應用晶片技術探討不同濃度的發炎蛋白對細胞表現之影響

國立成功大學「邁向頂尖大學計畫」

　 　 延攬優秀人才工作報告表

NCKU’s “Aim for the Top University Project”

Work Report Form for Distinguished Scholars

□續聘

continuation of employment

■離職

resignation

100 年 7 月 13 日更新 受聘者姓名

Name of the Employee 林禾千 ▋男

Male Female

聘 期 Period of Employment

from 100 年(y) 4 月(m) 1 日(d) to 100 年(y) 12 月(m) 31 日(d) 研究或教學或科技研發與

管理計畫名稱 The project title of research,

teaching, technology development and management

應用晶片技術探討不同濃度的

發炎蛋白對細胞表現之影響

計畫主持人

（申請單位主管）

Project Investigator (Head of Department/Center)

林裕城

補助延聘編號

Grant Number

HUA100-3-3-180

一、

研究、教學、科技研發與管理工作全程經過概述。

（由受聘人填寫）

Please summarize the entire research, teaching, or science and technology R&D and management work process (To be completed by the employee)

本人在受延攬研究期間，主要以國科會補助的研究計畫為主，以及參予產學計畫的科技研發並 指導碩博士班學生的研究工作。這段期間在計畫主持人林裕城老師的帶領下，讓我學習到很多研究 計畫的管理與執行，更充實了學術研究的能量。在這裡能夠參予並學習了不少相關的知識，對於往 後的發展必受益良多。

在研究期間，以國科會補助的研究計畫為主題，題目是「應用晶片技術探討不同濃度的發炎蛋 白對細胞表現之影響」，本研究計畫將利用同時能有不同蛋白質濃度的微陣列壓印晶片，觀測在不 同蛋白質濃度分佈中會出現何種細胞行為表現，並將此概念延伸，探討處於發炎狀態發炎蛋白在何 種濃度下對發炎細胞有最大生物影響力。本計畫的研究內容主要以微機電製程技術提供一種嶄新的 微壓印晶片，可應用於同時觀察不同蛋白質濃度下細胞的行為表現，如細胞黏著、擴散、遷移、分 裂和分泌。研究計畫中分別設計了陣列式的微壓印晶片及填充式的壓印晶片，在單一次微陣列壓印 晶片上，利用微陣列壓印面積的比例不同而表現出不同的蛋白質濃度梯度。另外也設計填充式的壓 印晶片，直接將實驗所需的蛋白質濃度壓印在檢測晶片上，再利用多種幾何形狀(包含同心圓，平行 直線，放射狀等)的排列組合下，觀察在不同蛋白質濃度及不同幾何排列組合下的細胞行為表現，並 希望藉由微陣列壓印晶片及微壓印晶片設計找出影響細胞行為的最適蛋白質濃度。

本計畫設計製作之蛋白質微陣列壓印晶片，使用AutoCAD® 2008 繪圖軟體來設計晶片光罩圖，

並完成光罩的製作。在蛋白質微陣列壓印晶片設計上，建構5×5 mm 之正方形結構為一個單位，並 於每個單位內設計出六角形之蜂巢空間，並於蜂巢空間內設計出 3 種大小不同之陣列圓柱(27、15 與7 μm)，且每個陣列圓柱各具有 8 種間距(圓柱邊界與另一個圓柱邊界之距離)。

透過顯微鏡觀察蛋白質微陣列壓印晶片可以發現，由 AutoCAD® 2008 所設計之陣列圓柱，在 經過結構製作並經由PDMS 翻模後，其圓柱以完成的呈現於 PDMS 膜上，成功的翻製出具濃度梯度 之蛋白質微陣列壓印晶片，且其陣列尺寸大小如圖1 所示。

圖1 蛋白質微陣列壓印晶片設計。陣列圓柱共分為 3 種，且每種圓柱大小各有 8 種間距大小。

為了定量分析壓印的結果，我們利用 LabVIEW 影像處理軟體來計算蛋白質微陣列壓印晶片上 之陣列圓柱數量，經由顯微鏡拍攝下來之蛋白質微陣列壓印晶片圖片，然後將圖片匯入 LabVIEW 軟體設計的程式，透過程式內部 Learn Template 之功能學習到單獨一個陣列圓柱後，即可再透過 Search 功能計算出陣列內含有多少數量之圓柱，再由 Number of Matches 顯示出陣列圓柱之數量，如 圖2 所示。

圖2 透過LabVIEW影像處理軟體計算蛋白質微陣列壓印晶片上之陣列圓柱數量

完成蛋白質微陣列壓印晶片與蛋白質微陣列檢測晶片之準備後，以Hoechst-33342螢光染劑進行 微壓印之試驗，以此方式來測試蛋白質微陣列壓印晶片之完整度與微壓印方法之成功率，圖3為染色 的結果。

圖3 壓印有Hoechst-33342螢光染劑之微陣列

成功壓印出螢光微陣列後，亦透過LabVIEW影像處理軟體來進行螢光微陣列之成功率分析，藉 此了解微壓印之成功率。成功率分析之詳細步驟如下所述：

1. 以不同的外加重量(100 g；125 g；250 g)加壓晶片來壓印圓柱。

2. 將螢光微壓印圖片匯入LabVIEW影像處理軟體中。

3. 如同上述方式，計算出陣列螢光圓柱數。

4. 將此螢光微陣列圓柱數量與其原本應有之微陣列圓柱數量進行相除再換算為%單位。

由上述步驟即可得知所壓印之螢光微陣列之成功率，本實驗之成功率統計如圖 9-圖 11 所示。

當使用重量100 g 進行微壓印時，會因重量不足使得轉印到蛋白質微陣列檢測晶片上之螢光量不足 而導致成功率下降，甚至致使無法進行辨識；當使用125 g 重量進行微壓印時，可得到最佳之壓印 成功率，其成功率均有80%以上；當使用 250 g 重量進行微壓印時，則會因為壓印重量過大而導致 陣列圓柱與陣列圓柱間之間隔區也有壓印到，而導致無法進行辨識，因此可得知最佳之微壓印重量 為125 g，亦成功的建立蛋白質微陣列壓印晶片系統與影像分析系統。

圖 4 以 100 g 重量進行螢光微壓印之成功率統計圖 圖 5 以 125 g 重量進行螢光微壓印之成功率統計圖

圖6 以 250 g 重量進行螢光微壓印之成功率統計圖

在本研究計畫裡，我們得到以下的結論：1. 我們已成功建立蛋白質微陣列壓印晶片系統，並經 由蛋白質微陣列壓印晶片實驗應證本晶片系統之可行性。2. 於進行蛋白質微陣列壓印晶片實驗時發 現，微壓印之力量為影響微壓印成功率之重要關鍵，經過測試後發現125 g之重量為最佳之微壓印重 量。3. 經由LabVIEW影像處理軟體將螢光微壓印圖進行分析，再經由數據統計後可發現，三種微陣 列圓柱皆有相當良好之成功率。

除了國科會的研究計畫外，也協助產學合作計畫的進行，其計畫題目為「科學工業園區研發精 進產學合作計畫-高靈敏度初期心肌損傷診斷設備開發計畫」。藉由透過產學合作，開發出可結合檢 測元件與訊號處理設備的高靈敏度初期心肌損傷診斷設備，利用免疫膠體金的原理，以單株抗體專

一地檢測血清中的Troponin I與CK-MB。心肌損傷患者處置方式的首要重點，在於正確的迅速診斷以 決定治療方向，因此有必要增進檢測心肌損傷技術之開發。一直以來被延用的傳統診斷方式，包括 詳細的病史詢問、聽診理學檢查、心電圖及胸部X光檢查等；不論是學術界、醫界均在尋找生物標誌 來正確迅速診斷急性心肌梗塞。依據歐洲心臟學會/美國心臟學院 (ESC/ACC)建議，Troponin I及 CK-MB為診斷心肌梗塞之靈敏度及特異性最高之生化標記。本計畫之心肌損傷檢測元件即是利用 Troponin I及CK-MB單株抗體與膠體金，來辨識血清檢體中的Troponin I及CK-MB，並整合訊號處理 設備，將結果量化以數值表示，如此一來能加快確診心肌梗塞，有利於病患及早治療以減少併發症 和死亡率。

在研究計畫中，本單位執行的研究計畫是藉由架設影像擷取裝置與設計影像分析程式，建立檢 測訊號的分析系統。其內容包含，1. 影像分析軟硬體開發，2.資料控制系統，及3.影像判讀系統機構 設計。在影像分析軟硬體開發上，本計畫選用LED 當作光源，相較於傳統的燈泡光源，有著低耗電、

可以解決光強度衰減問題等優點，可免去之後需更換燈泡之困擾。另外與其搭配之影像擷取硬體部 分則使用一方便的USB 傳輸影像的擷取裝置，圖7為影像擷取裝置實體完成圖。

圖7 影像擷取裝置實體架設圖。(a)外殼，(b)內部架設包含網路攝影機及LED燈，(c)卡匣座及(d) 檢測區域。

在資料控制系統上，我們開發一控制面板(圖8)，來輸入檢測的資料及獲得檢測的結果。

圖8 檢測分析結果顯示面板。檢測結果可分為三種： 有效；陽性，有效；陰性，及無效；請重 新檢測

在影像判讀系統機構設計上，控制參數包含影像擷取裝置、量測對位平台、USB傳輸裝置、

卡匣定位、110V連接電源、LED燈源控制、機構外殼、電腦控制系統、顯示面板。由這些參數 我們可以逐步對機構設計做改進。

在延聘期間，本人完成了國科會計畫在該年度的預定進度，並協助產學合作計畫在生物檢 測系統上的開發，以及其他如實驗室人員指導及管理等的工作。

二、

研究或教學或科技研發與管理成效評估（

由計畫主持人或單位主管填寫

）

Please evaluate the performance of research, teaching or science and technology R&D and management Work: (To be completed by Project Investigator or Head of Department/Center)

(1)是否達到延攬預期目標？

Has the expected goal of recruitment been achieved?

是，已達到預期的目標以及有實質的成果。

(2)研究或教學或科技研發與管理的方法、專業知識及進度如何？

What are the methods, professional knowledge, and progress of the research, teaching, or R&D and management work?

受延攬人的工作主要在於國科會的研究計畫以及協助產學合作計畫上，並以本身的專業知識協助 教導及管理碩博士研究生。受延攬人都能按照本人(計畫主持人)的安排及研究計畫的進度，如期完成。

(3)受延攬人之研究或教學或科技研發與管理成果對該計畫(或貴單位)助益如何？

How have the research, teaching, or R&D and management results of the employed person given benefit to the project (or your unit)?

受延攬人對於該計畫有顯著的幫助，尤其是在實驗上能夠即刻的進入狀況，並指導碩博士研究生 以及共同討論研究的方法與實驗的步驟。在循序漸進下，使得該計畫在此階段能如期的完成。

(4)受延攬人於補助期間對貴單位或國內相關學術科技領域助益如何？

How has the employed person, during his or her term of employment, benefited your unit or the relevant domestic academic field?

本研究計畫著重於微機電的製程與生物微流體晶片的跨領域結合，而受延攬人在過去與現在的研 究都具備這方面的之知識。因此在國內重點發展的跨領域研究上，受延攬人有很大的貢獻。

(5)具體工作績效或研究或教學或科技研發與管理成果：

Please describe the specific work performance, or the results of research, teaching, or R&D and management work:

受延攬人在研究期間，具體的工作成果包含，1 篇期刊論文，1 篇研討會論文以及 1 個專利正在申 請中，詳細資料如下:

期刊論文

1. H.-C. Lin, I-L. Wang, H.-P. Lin, T.-C. Chang, Y.-C. Lin*, “Enhancement of an Immunoassay

Using Platinum Nanoparticles and an Optical Detection,” Sensors and Actuators B: Chemical,

154, pp.185-190, 2011.

研討會論文

1. H.C. Lin, M.H. Lee, and Y.C. Lin*, “A New Method for Generating the Emulsions and Fiber by

Using Electrospraying Microfluidic Chip,” Eurosensors, September 4-7, 2011, Athens, Greece.

專利

攜帶式光學陣列病菌檢測平台(申請中)

(6)

是否續聘受聘人?

Will you continue hiring the employed person?

□續聘

Yes

■不續聘

No

※ 此報告表篇幅以三～四頁為原則。This report form should be limited to 3-4 pages in principle.

※ 此表格可上延攬優秀人才成果報告繳交說明網頁下載。

This report form can be downloaded in http://scholar.lib.ncku.edu.tw/explain/