奈米矽质谱分析晶片NanostructuredsiliconnSimassspectrometry.PDFVIP

奈米矽質譜分析晶片 Nanostructured silicon (nSi) mass spectrometry chip 曹嘉文 林園景 國立中央大學 國立中央大學 機械工程學系 機械工程學系 cwtsao@.tw wesley43232@.tw 摘要 質譜分析為檢測蛋白質與胜肽樣本的重要工具，應用在許多如生物醫學、細胞代謝、藥 物檢測等檢測分析應用領域中，如今質譜檢測快速發展，檢測技術朝向以無機質的固態材料 為基材，稱之為表面輔助雷射脫附游離法（Surface-assisted Laser Desorption Ionization , SALDI ），而本論文研究使用金屬輔助蝕刻製作出奈米矽結構(nanostructured silicon , nSi) ， 此結構具有高的表面積可吸收質譜儀之雷射能量 ，進而使滴定於奈米矽晶片上方之樣本離子 化進行檢測，在檢測分析上具有高靈敏度且不受基質干擾等獨特優勢 。 關鍵字：奈米結構、矽晶片、質譜檢測晶片 、高靈敏度 、樣本檢測技術 壹、前言 一、背景簡介 質譜檢測技術為目前重要的工具之一 ，其工作原理是分析物經由離子化游離過程後 形成帶有離子的狀態，依據分子質荷比 (m/z : mass to charge ratio) 判定分子原子量 ， 此方法具有高靈敏度和高準確度之量化分子量鑑定，可廣泛用於蛋白質體鑑定以及分析， 以及例如藥物檢測、食品分析、臨床檢測、細胞學、生物組織、蛋白質體學等應用 。而現 今質譜發展以降低樣本處理時間達到快速檢測為目的，快速篩檢有害黑心食品以及檢驗 濫用藥物者尿液分析用以輔助刑事辦案等用途上，質譜分析技術廣泛運用時日常生活中， 與我們生活息息相關。 傳統使用 MALDI-MS 分析如血液、細胞、尿液等複雜的生物樣本，必須將樣本進 行前處理使樣本分離及去鹽，前處理過程繁瑣且耗時 [1] ，因此1993 年 Hutchens 與 Yip ，提出表面增強雷射脫附游離法（Surface-Enhanced Laser Desorption/Ionization, SELDI ）。此方法結合樣本前處理與基質輔助樣本離子化的檢測方式 [2] ，在SELDI 基材 表面可先對欲檢測分析物做對應的化學鍵結、抗體、DNA 改質，將複雜的樣本滴在改質 後的表面，透過清洗留下相對應的檢測物，最後在滴上基質於表面。SELDI 的檢測方式， 不僅可以減少樣本前處理的時間，可以快速樣本分析，可以透過更改不同的表面性質， 檢測目標分析物。可以將不同化學改質表面組成陣列，可做大量檢測分析。由於 MALDI- MS 的發展讓樣本檢測技術更進一步提升，不過由於基質雖然能輔助樣本脫附游離，但 離子化後的基質樣本也會進入質量分析器，造成 700 Da 以下背景雜訊干擾，使樣本判 定困難。在 MALDI 中所常用的基質為乾燥的固態狀，不過固化的時間可能導致蛋白質變 質或堆積，且添加基質造成低分子量背景干擾。為了改善基質帶來的問題，1995 年Jan Sunner 團隊將 2~150μM 石墨顆粒與甘油混合做為液態基質，石墨顆粒可以吸收雷射 光並透過甘油將熱能傳遞給分析物，此方法成功檢測出胜肽與蛋白質訊號，且大幅降低 於低質量區的背景雜訊，將此方法命名為表面輔助雷射脫附游離法（Surface-assisted Laser Desorption Ionization , SALDI ）[3] 。之後學者開始朝著以固態的無機材料發展， 在 1999 年 Suizdak 首度提出以多孔矽 （porous silicon ）做為基材，可直接將樣本游 離，成功利用無機質的方式檢測出樣本，將此方法稱為 DIOS (Desorption–ionization mass spectrometry on porous silicon) [4] 。 後續許多學者也使用不同的基材運用於質譜檢測，在 2007 年 Nay