生物科技與自動化

(1)

生物科技與自動化

國立台灣大學

生物產業機電工程學系

周瑞仁

(2)

大綱



前言



重要的現代生物科技相關設備



MIT 預測改變未來的十項創新技術



奈米生技與奈米機器人



結論

(3)

前言

Microarray Images

Space Reduction [630 × 990 mm1.4 × 2.2 mm (1/200,000)] Material Reduction

Time Reduction(accelerate the discovery process ) Effective processing and simultaneous analysis Automation:

(4)

前言

Array-Based Method

(5)

前言

Array-Based Method

(6)

前言—

Gaining the Competitive

Edge

in Biotechnology

(7)

前言

(8)

Automated bar code data tracking is available, which interfaces with analysis software

Ref: BioRobotics Co.

(9)

Ref: BioRobotics Co.

(10)

前言

Robotic in-gel digestion system

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重要的現代生物科技相關設備

儀器與設備名稱用途 DNA 自動定序儀 測定核酸之核酸苷酸序列 DNA 自動合成儀 合成已知寡核苷酸序列蛋白質 / 多肽自動定序儀測定蛋白質 / 多肽之胺基酸序列蛋白質 / 多肽自動合成儀合成已知胺基酸序列之蛋白質或多肽生物技術與光電、資訊、自動工程技術的緊密結合與滲透，造就了今天蓬勃發展的生物科技

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儀器與設備名稱用途聚合酶鏈式反應儀 (PCR) DNA 快速擴增 電泳設備物質的分離純化與純度鑑定凝膠電泳系統蛋白質與核酸的分離與分析毛細管電泳儀質量控制、組份分析高效液相色譜儀物質的分離純化與純度鑑定

重要的現代生物科技相關設備

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儀器與設備名稱用途超速、高速離心機分離生物大分子物質基因轉移設備將外源 DNA 引進靶細胞 生物反應器微生物或細胞的連續培養電子顯微鏡觀察細胞及組織的超微微結構生物資訊軟體核酸蛋白質序列分析

重要的現代生物科技相關設備

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(15)

DNA SEQUENCER

(16)

(17)

Cell Sorter

Ref: Beckman-Coulter Co.

Equipped with 5 lasers for multiple color detection, and sorting systems for high speed sorts (HyPerSortTM_{system), cloning}

(18)

Spectroscopy



Atomic Spectroscopy



Raman Spectroscopy



Ultraviolet

(19)

Spectroscopy



Mass Spectrometry



X-ray Spectrometry



NMR

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MIT 預測改變未來的十項創新技

術

 機器人與人腦的介面  塑膠晶片或有機物質晶片  資料發掘  數位權利管理  生物測定學  語言辨識處理  微光學技術  解開程式碼  機器人設計  應用流體學

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奈米生技與奈米機器人

 奈米科技就是極微小化的科技，奈米 (nanometer) 是指十億分之一公尺  地球直徑的十億分之一，約只有一顆彈珠的大小，即可想見奈米的大小  奈米科技如果發展成熟，對各個產業都將造成革命性的影響  以奈米生技來講，科學家可以用程式控制分子的行為，達到控制生物體的目的，例如靠近並進入癌細胞後，誘發釋出殺死癌細胞的酵素，或是催動噬菌搜尋並殺死癌細胞，甚至讓癌細胞自我毀滅

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奈米生技與奈米機械人

-

未來醫療趨勢

 奈米機械人是個非常微小但任務清楚旗幟鮮明的自動化機械；負有保護人體免於受病原入侵的使命  奈米機械人約有 0.5 ～ 3 微米的長度，並由數個範圍 自 1-100 奈米等不同直徑的元件所構成  未來的醫療世界，是靠人體內奈米級的醫療機械元件實現，他們猶如進入人體世界的一群傘兵部隊，扺抗敵入侵並確保人體健康  麻省理工學院機械工程暨生物工程的教授 Dr. Ian Hunter 和他的同事共同研發奈米機械人。 “奈米行 者”機械人，可以爬行、轉圈甚至在人體內擷取影像並診斷出隱藏於使用傳統掃描技術下的疾病，更可以傳輸藥品治療腫瘤而不必開刀 Ref: MD News No.32, 2002.2.25

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

治療皮膚病



清潔口腔



增加免疫系統



強化心血管系統



植入人體

Ref: MD News No.32, 2002.2.25

奈米生技與奈米機械人

_{- 用途}

(24)



人體的排斥問題



機械人的操作問題



機械人的能源問題



奈米機械人解除問題

Ref: MD News No.32, 2002.2.25

奈米生技與奈米機械人

-

尚待克服的挑戰

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 自動化工程 ( 光機電整合 ) 與生物科技的緊密結合與滲透， 造就了今天蓬勃發展的生物科技，沒有這些結合與滲透就不會有今天突飛猛進的現代生物科技。  進一步結合奈米尖端科技，將它與生物科技結合形成奈米生物技術，將對生物科技研究及產業產生革命性的影響  期望未來機電工程與生物科技能夠更為緊密的結合，提供生物科技快速、有效、經濟、可靠而敏銳的檢測、分析與合成的工具使得人類能夠在系統水平、個體水平、器官水平、組織水平、細胞水平以及分子水平各個層面探索生命的奧秘開創充滿希望的美麗新世紀

結論

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生物科技與自動化