Introduction

人類及許多其他生物的基因序列被陸續解出後,現在最令人好奇的就是這些基因的功能是什麼?基因的功能是由蛋白質及酵素所表現出來的,我們實驗室想了解酵素與 蛋白質如何展現生命的現象,並將之應用在於生物科技上。酵素是一種非常神奇的東西,它可以催化一些在其他情況下怎麼樣都難以進行的反應;對近代生物科技而 言,酵素的作用就像是一種煉金術,它可以把一些毫不起眼的東西,轉變成一些很有價值的物質。生物科技將成為二十一世紀科學的主軸,進入後基因時代,研究的 重心將在於酵素與蛋白質的功能。

一、酵素反應機制探討 (Enzyme kinetics and mechanism):

包含酵素反應機制之探討、新酵素之搜尋與設計及其生理上的功能等;研究目的是要了解生物性催化反應的超高效率是如何達成的;並探索生物中新的生化反應及其催化劑。研究重心如下:

亞硫酸基轉移酵素 (Sulfotransferase) 之反應機制與其可能之生理功能

左圖是我們研究的一個酵素,酵素活性中心可以利用蛋白質結構及定點突變等方式來探討,並經由化學或物理的方法改變其特性。目前藥理作用過渡狀態之構造或重 要活性部位可以解出或合理預測出,其結構為基礎可作為藥物設計與合成之藍本。

酪胺酸亞硫酸基化 (Tyrosine sulfation)蛋白質後修飾 (Post-translational modification) 對於生理功能之影響

蛋白質亞硫酸化(sulfation)是一種普遍存在於生物中的轉譯後修飾,它的催化方式極像蛋白質磷酸化,但卻調控完全不相同的重要生物反應。蛋白質亞硫酸化主要透過酪氨酸亞硫酸基轉移酶(tyrosylprotein sulfotransferase,TPST)將腺苷3’-磷酸-5'-磷醯硫酸鹽(3’-phosphoadenosine 5’-phosphosulfate, PAPS)的亞硫酸基(SO3-)轉移到許多特定分泌性或膜蛋白質的酪氨酸(tyrosine)上,所產生的酪氨酸亞硫酸化(tyrosine O-sulfation)對於後續的許多生理反應扮演著重要的關鍵性角色。

二、奈米‧生物電子 (Nano-bioelectronics): 生醫感測系統之設計與開發

我們著力於以多晶矽奈米線場效電晶體(Poly-Si NW FET)建架生物感測元件。此種新式製作方式相容現有半導體技術製程過程,完全符合我國在半導體產業製成優勢。研究重點如下:

創新之多晶矽奈米線場效電晶體之設計與開發
超高靈敏生醫感測元件於臨床醫學之應用

身逢其時,我們正經歷著人類科技的起飛,生物科技與電子資訊的結合將會是大勢所趨。在生命科學中,身處於後基因時代,蛋白質體學的研究對生物科技刻不容緩; 在臨床醫學上,快速而簡易的檢測技術對於許多疾病的監測與治療有關鍵性的影響。而生物晶片可以提供大量、快速、準確的檢驗與篩選,這樣的技術有潛力完全改 變目前生化的實驗方法及未來的醫療型態。本實驗室與校內電子工程系所已成功設計與開發出創新的多晶矽奈米線場效電晶體感測元件(圖一、二),此種新式製作 方式相容現有半導體技術製程過程,完全符合我國在半導體產業製成優勢,此外我們也整合了實驗室開發出的微流道生物反應器平台(圖三)形成一個整合性的微流 道系統之功能化多晶矽奈米線場效電晶體感測平台(圖四、五)。未來會致力於將此超高靈敏生醫感測元件應用於臨床醫學檢測上,期許有志青年加入我們的研發團 隊。

  • 圖一、多晶矽奈米線場效電晶體陣列(poly-crystal NW FET FET device array)

  • 圖二、多晶矽奈米線場效電晶體之穿透式電子顯微鏡圖

  • 圖三、微流道生物反應器平台示意圖

  • 圖四、整合微流道系統之功能化多晶矽奈米線場效電晶體感測平台橫剖面圖

  • 圖五