fiber optic nanobiosensor 中正大學周禮君教授融合奈米科技為台...

合政府大力扶植的奈米科技

生活化政策方向、滿足台灣

對生物檢測的需求，適時改

善了台灣生物檢測儀器大量

依賴進口的情況，種種的貢

獻讓周禮君教授和其﹁奈米

生物檢測中心﹂被視為是台

灣奈米技術產業化的先行者。

結合生物檢測與奈米科

技的﹁奈米生物檢測科

技研究中心﹂

談起自己創立的﹁奈米生

物檢測科技研究中心﹂(

以下

簡稱奈米檢測中心)

，周禮君

教授表示自己從事生物檢測

研究已經超過二十年，現今

的生物感測器存在的問題，

如檢測平台購置及維修費太

高、檢測靈敏度不高、檢測

時間長、消耗試樣體積過大

，部分檢測原理需以化學反

應標誌待測物，而有破壞檢

測樣本既有特性之疑慮等，

自己也以研究者的身分不斷

地在尋找跨越限制的可能性。

在花了十二年時間觀察國際奈米材料研

究趨勢與發展，並親身涉入奈米相關研究

後，周禮君教授興起結合奈米科技與生物

檢測的構想，此構想計畫提案符合政府所

推動的奈米產業化趨勢，因此順利得到政

府的資助與學校的支持，成立了奈米檢測

中心。

奈米檢測中心主要研究﹁奈米生物檢測

科技﹂，利用奈米材料所具備之大表面積

、高表面活性及特殊光、電、磁效應等性

質，探索結合奈米科技與生物檢測之各項

可能性，最終希望能發展新穎的奈米生物

檢測技術，進一步去了解生物分子所蘊藏

之訊息，並追求能有效降低檢測成本和提

升檢測效能。

有關奈米檢測中心的定位，周教授表示

，該中心並不是一個純學術的研究單位，

而是一個要積極促進學術與產業合作的單

位；而由此定位出發，奈米檢測中心所發

展的技術與擔負的責任，一定要廣泛應用

和參與至生物產業的各個領域。

因此，除了建立研發奈米生物檢測技術

的研發團隊外，奈米檢測中心還承擔了建

中正大學周禮君教授融合奈米科技

為台灣儀器產業注入創新元素

中正大學化學暨生物化學系周禮君教授，結合奈米科技與生物檢測技術成立「

奈米生物檢測科技研究中心」

，是國內首度結

合生物檢測與奈米科技的專業研發中心。該中心自製研發的「

光纖式奈米生物檢測儀」

已順利技轉給兩家公司，未來商業化

前景可期。

■文‧鄭昱芸

【現職】中正大學化學暨生物化學系教授兼理學院院長

【專長領域】分析化學、材料化學、電化學

【專利獲證】中華民國發明專利10件、美國發明專利10件和中

華人民共和國發明專利3件，另有16件發明專利申

請中(包含中華民國發明專利11件、美國發明專利

4件、及英國發明專利1件)

【技術授權】共3件，授權廠商包括嘉原科技股份有限公司、亞

諾法生技股份有限公司

【T

4

聯盟之中正大學‧

生醫農學】

周禮君教授 Profile

台灣得天獨厚的天然環境條件，島上

本就孕育豐富的物種；生物多樣性的先

天條件，讓台灣的農漁林業興盛繁茂，

進而促進旺盛的生物相關產品需求，在

政府與民間的配合下，台灣許多研究團

隊投入相當多的人力、資源於生物產業

相關技術的研究，近年來生物檢測(

生

物晶片)

技術已被公認具領先國際之實

力。和

其他國家一樣，台灣近年來也面臨

著環境惡化與人口老化的困境，進而產

生對疾病、食品之強烈檢測需求，因此

結合生物檢測科技所發展出來的﹁生物

感測器﹂也成為台灣相關團隊的重點研

究。

近年來，新興的奈米科技藉由高科技

的測量方式去開發設計，甚至進而顛覆

原本熟悉的材料特性。台灣政府嗅到這

股被喻為可能是促成第三次產革命的科

技風潮，從2006

年開始將奈米科技納入

國家重點發展的六大策略性生活科技產

業之一，並成為政府投入最大筆資金的

專案，進行奈米科技生活化。

中正大學化學暨生物化學系周禮君教

授，積極結合奈米科技與生物檢測技術

進行研發工作，周教授創立的中正大學

﹁奈米生物檢測科技研究中心﹂，是首

度結合生物檢測與奈米科技的專業研發

中心，中心所產出的研發成果，不但符

立中正大學校內跨系所之奈米生物檢測科

技研究及教學、爭取校外資助之研究、教

學與推廣計畫、建置奈米生物檢測研究的

核心設施、培育奈米生物檢測科技人才、

協助國內產業進行奈米生物檢測科技開發

諮詢服務與推動校際奈米生物檢測科技交

流與合作等業務。奈米檢測中心現有四十

多名人力，碩博士學歷佔絕大多數。周教

授表示，中心研究與業務執行皆與奈米有

關，因此中心人員常帶著研究與奈米相關

知識與經驗，與產業界交流，促進產業界

對奈米生物檢測的認識與熟悉，最終促進

結合奈米與生物檢測的產學合作。

亮點研發成果：

光纖式奈米生物檢測儀

奈米檢測中心成立時就設定了建立台灣

自有的奈米生物檢測技術的目的，因此中

心成立初期，周禮君教授整合了中正大學

各系所之人力與資源，期望能藉由中心能

量協助產業迅速地利用微奈米尺度的結構

設計、製造能力與奈米材料的操控，在生

命科學領域中研究開發新式檢測技術，希

望能提昇台灣相關產業的國際競爭力。

周教授研究團隊所設計的﹁光纖式奈米

生物檢測儀﹂，創新融合了周禮君教授在

生物檢測與奈米材料上的專業，利用了貴

金屬奈米粒子表面以辨別分子官能化後，

再以貴金屬奈米粒子的獨特光學性質來偵

測辨識分子與生物分子的結合反應，再測

量貴金屬奈米粒子的光學性質隨著表面環

境折射率受到表面吸附物所引起的光訊號

變化，最後得到更為快速及靈敏的檢測結

果。﹁

光纖式奈米生物檢測儀﹂已進行多種

臨床相關生物檢測與農業病毒檢測，並已

將一系列的研究成果發表在國外頂尖期刊

。周教授表示，﹁光纖式奈米生物檢測儀

﹂相較於同等級的國際品牌檢測器，更為

快速及靈敏地測得準確的數據，製造成本

更為低廉，預計量產成功後，將極具競爭

力。目

前﹁光纖式奈米生物檢測儀﹂原型機

已經順利技轉給兩家公司，研發團隊在技

術移轉後，則還繼續與兩家公司合作進行

對原型機的細部改善；另一方面，廠商因

此件技轉案與周教授的研發團隊合作愉快

，而願意更進一步與奈米檢測中心團隊簽

訂其他儀器技術開發與生物晶片的產學合

作案。

除了爭取產學合作外，周禮君教授在研

究台灣產業環境後認為，﹁光纖式奈米生

物感測儀﹂具有產品成本、靈敏度、方便

性及未來發展性(

微小化)

等優勢，在免疫

分析市場相當具有競爭力。檢驗儀器不但

非常適合推廣於學術單位、研究機構、生

醫研發等相關研究單位，改善現今仍依賴

外國進口儀器的情況。再者，微小化的光

纖式奈米生物感測儀更具攜帶方便且檢驗

快速的特點，因此可運用在農牧業的疾病

診斷及防疫檢測、食物病原菌的檢測及食

品加工製程控管的測試、土壤及水質源污

染物之生物檢測，甚至可以推廣至醫院急

診室快速篩選使用、住院病患看護、安養

照護機構之客戶以及個人自我檢驗等市場。

從產學合作到建立

台灣生物檢測的儀器產業

談起創新，周禮君教授表示，﹁創新﹂

是一種能力與心態。創新需要結合掌握新

科技與既有能量的能力和超越的態度。結

合奈米科技與生物檢測技術是一種能力，

想要填補台灣自製生物檢測儀器的空缺是

一種想要超越現狀的態度。

一開始成立奈米生物檢測科技研究中心

時，周教授就設下要藉由自己與研究團隊

的能量去發展台灣自製的生物檢測儀器品

牌的目標，隨著﹁光纖式奈米生物檢測儀

﹂的研發成功，原型機整合了精密機電技

術，且具可攜帶式、自動化、即時測定功

能、高靈敏度、高專一性、應答速度快、

使用壽命長、可連續即時監測等特色，加

上製造成本的相對低廉；自信於研發成果

的優勢，周教授相當鼓勵技轉此技術的廠

商藉由對﹁光纖式奈米生物檢測器﹂的商

品化量產，進而建立台灣自己的生物檢測

儀器產業。

二十年的路程，周教授表示自己從學術

到產學合作走過了一段漫長且努力的道路

，﹁奈米生物檢測科技研究中心﹂的成立

就是他對生物檢測探索的集大成之作！而

我們也深切相信台灣奈米科技產業的發展

中，周禮君教授及其研究團隊的卓越貢獻

定會被記載其中！

光纖式奈米生物感測儀是結合奈米貴金屬粒子表面修

飾生化分子，配合微流體槽道的使用以及整合精密機

電自動化技術的生物感測平台。其感測原理是利用貴

金屬奈米粒子表面以辨識分子官能化後，再以貴金屬

奈米粒子的獨特光學性質來偵測辨識分子與生物分子

的結合反應。由於貴金屬奈米粒子的光學性質會隨著

表面環境折射率受到表面吸附物所引起的改變而變化，

光纖式奈米生物感測儀的感測技術即是建立於測量漸

逝波吸收所引起光訊號的變化。

國立中正大學奈米生物檢測科技中心聯絡人：周禮君教授電話：05-2720411#66411 傳真：05-2721040 電子郵件：[email protected]

Center for Nano Bio-Detection, National Chung Cheng University Name / Title : Lai-Kwan Chau / Professor TEL : +886-5-2720411-66411 FAX : +886-5-2721040 E-mail : [email protected]

Fiber optic nanobiosensor 光纖式奈米生物感測儀

光纖式奈米生物感測儀應用貴金屬奈米粒子獨特光學性質

與光纖基本特性組成簡單的儀器架構，擁有免標記與即時

偵測優勢，極具潛力生產成攜帶式的重點照護(Point of care)

檢測儀器。且有別以往的偵測儀器能夠提升偵測靈敏度，

以及快速檢測。

生醫檢測 - 如癌症篩檢、免疫分析、手術監控…等

食品檢測 - 如微生物檢測、食品加工製程控管…等

農業檢測 - 如動植物疾病、土壤及水質之生物檢測

環境監測 - 如土地及水資源汚染物之生物檢測

生化防護 - 如生化戰劑、病毒與細菌…等檢測

台灣： I292476; I337254; I354781

中華人民共和國： ZL200610001734.7

美國： US 7,511,820 B2; US 8,072,606

光纖式奈米生物感測儀的免標定與即時偵測的特色非常適

合於偵測貴金屬奈米粒子表面的辨識分子與生物分子的結

合反應。因儀器架構簡單所以成本會較便宜，除此之外，

尚具有高靈敏度、高專一性、分析時間快速、儀器易微小

化、偵測波長可依需求改變以及可建構多槽道分析等優點。

從產品成本、靈敏度、方便性及未來發展性

（如：儀器微小化）在免疫分析市場都極具競

爭力。











技研究中心﹂



以下


，周禮君


















中心。








升檢測效能。









中正大學周禮君教授融合奈米科技

為台灣儀器產業注入創新元素

中正大學化學暨生物化學系周禮君教授，結合奈米科技與生物檢測技術成立「

奈米生物檢測科技研究中心」

，是國內首度結

合生物檢測與奈米科技的專業研發中心。該中心自製研發的「

光纖式奈米生物檢測儀」

已順利技轉給兩家公司，未來商業化

前景可期。

■文‧鄭昱芸

【現職】中正大學化學暨生物化學系教授兼理學院院長

【專長領域】分析化學、材料化學、電化學

【專利獲證】中華民國發明專利10件、美國發明專利10件和中

華人民共和國發明專利3件，另有16件發明專利申

請中(包含中華民國發明專利11件、美國發明專利

4件、及英國發明專利1件)

【技術授權】共3件，授權廠商包括嘉原科技股份有限公司、亞

諾法生技股份有限公司

【T

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生醫農學】

周禮君教授 Profile








生

物晶片)


力。和






究。





技風潮，從2006











































果。﹁








力。目








作案。





微小化)

































儀器產業。








41 成大產學合作NO.15

光纖式奈米生物感測儀是結合奈米貴金屬粒子表面修

飾生化分子，配合微流體槽道的使用以及整合精密機

電自動化技術的生物感測平台。其感測原理是利用貴

金屬奈米粒子表面以辨識分子官能化後，再以貴金屬

奈米粒子的獨特光學性質來偵測辨識分子與生物分子

的結合反應。由於貴金屬奈米粒子的光學性質會隨著

表面環境折射率受到表面吸附物所引起的改變而變化，

光纖式奈米生物感測儀的感測技術即是建立於測量漸

逝波吸收所引起光訊號的變化。

國立中正大學奈米生物檢測科技中心聯絡人：周禮君教授電話：05-2720411#66411 傳真：05-2721040 電子郵件：[email protected]

Center for Nano Bio-Detection, National Chung Cheng University Name / Title : Lai-Kwan Chau / Professor TEL : +886-5-2720411-66411 FAX : +886-5-2721040 E-mail : [email protected]

Fiber optic nanobiosensor 光纖式奈米生物感測儀

光纖式奈米生物感測儀應用貴金屬奈米粒子獨特光學性質

與光纖基本特性組成簡單的儀器架構，擁有免標記與即時

偵測優勢，極具潛力生產成攜帶式的重點照護(Point of care)

檢測儀器。且有別以往的偵測儀器能夠提升偵測靈敏度，

以及快速檢測。

生醫檢測 - 如癌症篩檢、免疫分析、手術監控…等

食品檢測 - 如微生物檢測、食品加工製程控管…等

農業檢測 - 如動植物疾病、土壤及水質之生物檢測

環境監測 - 如土地及水資源汚染物之生物檢測

生化防護 - 如生化戰劑、病毒與細菌…等檢測

台灣： I292476; I337254; I354781

中華人民共和國： ZL200610001734.7

美國： US 7,511,820 B2; US 8,072,606

光纖式奈米生物感測儀的免標定與即時偵測的特色非常適

合於偵測貴金屬奈米粒子表面的辨識分子與生物分子的結

合反應。因儀器架構簡單所以成本會較便宜，除此之外，

尚具有高靈敏度、高專一性、分析時間快速、儀器易微小

化、偵測波長可依需求改變以及可建構多槽道分析等優點。

從產品成本、靈敏度、方便性及未來發展性

（如：儀器微小化）在免疫分析市場都極具競

爭力。











技研究中心﹂



以下


，周禮君


















中心。








升檢測效能。









【T

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生醫農學】








生

物晶片)


力。和






究。





技風潮，從2006











































果。﹁








力。目








作案。





微小化)

































儀器產業。








【成立】2006年

【規模】由國立中正大學七個系所(包含化學暨

生物化學系、生命科學系、物理系、

心理系、電機工程系、機械工程系和

光機電整合工程研究所)共23位助理教

授以上師資所共同成立，並依每個教

授專業領域區分為四個組別(生物辨識

組、檢測技術組、檢測材料組、微流

體系統組)，另成立一個諮詢委員，研

究人力為5位博士後研究員和60多位研

究助理和博士生、碩士研究生

【研究設施】約有近600坪左右的研究室(每教授約

有20坪以上研究室)

【重要研發成果】

1.光子晶體與貴重金屬奈米粒子之特性整合與其在

光電轉換與訊號增強上的應用

2.建構偵測汙染食品微生物的微型化全分析快速篩

檢平台-以沙門氏菌檢測為例

3.以質譜法分析人體中去氧核醣核酸加成產物與蛋

白質之轉譯後修飾作為疾病的生化指標

4.硒奈米刷之結構操控與金奈米結構物催化及生醫

性質

5.利用微流體元件與化學計畫學技術開發生化分析

技術的研究

6.兩性離子官能基的親水性液相層析管柱的開發

7.使用線性溶解度能量關係式來鑑定超臨界流體層

析的離子液體靜相

8.超順磁多孔性氧化鐵結構在雌性催化劑分離與磁

共振成象顯影劑之應用研究

【地址】嘉義縣民雄鄉大學路168號

【聯絡電話】05-2720411#16106

【傳真電話】05-2721040

【網站】http://cnbd.ccu.edu.tw/

奈米生物檢測科技研究中心

周教授和其研究中心實驗室成員合影

「光纖式奈米生物檢測儀」原型機及其感測晶片

和感測光纖

成大產學合作

NO.1542











技研究中心﹂



以下


，周禮君


















中心。








升檢測效能。









【T

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生醫農學】








生

物晶片)


力。和






究。





技風潮，從2006











































果。﹁








力。目








作案。





微小化)

































儀器產業。








【成立】2006年

【規模】由國立中正大學七個系所(包含化學暨

生物化學系、生命科學系、物理系、

心理系、電機工程系、機械工程系和

光機電整合工程研究所)共23位助理教

授以上師資所共同成立，並依每個教

授專業領域區分為四個組別(生物辨識

組、檢測技術組、檢測材料組、微流

體系統組)，另成立一個諮詢委員，研

究人力為5位博士後研究員和60多位研

究助理和博士生、碩士研究生

【研究設施】約有近600坪左右的研究室(每教授約

有20坪以上研究室)

【重要研發成果】

1.光子晶體與貴重金屬奈米粒子之特性整合與其在

光電轉換與訊號增強上的應用

2.建構偵測汙染食品微生物的微型化全分析快速篩

檢平台-以沙門氏菌檢測為例

3.以質譜法分析人體中去氧核醣核酸加成產物與蛋

白質之轉譯後修飾作為疾病的生化指標

4.硒奈米刷之結構操控與金奈米結構物催化及生醫

性質

5.利用微流體元件與化學計畫學技術開發生化分析

技術的研究

6.兩性離子官能基的親水性液相層析管柱的開發

7.使用線性溶解度能量關係式來鑑定超臨界流體層

析的離子液體靜相

8.超順磁多孔性氧化鐵結構在雌性催化劑分離與磁

共振成象顯影劑之應用研究

【地址】嘉義縣民雄鄉大學路168號

【聯絡電話】05-2720411#16106

【傳真電話】05-2721040

【網站】http://cnbd.ccu.edu.tw/

奈米生物檢測科技研究中心

周教授和其研究中心實驗室成員合影

「光纖式奈米生物檢測儀」原型機及其感測晶片

和感測光纖

43 成大產學合作NO.15











技研究中心﹂



以下


，周禮君


















中心。








升檢測效能。
















生

物晶片)


力。和






究。





技風潮，從2006











































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力。目








作案。





微小化)

































儀器產業。








【T

4


生醫農學】

周禮君教授技術篇

▲

光纖式奈米生物感測儀(Fiber optic nanobiosensor)

【研發團隊】中正大學奈米生物檢測科技研究中心

【研發領域】機械與先進製造、電機電子與光電、化工與材料、奈米科技與微

機電製造、生技與醫藥

【技術成熟度】可商品化

【專利】臺灣發明型

‧I292476「表面電漿共振感測系統、裝置及方法」

‧I337254「定域化表面電漿共振感測系統及方法」

‧I354781、I292476「表面電漿共振感測系統、裝置及方法」

中華人民共和國ZL200610001734.7「含貴金屬之檢測裝置及檢測系統及其方法」

中華人民共和國200910005297.X (申請號)「光纤式定域等离子体共振感測装置及

其系统」

美國US 7,511,820 B2, “Surface Plasmon Resonance Sensing System and Method

Thereof”

美國US 8,072,606, “Fiber-optic localized plasmon resonance sensing device and

system thereof”

美國US 8,305,583 B2, “Localized Surface Plasmon Resonance Sensing System”

【應用情境說明】

光纖式奈米生物感測儀是結合奈米貴金屬粒子表面修飾生化分子，配合微流體槽

道的使用以及整合精密機電自動化技術的生物感測平台。其感測原理是利用貴金

屬奈米粒子表面以辨識分子官能化後，再以貴金屬奈米粒子的獨特光學性質來偵

測辨識分子與生物分子的結合反應。由於貴金屬奈米粒子的光學性質會隨著表面

環境折射率受到表面吸附物所引起的改變而變化，光纖式奈米生物感測儀的感測

技術即是建立於測量漸逝波吸收所引起光訊號的變化。

【關鍵技術簡介】

光纖式奈米生物感測儀的免標定與即時偵測的特色非常適合於偵測貴金屬奈米粒

子表面的辨識分子與生物分子的結合反應。光纖式奈米生物感測儀具有高靈敏度

、高專一性、分析時間快速、儀器易微小化、偵測波長可依需求改變以及可建構

多槽道分析等優點，極具潛力生產成攜帶式的重點照護(Point of care)檢測儀器。

粒子電漿共振生物感測儀目前包含已核准和審查中共計衍生出30件發明專利(包

含美國、英國、中華民國及中華人民共和國發明專利)。

【產業價值】

光纖式奈米生物感測儀首先可以學術單位、研究機構、生醫研發等相關研究單位

做為主要市場。微小化的光纖式奈米生物感測儀可以將市場擴充到農牧業的疾病

診斷及防疫檢測、食物病源菌的檢測及食品加工製程控管的測試、土壤及水資源

汚染物之生物檢測，甚至可以推廣至醫院急診室疾病快速篩選使用、住院病患看

護、安養照護機構之客戶以及個人自我檢驗等市場。

【可應用產業/範圍】

光纖式奈米生物感測器在貴金屬奈米粒子的表面上修飾不同的有機官能基或是抗

體等辨識分子即可應用在各領域的生物檢測分析。

未來可應用的檢測領域包含有：

‧研究發展：如生物檢測、蛋白質體學、基因體學等。

‧農業檢測：如動植物疾病、土壤及水質之生物檢測等。

‧食品檢測：如食品微生物檢測、毒性物質檢測等。

‧環境監測：如環境污染物監測、環境生物檢測等。

‧醫療檢驗：如血液檢驗、尿液檢驗、疾病快篩、免疫分析、腫瘤、荷爾蒙檢測

、藥物試驗、生化分析等。

‧國民與國防安全：如非法藥物、生化戰劑、毒性化學物質、神經毒氣、病毒及

致死病菌之偵檢。

光纖定域電漿共振生物感測儀

(fiber optic nanobiosensor)

(圖片來源：周禮君教授)

感測晶片(sensing chip) 感測光纖(sensing

fiber) 成大產學合作

NO.1544

fiber optic nanobiosensor 中正大學周禮君教授融合奈米科技 為台...

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fiber optic nanobiosensor 中正大學周禮君教授融合奈米科技為台...