微米晶片在细胞生物学上的应用

1、微米晶片在細胞生物學上的應用細胞研究:1. 細胞研究的方向。2. 細胞生長環境。3. 細胞微環境的因素。4. 生物科技的劣勢。基因定序工程的研究突破與成果可說是90年代生命科學家的最偉大貢獻之一，期間牽涉的領域甚廣，包括分子生物學、化學、數學和工程學等。於今年（2001）在科學和自然雜誌公開發表的基因定序草圖正是結合群體工作獲致豐腴研究成果的結晶。隨著基因定序研究的逐漸成熟，後基因質體學的研究，包括基因質體學(genomics) 、轉譯質體學(transcriptomics)、蛋白質體學(proteomics) 、藥物動力質體學(pharmacogenomics)、代謝質體學(metabolo

2、mics)等已儼然成為目前生命科學研究新熱潮。生物科技的發展亦會因此而蓬勃發展。和基因定序相比，後基因質體學的研究將更加困難但有意義，因為它主要是探討個體差異、生物分子和環境間之關係以及生物分子間作用之動力學資訊等，故能提供更直接及詳實的生物資訊，有助於藥物的發展、疾病的診斷、生命演進的探討及生物工程的發展等。在研究蛋白質體學和代謝質體學時，由於蛋白質和其他小分子之訊號不若DNA 般可藉由聚合反應來放大，因此當其含量極低時常造成偵測方面之困難。另外欲從人體之30 億鹼基對中找出少數基因序列的差異、從至少2 萬至超過十萬種人類蛋白質中尋找蛋白質的差異、或從各種體液中檢測代謝物之異同等工作，其困難

3、猶如海底撈針。因此為能在短時間內，得到較完整且有用之訊息，新分析技術的研發是刻不容緩且重要。微米級晶片的新工具- 微流道1. 微流道晶片(lab-On-a Chip)2. 陣列式晶片 3. 晶片的應用 生物晶片可廣義的解釋為應用於生物科技領域之小型元件。其應用範圍極為廣泛，例如醫療檢測，PCR，電泳，蛋白質純化，expression profiling等。大多數生物晶片的用途在於進行生化分析 (biochemical analysis)反應或反應 之一部份。相對於傳統分析方法，生物晶片常有操作簡便，所需樣本量少，同時進行多組反應，可大量生產，以及反應速度快等優點。  

4、60; 生物晶片之功能、型式、製作方式林林總總， 目前並無普遍被接受之分類法。但以型式為依據可大致分為微流體元件(microfluidic devices)及微陣列(microarrays)兩大類。   微流體元件在基材(substrate)上製造channels, reaction chambers, mixers, valves來控制不同流體於晶片中之流動方向、反應時間、混合比例等等而達到控制反應進行的目的。這類晶片包括微流體晶片或前處理晶片（microfluidics or sample pretreatment）、細胞晶片或動物晶片（cell chip or ani

5、mal chip）、主動晶片或被動晶片、實驗室晶片或程序晶片或微型全功能分析系統（lab on chip or processing chip or Micro TAS）微陣列則可依據固定於基材上之生化分子再細分為DNA微陣列及蛋白質微陣列。微陣列基本上是將傳統之生化分析法(如Northern Blot及immunoassay)微小化至數百微米直徑之小圓點。因此利用少量樣本即可進行多個分析。微晶片技術近年來在生化分析應用上獲得極度重視，以微晶片電泳(microchip electrophoresis) 技術為主體所發展出的實驗室平台晶片(lab-on-a-chip)，亦有極大潛力應用於組合式化

6、學以及基因體與蛋白體技術等現代新藥發現方法。美國著名儀器公司Agilent 與專門致力於微晶片電泳裝置開發的公司Caliper Technologies合作，於1999 年首度推出商品化的實驗室平台晶片儀器，稱為Agilent 2100 Bioanalyzer。 Biochip 的相關技術要製造上述的需要用到的技術非常多，包括要設法在不同材質的晶片上如矽、玻璃或塑膠，蝕刻出微小的管道，需要運用半導體產業的蝕刻技術；要如何推動極微量的液體流動進行反應，流體力學原理、機械幫浦構造、微小化設計等技術不可缺少；反應的結果要如何偵測、分析，可能會有雷射光、感應器、微機電等技術的應用，有各種不同技術的支持

7、配合，才能協力在微晶片上以極短的時間（最快在幾秒鐘之內）完成在傳統實驗室中耗時的生化分析。因此，Lab-on-a-chip 並不是單一項技術的應用或衍生，而是許多特殊技術甚至跨領域技術的整合。. Biochip 的應用將實驗室微小化在晶片上的結果，醫生可能在辦公室內用手掌般大小的實驗室晶片，數分鐘內立即快速且診斷出病人的疾病，對症下藥。平行化大量分析的實驗室晶片，可以快速且大量合成及篩選新藥，加速新藥的開發。由於Lab on- chip 的功能可以依不同的需求進行設計，在微晶片上進行不同的反應，目前已知可以在實驗室晶片上進行的生化實驗包括具有基因增幅功能的聚合脢鏈鎖反應（Polymerase Chain Reaction, PCR）、核酸的定序反應、微流體操作、電泳（electrophoresis）、質譜分析（MS, Mass Spectrograph）、抗原抗體結合或一般的酵素反應等。結合這些反應，Lab-on-a-chip 可以