新世紀的化學工程：快速偵測與分析的實驗室晶片 莊怡哲 國立成功大學化學工程學系yjjuang@mail.ncku.edu.tw n  前言 幾乎每個人都有進過醫院、看過醫生，不管是做身體的健康檢查或疾病的診斷。在報到或問診完後總是先抽取一或數管的血液和收集一管的尿液，然後交給護士，之後在不同儀器機台上進行繁瑣或費時的樣品處理及分析，有的還算快，十幾分鐘後就知道檢測的結果，有的就非常慢，得幾小時甚至幾天後才知道檢測的結果。想像一下，如果對於每項檢測都能僅抽取些微的樣本（血液或尿液），並且在數分鐘之內便能知道檢測的結果，這將使得醫生、受測者或病患能在最短時間內了解自身的健康狀況或病情，進而提供即時的建議或治療。更進一步，如果這些檢測可以在家裡自我實施，亦即重點照護檢驗（point-of-care test），對於行動不便者或忙碌的人將是一大幫助，若再透過網路醫療系統，將檢測的結果上傳並建檔，便可和醫生保持相當程度的互動。另外，針對汙染物或是毒物的檢測若也能更靈敏、快速、簡易，則在環境污染防治或是食品安全的把關就可以更有效率。近年來，隨著微全分析系統（micro total analysis system, mTAS）或實驗室晶片（lab chip）的發展，上述的願景已經或是逐漸在實現當中。本文將介紹所謂的實驗室晶片，以及建構實驗室晶片所需要的微流體系統∕技術。 n  實驗室晶片—微流體系統∕技術 何謂微全分析系統或實驗室晶片？就是將樣品的處理及分析（如輸送、分離、集濃、偵測等單元操作）整合在一個具有可容納及輸送微量樣品的晶片上，這樣的晶片就是所謂的實驗室晶片。第一個實驗室晶片是由Dr. S.C. Terry等人在1979年所發展出來的，用於氣相層析[1]，之後在1990年初由Prof. Manz及其團隊將實驗室晶片的概念用於化學偵測分析，並且作進一步的闡述與發展[2-4]，再加上當時基因體研究及發展可攜式生化武器偵測系統的需求，進而促使這方面的研究迅速蓬勃地發展。由設計和構造來看，實驗室晶片其實就是屬於微流體系統（microfluidic system）。微流體是一探討在微米（10–6 m）至一毫米（10–3 m）之間的尺度下操控微量流體的科學與工程技術（Microfluidics is the science and engineering of systems that manipulate small amounts of fluids at length scales from a few micrometers up to a millimeter.）[5]。簡單來說，就是我們平時用來輸送流體的管子，把它的直徑縮小到微米（mm）[註一]與一毫米（mm）之間。當微小化之後，第一個驚嘆（至少就我而言）是我們竟然可以在悠遊卡大小一般的基板上進行流體的驅動及生化分析實驗，而且所需要的樣品量只有幾微升（1 mL = 10–3 mL）！（以前做單元操作實驗都是在諾大的實驗室裡，面對直徑動輒一、兩吋以上的管子及以毫升（mL）甚至升（L）為單位的瓶子）。其次是微流體晶片除了類似方形的悠遊卡之外，也可以是圓形的光碟，如圖一所示。    圖一：Lab Card（左）和Lab Disk（右）（圖片來源：http://goo.gl/y5Aods; http://goo.gl/wx6lyD. Credited […]