超高靈敏度、無須標記且即時檢測腸病毒之奈米線場效電晶體生物感測器

Abstract

本計畫之目的為開發一套具有超高靈敏度、可即時多重偵測、操作簡便、並可結合台灣現有的半導體技術來大量生產的腸病毒奈米線場效電晶體生物感測器。實施方法為結合生物分子檢測技術及生物奈米半導體感測器，以腸病毒檢測與監控為標的，應用創新的矽奈米線場效電晶體生物分子感測及以積體電路設計之場效電晶體為基礎，開發分子檢測平台及監控系統。本計畫合作單位有交通大學、國家奈米元件實驗室、儀器科技研究中心及衛生署疾病管制局研究檢驗中心。專長與技術整體分工合作架構如下：交通大學建立腸病毒檢測方法並協調各研發單位，研發電子元件與生醫感測之介面整合。國家奈米元件實驗室負責發展矽奈米線場效電晶體之元件設計與製造，目標為達成符合產業應用之矽奈米線場效電晶體生醫感測晶片；儀器科技研究中心將建立從半導體晶片到生物量測系統之微型儀器化關鍵技術，開發適合生物感測之量測技術，最終目標為開發可攜式之生醫感測儀器；衛生署疾病管制局研究檢驗中心將協助提供腸病毒臨床檢測之需求，並驗證上述研發成果於臨床應用之價值。 計畫第一年與第二年之執行成果已證實，由本計畫開發之多晶矽奈米線場線電晶體，具有高靈敏度、無需標誌且可即時偵測的潛能，此特性可發展成生物感測系統用來偵測腸病毒的感染型別並應用於其他傳染病篩檢，本感測方法具有可大幅改善未來腸病毒診斷的潛力。第三年計畫將依審查委員之建議，以多晶矽奈米線場效電晶體元件與其與生物分子之作用為優先之研究方向，以建構明確之偵測原理。因此，本年度計畫將專注於奈米線感測器之基礎研究與數據之重覆性測試，解決非專一性吸附的問題；在元件上將改善其穩定性、可性度，探討並釐清產生偽陽性之成因；在生物感測上探討偵測範圍及雜合之專一性(dynamic range and specificity for hybridization)。我們將從多晶矽奈米線場線電晶體之設計及生物感測之量測參數上著手改善；已發表初步成果，探討最佳閘極電壓之設定方法，以應用於生物感測(Lu, M.-P., Hsiao, C.-Y., Lai, W.-T. and Yang, Y.-S. (2010) Probing the Sensitivity of Poly-Si Nanowire Field-Effect Transistors by Liquid-Gating pH Sensing, Nanotechnology, 21, 425505.)，該期刊並以專文介紹此研究成果(Featured article “Liquid gate modulated nanosensors exhibit optimal sensitivity,” on Nanotechweb.org, http://nanotechweb.org/cws/article/lab/44211)。