2019.05.01 瀏覽數：9319

微流體技術： 化學工程系的新發展方向 文‧圖／工學院 母校化學工程系自民國60年應用化學系成立，民國70年改名化學工程系至今日，已有將近50年的歷史。50年來為國內外工業孕育了大量的人才，也為母校的優質教育做了最佳的見證。傳統化學工程的精神在於利用大量生產降低成本，運用工程原理、物理學、化學或生物學等知識，以實驗研究、理論分析和科學計算手段，設計出最能節省成本的反應流程。 當一項產品在實驗室中發展完成後，化學工程師即著手規劃大量生產流程，由實驗室的每天幾克放大到工廠的?天幾噸級。反應器的設計、操作與連結，配合化學或生物反應，加上數理和物理應用，從中設計建構出程序，到達產大量生產目的，正是化學工程的活躍之處。化學工程的應用自不僅限於傳統石化產業。任何牽涉到使用製造程序以獲致產品的產業，都有化學工程的範疇，其應用範圍也是與時俱進。從民生用品、半導體、光電、生物技術、環境，甚至是近年注重環保綠能或再生能源，都有化學工程師的身影。母校化工學系教育目的，除了教授化學工程相關知識，更有訓練構思規劃及執行工程的能力。「面對問題如何解決」乃是每一位工程領域從業人員的核心思考，如何運用能使用的資源，從中組合找出可行性，改良或創新來解決問題，並到更好的地步，這樣的能力可以說是工程師的必備，更是面對事情的一種態度。最後更是培養工作及團隊合作態度和倫理責任，在世界村時代中，企業如何經營，除了競爭知識和技能，能力素養更是最後的決勝關鍵，決定如何走得更遠。 在隨著時代的變遷中，化學工程師的眼光也逐漸由大量生產與製造，移向了縮小、整合與節能的微流體技術。微流體技術概念最早發展可追朔至1980年代，而在1989年由Manz教授等人提出微型全分析系統 (micro total analysis system, μ-TAS)，又被稱為稱作”實驗室晶片(Lab on a Chip)” 的技術概念後，打破許多傳統檢測的疆界，更是成為微流體技術發展的起源。利用縮小化加工技術，讓流道縮小至微米(10-6 米)等級，將實驗所需要的程序，透過微製程技術和集成化，最大限度地將各項流程統合。在此技術中，大量微流道集中在數公分大小的晶片平台上。藉由壓力、毛細現象、離心力或電流控制等方式，來驅動及操控晶片上的流體，達成檢測所需的定量、混合反應等目的。微流體技術的優勢在於縮小了裝置，大量減少檢測所需的樣品體積，從傳統幾百微升用量，縮減到只需幾微升，降低檢測所需的成本。由於反應體體積的微量化，使的一片晶片上可刻製數百個不同功能的微流體通道，以同時進行多數樣本反應，平行處理多項實驗。再加上總體測量儀器縮小，攜帶上可更為方便，操作上只須注入液體，即可自動執行檢測等等，更加提高其實用性。減少成本、縮短時間、操作便利以及節省人力等等種種特點更是受到生醫領域的青睞。近年來微流體的應用上，價值增加最快的莫過於即時檢測領域，只需將血液或是樣品放到晶片上，就可以透過微流體達至樣品前處理、混合或定量等功能，並進行檢測，這類的醫療診斷的研發在近年來正繁榮的發展中。 近半個世紀以來，隨著飲食與生活習慣改變，加上老年人口增加，許多方面的疾病越來越多。因此許多快速檢測和和新的藥物被持續的開發，來協助醫療人員面對接踵不斷的挑戰。血液的分析是醫療診斷的一個重要工具，其中凝血檢測更為眾所周知的檢測項目。隨著對凝血機制的深入了解，人類漸漸開發各種測量技術與儀器，除了對於治療的效果提供更精確的掌控，也能達到事先預防的效果。於臨床上的血液凝固時間檢測中，凝血?原時間(Prothrombin Time, PT)與活化部份凝血活?時間(Activated Partial Thromboplastin Time, APTT)都是最常見的血檢查項目。 母校化學工程系的微流體實驗室致力於離心式微流體技術的開發，目前已擁有十多項國內外專利。利用離心力作為驅動力，加上已開發的多項流體操作技術，可將數個檢測操作流程整合於一光碟大小平台上。此外，整個檢測流程只需在光碟機大小的平台上自動化的執行。目前已開發出多項凝血、生化與免疫反應等檢測。以凝血檢測來說，本實驗室已建立可攜式凝血時間分析儀，透過程式化的馬達旋轉控制，配合微流道的設計，可操控血液與試劑進行一系列的流程，如血漿分離、定量傳遞與藥劑混合等。最後透過馬達旋轉控制與光學偵測器的整合，可將光學訊號透過軟體分析得到凝血?原時間。透過儀器微小化，操作簡單及迅速檢測，有助於民眾加速了解身體狀況。期望未來此技術可達到患者自行檢測的目的，將醫療檢測更加普及於廣大民眾中，特別是提供更友善的醫療服務給醫療資源不普及的地方。