【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。

圖二是電晶體剖面圖，從上面看下來，gate是一塊板，如圖三所示。

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。

請看圖五。

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。

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。

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。

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。