淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-2306201016415800
中文論文名稱 一種即時電學式抗體監測系統應用研究
英文論文名稱 A Real-Time Electrical Antibody Sensing System
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemistry
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生中文姓名 王偉名
研究生英文姓名 Wei-Ming Wang
學號 697160900
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2010-06-18
論文頁數 76頁
口試委員 指導教授-李世元
共同指導教授-林世明
委員-王伯昌
委員-許博欽
委員-李世元
委員-林世明
中文關鍵字 電學式生物感測器  甲型胎兒蛋白  3,4-亞甲二氧甲基苯丙胺 
英文關鍵字 Electronic Antibody Sensor  AFP  MDMA 
學科別分類 學科別自然科學化學
中文摘要 傳統的生化檢測受限於人力以及檢測方法本身的侷限性,往往受試者需等上數個工作日,因此無法滿足急性與重症患者的需求。而針對藥物查緝的課題,也同樣需要ㄧ台準確且具即時性(Real-time)量測的儀器,因此提供微小化、準確度高且具及時性的監測系統,乃是本研究之目標。
本研究方法是利用創新抗體-抗原結合之電學感測模式,觀察抗體抗原間之專一性作用與非專一性作用後,輸出電訊號的差異性。針對常用的醫療檢測指標物如、甲型胎兒蛋白(α-Fetoprotein, AFP)以及3,4-亞甲二氧甲基苯丙胺[(+,-)-3,4-methylenedioxyphenylisopropylamine, MDMA]毒品(俗稱搖頭丸)的檢測上,發現數分鐘後所量測到的抗體抗原間在專一性結合之表現上有顯著的差異,並量測了不同濃度的抗原待測物相互對照,經過一系列分析方法得到定性之結果,接著進行臨床樣品試驗,雖環境變複雜,但得到之結果在抗體抗原專一性結合的表現仍具有正面的意義。未來可應用於更多的臨床指標物的檢測,而將機台微小化、價格普及化、提供一般民眾使用將是本研究預見之目標。
英文摘要 One of the problems in traditional biochemical testing methods is that it requires labor power and complicated detecting methods; hence, it often takes several days to get results. However, to obtain accurate data from tests in a short period of time is essential for emergency patients and medicinal issues. Therefore, a real-time instrument with accurate detection is indispensable. The object of the study is to present a real-time sensing system with precision and sensitivity.
The study is an innovating electrical sensing mode which adopts antibody - antigen binding method. The research team learns remarkable difference between specificity and non-specificity between antibody and antigen by observing electrical signals produced by some medical testing markers and drug tests, such as α-Fetoprotein (AFP), (+, -)-3, 4-Methylene- dioxyphenylisopropylamine (MDMA, Ecstasy), when using the electrical sensing mode in which we not only compare the results measured before and after a couple of minutes but also experiment with different concentrations. Qualitative analysis has been achieved after a series of testing. Moreover, we also have done tests in clinical environment as far as experiment method to be concerned. The results have shown significant and positive meanings since our research is valuable when being applied to test for various clinical indicators. Our research team will keep making effort to invent cheaper and smaller instruments in order to improve everyone’s life.
論文目次 目 錄
中文摘要 I
英文摘要 III
目錄 V
圖示目錄 IX
附表目錄 XI

第一章 1
1-1前言 1
1-2生物感測器介紹 2
1-2-1生物感測器發展 2
1-2-2生物感測器種類 4
1-3電學式生物感測器簡介 6
1-4電化學介紹 7
1-5電化學分析儀的組成 9
1-5-1 二極式電化學分析系統 9
1-5-2 三極式電化學分析系統 11
1-6電化學分析儀操作模式介紹 12
1-6-1電化學分析儀簡介 12
1-6-2循環伏安法(Cyclic Voltammetry, CV) 13
1-6-3安培法(Amperometric) 14
1-7流道電學式生物感測器 15
1-8電學式生物感測器之晶片製程技術 17
1-9甲型胎兒蛋白 20
1-9-1甲型胎兒蛋白簡介 20
1-9-2甲型胎兒蛋白結構與特性 21
1-10 3,4-亞甲二氧甲基苯丙胺 26
1-10-1 3,4-亞甲二氧甲基苯丙胺簡介 26
1-10-2 MDMA簡介 27
1-10-3 MDMA藥理性 28
1-10-4 MDMA發展 29
第二章 實驗材料與方法 30
2-1儀器與藥品 30
2-1-1 實驗儀器 30
2-1-2 實驗藥品 31
2-2藥品製備 33
2-2-1 生物樣品前處理 33
2-2-2 溶液配製 34
2-3實驗前步驟 36
2-3-1 儀器使用前清洗 36
2-3-2 晶片製程 37
2-3-3 晶片修飾(Modification) 39
2-4 實驗流程 41
2-4-1開啟儀器 41
2-4-2 晶片活化(Activation) 42
2-4-3 半導體抗體的製備(Semiconductor antibody) 43
2-4-4 抗體固定化(Antibody immobilization) 44
2-4-5 晶片去活化(Deactivation) 45
2-4-6 抗原偵測(Detection) 46
第三章 實驗結果與討論 47
3-1 儀器使用之校正 47
3-1-1 晶片之電流訊號表現 47
3-1-2 晶片之電流訊號過高 49
3-1-3 晶片之電訊號過低 51
3-1-4 晶片之氣泡影響 52
3-2 實驗結果部份 54
3-2-1 PBS緩衝溶液環境 57
3-2-1-1 甲型胎兒蛋白(AFP)實驗結果與討論 57
3-2-1-2 MDMA實驗結果與討論 59
3-2-2尿液環境 62
3-2-2-1 MDMA實驗結果與討論 62
第四章 結論 64
附錄 65
參考文獻 72

圖示目錄
圖 1感測器分類(a)質量式,(b)電學式,(c)光學式 ................ 5
圖 2基本銅(Cu)-銀(Ag)電化學系統架構 ................................. 8
圖 3 二極式電化學分析系統。 ............................................... 10
圖 4三極式電化學分析系統。 ................................................ 11
圖 5電化學分析儀意示圖 ........................................................ 12
圖 6循環伏安法意示圖 ............................................................ 13
圖 7安培法意示圖 .................................................................... 14
圖 8 流道系統意示圖 ............................................................... 16
圖 9 AFP的二級結構................................................................ 22
圖 10 AFP結構意示圖.............................................................. 22
圖 11 MDMA結構意示圖 ........................................................ 26
圖 12晶片製程(MEMS)流程圖 ............................................... 38
圖 13晶片修飾(Modification)流程圖 ...................................... 40
圖 14晶片活化(Activation)示意圖 .......................................... 42
圖 15 半導體抗體製備過程圖 ................................................. 43
圖 16抗體固定化(Antibody Immobilization) 示意圖 ............ 44
圖 17晶片去活化(Deactivation) 示意圖 ................................ 45
圖 18 抗原偵測(detection)示意圖 ........................................... 46

圖 19 正常修飾完成後之晶片初始電訊號意示圖 ................ 47
圖 20 晶片與電學式感測器參考電極未連結或發生短路導致電流訊號 ............................................................................. 49
圖 21電學式感測器之晶片連接點與流道系統的漏水接觸導致電流訊號變化意示圖 ..................................................... 50
圖 22 晶片與電學式感測器之輔助電極或是工作電極並未連結產生短路導致電流訊號變化之意示圖。 .................... 51
圖 23流道發生氣泡滯留於晶片上導致電流訊號產生變化意示圖 ..................................................................................... 52
圖 24 氣泡在管線與晶片間遊移導致電流訊號變化意示圖 53
圖 25實驗量測之全圖 .............................................................. 55
圖 26實驗量測之Modification示意圖 ................................... 55
圖 27 實驗量測之Detection antigen示意圖 .......................... 56
圖 28 甲型胎兒蛋白抗體偵測甲型胎兒蛋白抗原與MDMA分子的比較圖,量測的濃度分別為0.1、0.2、0.5、1、2、5 μg/mL ............................................................................... 58
圖 29 MDMA抗體與同時偵測MDMA分子與CRP蛋白的比較圖,量測的濃度分別為0.1、0.5、1、5、10、25 μg/mL ............................................................................................. 60
圖 30 MDMA抗體同時偵測不同MDMA和咖啡因分子的比
XI
較圖,量測的濃度分別為5、10、25 μg/mL .................. 61
圖 31 MDMA抗體偵測在尿液環境下MDMA分子與C-反應蛋白的比較圖,量測的濃度分別為0.1、0.5、1、5、10、25 μg/mL ............................................................................. 63
圖 32 IgG 分子結構 ................................................................. 72
附表目錄
表 1懷孕期間母體甲型胎兒蛋白參考值 ............................... 24
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40http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc471/pages/Lecture10/L
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41 新藥發現開發技術平台, 高等教育出版社, 2007.
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