學研新創 - 農業與食品生技
具三維電漿熱點之訊號增強晶片
2022-12-22
張健忠教授/國立中興大學

張健忠

本團隊設計一個具有三維電漿熱點(3-dimensional plasmonic hotspot-rich, 3D-PHS)的奈米結構。此3D-PHS奈米晶片基於交叉銀奈米線 (AgNW) 木樁結構的堆疊可以提供獨特的三維的局部電漿共振(LSPR)以及熱點(hot spots),讓3D-PHS奈米晶片同時具有表面增強拉曼光譜 (Surface-Enhance Raman Spectroscopy, SERS) 與電漿子增強螢光 (plasmon- enhanced fluorescence PEF) 的特色。相較於二維奈米結構,3維奈米結構所構成的電漿共振與熱點可提高晶片1000倍的感度,因此除了可以達到減少樣品用量的目的,更可以提升偵測極限。3D-PHS晶片具有:(1)無須樣品前處理、不需破壞樣品;(2)樣品用量極少(20ul);(3) 檢測時間極短(< 5min);(4) 無標記/無抗體的檢測方式;(5)晶片正常條件與環境可以保超過80天;(6)任何拉曼光譜儀皆可使用;(7)任何尺寸的待測物皆可檢測的優勢。最近團隊成功與台大醫院合作以3D-PHS奈米晶片搭配拉曼光譜儀與螢光光譜儀成功地用於測量和表徵人體血液中的直接膽紅素 (D-bililubin, D-BIL)。僅需要20uL人血清進行快速篩選5分鐘,即可達10 nM的偵測極限,此結果與醫院利用現有方法比較更準確快速;是國內第一次在臨床相關範圍內檢測到 D-BIL。此生物傳感技術及有希望用於醫療保健單位配合可攜式光譜儀做有效定點檢測照護(Point of Care Testing, POCT)。此外: 3D-PHS 亦已成功的應用於抗體及抗原以及冠狀病毒的檢測,智慧農業(農藥、蘭花病毒)的檢測。

評審推薦
1.本案設計一個具有三維電槳熱點的奈米結構,構成的電漿共振與熱點可提高晶片1000倍的感度可以減少樣品用量提升偵測極限等優點。
2.本技術操作簡易,檢測時間短、準確率高,可廣泛作為樣品初篩之功能。
3.已取得台灣専利,並發表國際期刊論文。
2023年度精進成果
19屆新創獎得獎的作品是具三維電漿熱點之訊號增強晶片—特色是將農藥與相關農業待測物(蘭花病毒)訊號變成分子條碼並以barcode方式呈現。而得獎之後參展作品之精進發展為:(1) 自行開發可攜式表面增強拉曼光譜儀搭配自行開發之軟體訊號處理系統成為全方位SERS檢測平台(Comprehensive SERS Platform) CSP。包含三部分:3D PHS升級成3D-RCW奈米結構晶片。自行升級拉曼光譜儀使具有光纖CCD。自行開發之軟體升級可辨識混合物。(2) 團隊已達成國內國外落地、臨場檢測。是全球僅有的混合農藥之辨識 (一張晶片可以測出並且分析出個別農藥)。(3)目前已將此技術擴大應用於膽紅素臨床檢測以及冠狀病毒抗體/抗原檢測。(4)代表台灣參加東京奈米展,並上台演講。(5)獲得2023未來科技獎。(6)萌芽計畫申請通過初審,複審中。
團隊簡介

張健忠

學歷

淡江大學化學所博士

現職

中興大學工學院 副院長;中興大學生醫工程研究所特聘教授

經歷

中興大學工學院 副院長 2021/01-迄今

中興大學工學院工科中心 主任 2021/01-迄今

中興大學智慧微創器械中心 主任 2018/01-迄今

中興大學生醫工程研究所 所長 2014/08-2018/07

中興大學生醫工程研究所 特聘教授 2018/08-迄今

中興大學生醫工程研究所 教授 2014/08-2018/07

中興大學生醫工程研究所 副教授 2011/08-2014/07

中興大學生醫工程研究所 助理教授 2009/08-2011/07

中興大學化學系 助理教授 2006/08-2009/07

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