生物檢驗晶片技術及發展生物檢驗晶片技術及發展-- 台灣第一個量產檢驗晶片實例台灣第一個量產檢驗晶片實例

分子生物檢驗

免疫檢驗

生化檢驗

病毒核酸的檢測

病毒核酸的檢測

抗原抗體的檢驗

抗原抗體的檢驗

生化代謝物或酵素的檢驗生化代謝物或酵素的檢驗

技術困難度高但正確性最高可作為醫生治療的依據

無法判定處於發病期或痊癒期有空窗期誤判的危險

需已發病且代謝物不具唯一性容易造成誤判

免疫系統

病毒

目的器官

病原菌檢驗發展病原菌檢驗發展

不同的檢驗介紹不同的檢驗介紹

生化檢驗檢測對象：生化代謝物檢驗成本：約 NT10 元靈敏度： 10-3 g 專一性：差檢驗試劑及儀器

免疫檢驗檢測對象：抗原、抗體檢驗成本：約 NT100 元靈敏度： 10-6 g 專一性：普通檢驗試紙、 ELISA 檢驗法

分子生物檢驗檢測對象： DNA 、 RNA檢驗成本：約 NT1000 元靈敏度： 10-9g 專一性：高PCR 檢驗法、生物檢驗晶片

技術層

次

GOT、 GBT等

表面 e 抗原等

1970 1980 1990 2000

HAV 、 HBV 、 HCV 等

2010 發展歷程

Main playerABBOT

Main player前期為 Roche生物檢驗晶片出現現在為 Affymetrix、 Nanogen 等

$ Profit Margin

•核酸萃取套組核酸萃取套組•核酸處理試劑核酸處理試劑

核酸萃取

目標核酸放大

核酸雜交反應核酸

雜交反應螢光 / 呈色

監測結果判讀

病毒病毒 // 分子生物檢驗流程分子生物檢驗流程

臨床檢體臨床檢體

4~8小時

1~2小時 4~12

小時4~12小時

0.5~2小時

1~2小時

•生物檢驗晶片生物檢驗晶片•核酸快速雜交箱核酸快速雜交箱

•生物檢驗晶片生物檢驗晶片•核酸快速雜交箱核酸快速雜交箱

速率決定步驟Money is Here!

速率決定步驟Money is Here!

費用貴的原因•人工耗時長•技術要求高•提供資訊多•自動化程度低

生物晶片及

相關產品

基因介紹基因介紹•生物的組成為細胞•細胞組成：細胞核、細胞質、細胞膜 細胞壁（植物）•細胞核含有染色體•染色體由捲曲的核酸（ DNA ）序列組成•DNA 由 ATCG 鹼基組成，為雙螺旋結構雙螺旋結構•基因位於核酸序列上控制生物的表現

( 圖片來源 : 牛頓雜誌 )

染色體

細胞

細胞核

DNA 序列

鹼基

基因介紹（續）基因介紹（續）

生物晶片生物晶片將所有的定序將所有的定序 DNADNA 序列分段種在晶片上…序列分段種在晶片上… ....

( 圖片來源 : 牛頓雜誌 )

生物晶片使用微機電技術分析或製備的微小化使用微機電技術分析或製備的微小化裝置，以從事生物性之反應與分析裝置，以從事生物性之反應與分析

晶片材質晶片材質尼龍膜硝化纖維膜

矽晶片玻璃晶片

玻璃 slide片 高分子晶片

成本價格 1~10元 / NT 70~35元 / NT 2~8元 / NT（表面磨砂較貴）

< 1元 / NT

材質剛性 軟性易屈撓訊號量測需注意

剛性訊號量測容易

剛性訊號量測容易

剛性訊號量測容易

材質組成 有機聚合物 無機矽及二氧化矽

二氧化矽 有機聚合物

固著方式 吸附為主吸附量較少incubated 2 hr

需表面處理incubated 2 hr

需表面處理incubated 2 hr

不需表面處理能量提供 3 min

表面處理之費用

-帶靜電方式略貴

50~80元 /片 NT 50~80元 /片 NT 0

表面處理之時間

- 8~16小時 8~16小時 0

靈敏度 樣品稀釋 200倍可見訊號極限

樣品稀釋 500倍可見訊號極限

樣品稀釋 500倍可見訊號極限

樣品稀釋 5000倍可見訊號極限

未來整合性（生化電子介面）

差無法加工

易現有半導體技術

易現有半導體技術

普通高分子基材電子電路

材料國內取得性

多為進口 多為進口 7成國產3成進口

國內多家廠商皆可取得

成品儲存性 易儲存但須控制溫濕度

易碎 易碎 易儲存

微處理型生物晶片：微處理型生物晶片： Lab-on-a- chipLab-on-a- chip

微陣列型晶片：微陣列型晶片： MicroarrayMicroarray

生物晶片的種類

微處理型生物晶片： Lab-on-a- chip

需應用微機電需應用微機電 (MEMS)(MEMS) 之製成技術，構造遠較之製成技術，構造遠較微陣列型晶片複雜微陣列型晶片複雜

又稱為程序型晶片又稱為程序型晶片 在晶片上從事生化反應、程序控制或分析在晶片上從事生化反應、程序控制或分析

微處理型生物晶片之應用

樣品前處理晶片：例如處理血液、組織、樣品前處理晶片：例如處理血液、組織、植物樣本的晶片或植物樣本的晶片或 PCRPCR 晶片晶片

反應型晶片：從事微量化有機化學反應、反應型晶片：從事微量化有機化學反應、生化反應、或酵素反應等的晶片生化反應、或酵素反應等的晶片

分析型晶片：例如毛細管電泳分析型晶片：例如毛細管電泳 (CE)(CE) 晶片、晶片、高速篩檢晶片高速篩檢晶片

朝向微小化工廠概念邁進朝向微小化工廠概念邁進 技術層次及複雜度較高技術層次及複雜度較高 成本高，商業化較困難成本高，商業化較困難 目前除目前除 HPHP 之之 CE Chip CE Chip 外，尚無其他商外，尚無其他商業化產品上市業化產品上市

微處理型生物晶片之特點

樣本或原料

偵測或產物管路

微處理型生物晶片設計舉例CE and PCR 　 chip

微陣列型晶片

在微小面積的基質上種植高密度的生物探針

微陣列晶片的特色微陣列晶片的特色•生物探針可分為較短鍊的合成寡核柑 生物探針可分為較短鍊的合成寡核柑 酸或ｃＤＮＡ兩種酸或ｃＤＮＡ兩種• nail size nail size 體積小體積小• 試劑使用經濟試劑使用經濟•反應速度快反應速度快•多工平行處理多工平行處理

• 高密度 高密度 500 probes 500 probes

以上 以上 / cm/ cm22

• 中、低密度 中、低密度 < 500 probes / cm< 500 probes / cm22

微陣列微陣列晶片應用檢驗用生物晶片及相關產品應用市場領域上包括檢驗用生物晶片及相關產品應用市場領域上包括 研發實驗室的研究發展研發實驗室的研究發展 醫療檢驗市場的樣品檢驗分析醫療檢驗市場的樣品檢驗分析

Human 醫療檢驗法醫鑑定基因資料庫生命科學…etc.

動植物 食品檢驗動物檢疫植物品種病蟲害鑑定…etc.

藥物 新藥開發藥物合成藥效評估藥物分析…etc.

其它 國防應用環保應用工安應用…etc.

生物晶片的專利障礙生物晶片的專利障礙• Affymetrix Affymetrix 半導體光罩法 半導體光罩法 1,000 probes 1,000 probes 以上 以上 / cm/ cm22

• Syteni(Incyte)Syteni(Incyte) 介於 介於 500 ~1,000 probes / cm500 ~1,000 probes / cm22

• Nanogen Nanogen APEX APEX (Active Programmable Electronic Matrix)(Active Programmable Electronic Matrix) Chip Chip

• Orchid BiocomputerOrchid Biocomputer 高效率篩選及合成的生物晶片• Cepheid Cepheid PCR ChipPCR Chip

AffymetrixAffymetrix

SynteniSynteni

作業平台及界面

Orchid BiocomputerOrchid Biocomputer

The "144" Synthesizer

Early Devices

CepheidCepheid

NanogenNanogen

晶宇生技 王獻煌 Tel: 03-5639900Tel: 03-5639900 fax: 03-5643400fax: 03-5643400 email: email: wang5412@mail.bio-drchip.com.twwang5412@mail.bio-drchip.com.tw

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