1-1 前言-奈米科技
諾貝爾物理學獎得主理查．費曼(Richard P. Feynman)，於 1959 年美國 物理學年會的專題演講「底下還有廣大空間」( There’s
plenty of room at the bottom )，預言人類的科技，將邁向極微小尺寸的發展，
甚至可以達到操控原子或分子的可能性，因此開啟了人們對奈米科技的興
圖 1-1 奈米科技的主要研究重點
1-2 生物晶片
片(Micrarray chip)以及微處理晶片(Processing chip)。微陣列晶片，是將與生物有關的分子，如DNA、蛋白質或細胞組織等，
圖 1-2 生物晶片的種類
圖 1-3 微流道的製作流程[2]
1-2-3 微陣列晶片
基因晶片(Gene chip；DNA chip)，是以不同序列且已標記的DNA為探 針，整齊的排列在晶片上，利用DNA具有的雜合反應性質，將晶片置入受 測溶液中，使晶片上的DNA探針和溶液中，具有互補序列的DNA片段產生 雜交反應結合，圖1-4所示[3]，來進行樣品檢測。藉由顯微鏡技術觀察，
即可從探針上已知排序的DNA片段，推測出受測DNA的排序[4]。
圖 1-4 檢測溶液中與探針 DNA 互補的 DNA 序列[3]
蛋白質晶片(Protein chip)，類似於基因晶片，是以蛋白質當作探針，固 定在晶片上，藉著抗原與抗體之間的專一性來檢測，但蛋白質容易失去活 性，且三維結構複雜，所以在實際的製作上較困難。製作原理是先把一級 抗體固定化於晶片上，接著加入含有抗原的受測物，與這個抗體結合，接 著再加入二級抗體，與抗體-抗原的結合物結合，圖1-5所示。因為二級抗 體的一側，已先固定上特定酵素，當特定受質加入時，受質就會被這個結 合物上的酵素所催化，而釋放出或轉換成有色產物，再利用顯色的方式，
就可以測量出受測物中，所含抗原的濃度[1]。
圖1-5 晶片上的蛋白質，被兩個不同的抗體夾在中間 [1]
1-3 奈米鑽石
的G-band。但除了 1332cm-1的峰值之外，量測不同大小的奈米鑽石，如5nm 及50nm 會發現在 1600 cm-1觀察到訊號，圖 1-6 所示[13]，另外，也有實 驗使用不同的雷射激發波長，量測鑽石薄膜觀察到在500cm-1會有一拉曼訊 號，圖 1-7 所示[14]；螢光光譜部分，已有實驗量測針對不同波長的光源，
對不同大小的奈米鑽石的量測，圖 1-8 所示[13]。
圖 1-6 不同大小的奈米鑽石，在532nm 雷射光源下，測得的拉曼光譜 [13]
圖 1-7 以不同激發光源，量測厚度約2um 鑽石薄膜[14]
圖 1-8 a.不同大小奈米鑽石，以 488nm 雷射光源量測螢光光譜 b.不同大小奈米鑽石，以 532nm 雷射光源量測螢光光譜[13]
1-4 文獻回顧
生物晶片的技術，是許多實驗部分的分工集合成一個完整的系統，包 含生物分子的選擇、晶片表面的活化步驟以及固定化，訊號的偵測與分析。
生物分子如何固定上晶片表面，就是一個十分重要的課題，其中有兩 種簡單的方法:(1)物理吸附法，是利用生物分子與基材之間的凡得瓦爾力 (Van der waals force)、疏水作用(Hydrophobic interaction)[15]、靜電吸引力 (Electrostatic attraction force)[16]，不過純粹用物理方式的生物分子吸附 力，相較於使用化學法的生物分子弱，而且也可能會因為外在的溫度或酸 鹼度的改變，而造成分子去吸附；(2)化學鍵結法，是利用生物分子上的胺 基酸或某些官能基，例如:離胺酸(Lysine)含有氨基-NH2、半胱胺酸(Cysteine) 含有硫醇基-SH，與基材進行化學反應而形成共價鍵結。實驗上有時候會先 在基材上形成自組裝單層膜(Self-assebbled monolayer)，使基板成長上含有 特定官能機的一層薄膜，例如: 16-mercaptohexadecanoic(16-MHA)含有羧基 -COOH，再加入 EDC/NHS 可以與含氨基-NH2的山葵過氧酵素(HRP)反應形 成醯胺鍵(Amide bond) [17]。
訊號的偵測，是利用生物分子反應作用後，改變電荷變化[18-19]，或 光學等變化為量測基準[20-21]。在電荷改變實驗上，G. J. Zhang & J. T.
Sheu 等實驗團隊是利用微流道系統，在矽奈米線先長上一層介電層後，再 修飾上化合物以及生物分子，造成表面電位差異，圖 1-9 所示[18]，而改
變奈米線的電導值，圖 1-10 所示[19]，形成空乏層模式的金氧半場效電晶 體，圖 1-11 所示。
圖 1-9 矽奈米線表面電荷改變[18]
圖 1-10 矽奈米線上修飾不同的化合物，造成電導值的改變[19]
圖 1-11 當表面電荷(閘極 G)改變，空乏區的大小也會跟著改變
而在光學的實驗上，Yujun Song & Vaishali Bagalkot等實驗團隊，是利用 DNA當作連結平台，當偵測物加入後，連接螢光粒子的DNA會分離至溶液 中，造成溶液會有螢光訊號，以螢光訊號當作偵測物存在的證明[20]；另 外，還有利用量子點以DNA連結一個淬滅劑(Quencher)的實驗，當偵測物加 入後，淬滅劑會釋出，所以原本放光被淬滅的量子點，後來可以再量到其 放光訊號圖1-12所示[21]。
圖 1-12 加入偵測物，抗凝血酵素的aptamer 會包住偵測物，釋出淬滅劑[21]
1-5 研究目的
利用奈米鑽石的特性，化學穩定度高、光學穩定度佳、表面容易改質 修飾以及對生物分子有很好的吸附力等優點，當成生物連結基材。
本實驗室具有微影製程方面的能力與經驗，配合上高解析度的光學儀 器，希望發展製作生物晶片的技術。在本研究先利用電子束微影系統 (Electron Beam Lithography System)在已塗佈光阻的矽基板上，定義出陣列 圖形，再配合上自組裝單層膜的技術，將奈米鑽石整齊的排列在矽基板上，
1-6 參考資料
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