水內,gate的大小是 20μmX25μm。生理食鹽水中必須要有1百萬個抗體,這家公司也有技術能保證抗體濃度與金電極面積的比例,而該比例會是最佳抓取轉移腫瘤的配方。
將含有抗體的生理食鹽水滴在 gate上,還要將整個電晶體做些微的震動,其目的是保證所有的抗體都是以 Y型垂直於 gate上。這個震動的設備是這家公司自行設計的,也是證明該公司不僅有製造微流體生物晶片能力,更有高階儀器設計與製造能力。
在檢測的過程中,我們還是要避免血液觸碰到 gate,因此要用 blocking reagent滴在gate 上,使gate上沒有被黏到抗體的位置填補起來,因此能避免血液中的高離子濃度影響 FET的判斷,如圖八所示。
圖八
最後,還是需要一種清洗的步驟,目標是將沒有黏好的抗體與多餘的BLOCKING REAGENT 清洗乾淨,確保附著於GATE 上的抗體數量與避免管子沾黏抗體。這種清洗的步驟也是這家公司長年研究所發展出來的。
可以看出這家公司的工程師需要有醫學工程、電機、IC封裝、機械、化學等等學問,我們應該慶幸我國的大學能夠培養這些人才。這家公司的產品已經外銷到5個國家以上。我國能有這種高技術的公司,實在不容易。大家應該互相鼓勵,尤其應該給這家公司的工程師和管理階層一些掌聲。