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Email: tyliu@ntu.edu.tw

計畫總主持人計畫總主持人計畫總主持人計畫總主持人：：：：中央研究院原分所中央研究院原分所中央研究院原分所中央研究院原分所特聘研究員特聘研究員特聘研究員特聘研究員王玉麟王玉麟王玉麟王玉麟博士博士博士博士

（（（（台大物理系合聘教授台大物理系合聘教授台大物理系合聘教授台大物理系合聘教授））））

Email: ylwang@pub.iams.sinica.edu.tw

2011/12/20

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檢測病菌檢測病菌檢測病菌檢測病菌，，，，獨步全球獨步全球獨步全球獨步全球使用奈米科技光譜技術使用奈米科技光譜技術使用奈米科技光譜技術使用奈米科技光譜技術、、、、快速檢測敗血症病菌快速檢測敗血症病菌快速檢測敗血症病菌快速檢測敗血症病菌捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片

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王俊凱王俊凱王俊凱王俊凱 博士博士博士博士台大凝態中心台大凝態中心台大凝態中心台大凝態中心 研究員研究員研究員研究員

中研院原分所中研院原分所中研院原分所中研院原分所 研究員研究員研究員研究員（（（（光學光學光學光學））））

王玉麟王玉麟王玉麟王玉麟 博士博士博士博士中研院原分所中研院原分所中研院原分所中研院原分所 特聘研究員特聘研究員特聘研究員特聘研究員

台大物理系台大物理系台大物理系台大物理系 教授教授教授教授（（（（物理物理物理物理））））

林奇宏林奇宏林奇宏林奇宏 博士博士博士博士陽明大學微免所陽明大學微免所陽明大學微免所陽明大學微免所 教授教授教授教授

台北市衛生局長台北市衛生局長台北市衛生局長台北市衛生局長（（（（生物生物生物生物））））

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專案計畫助理教授專案計畫助理教授專案計畫助理教授專案計畫助理教授（（（（高分子化學高分子化學高分子化學高分子化學、、、、材材材材

料料料料））））

韓吟宜韓吟宜韓吟宜韓吟宜 醫師醫師醫師醫師

台大醫院創傷學部台大醫院創傷學部台大醫院創傷學部台大醫院創傷學部主治醫師主治醫師主治醫師主治醫師

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（（（（醫事專業醫事專業醫事專業醫事專業））））

�行政院科技行政院科技行政院科技行政院科技

貢獻獎貢獻獎貢獻獎貢獻獎 (2009)

�經濟部奈米經濟部奈米經濟部奈米經濟部奈米

產業菁英獎產業菁英獎產業菁英獎產業菁英獎

(2010)

�有庠科技講有庠科技講有庠科技講有庠科技講

座座座座 (2009)

�清大化學系清大化學系清大化學系清大化學系: 林俊成林俊成林俊成林俊成教授教授教授教授/ 黃立德黃立德黃立德黃立德博士候選人博士候選人博士候選人博士候選人�臺大學醫學院臺大學醫學院臺大學醫學院臺大學醫學院檢驗醫學科檢驗醫學科檢驗醫學科檢驗醫學科：：：：薛博仁薛博仁薛博仁薛博仁教授教授教授教授�中研院資訊所中研院資訊所中研院資訊所中研院資訊所：：：：王大為博士王大為博士王大為博士王大為博士�衛生署疾管局分枝桿菌實驗室衛生署疾管局分枝桿菌實驗室衛生署疾管局分枝桿菌實驗室衛生署疾管局分枝桿菌實驗室：：：：周如文博士周如文博士周如文博士周如文博士�陽明大學微免所陽明大學微免所陽明大學微免所陽明大學微免所：：：：連偉男連偉男連偉男連偉男博士博士博士博士�成大光電系成大光電系成大光電系成大光電系: 劉志毅劉志毅劉志毅劉志毅助理研究員助理研究員助理研究員助理研究員�中研院奈米核心中心中研院奈米核心中心中研院奈米核心中心中研院奈米核心中心：：：：薛韻馨薛韻馨薛韻馨薛韻馨 博士博士博士博士////郭白嘉郭白嘉郭白嘉郭白嘉 博士候選人博士候選人博士候選人博士候選人 ((((儀器操作協助儀器操作協助儀器操作協助儀器操作協助））））�閎康科技閎康科技閎康科技閎康科技(MA-tek)：：：：謝詠芬總經理謝詠芬總經理謝詠芬總經理謝詠芬總經理

王懷賢王懷賢王懷賢王懷賢蔡焜棟蔡焜棟蔡焜棟蔡焜棟 陳玉陳玉陳玉陳玉 陳友暄陳友暄陳友暄陳友暄 趙元駿趙元駿趙元駿趙元駿 張軒豪張軒豪張軒豪張軒豪

�其他作者其他作者其他作者其他作者：：：：

研究團隊研究團隊研究團隊研究團隊(跨校跨領域團隊跨校跨領域團隊跨校跨領域團隊跨校跨領域團隊)-II

現代常見臨床微生物的檢測方法現代常見臨床微生物的檢測方法現代常見臨床微生物的檢測方法現代常見臨床微生物的檢測方法

病毒病毒病毒病毒

大腸桿菌大腸桿菌大腸桿菌大腸桿菌

長時間樣品前處理長時間樣品前處理長時間樣品前處理長時間樣品前處理=>=>=>=>診斷時間相當冗長診斷時間相當冗長診斷時間相當冗長診斷時間相當冗長

D. Raoult, P. E. Fournier, and M. Drancourt, Nature Rev. Microbiol. 2, 151 (2004).

研究動機研究動機研究動機研究動機

研究動機研究動機研究動機研究動機

人都死了人都死了人都死了人都死了，，，，還需要什麼檢驗報告還需要什麼檢驗報告還需要什麼檢驗報告還需要什麼檢驗報告！！！！!(病人往生兩天後病人往生兩天後病人往生兩天後病人往生兩天後，，，，檢驗室才通知被極強的抗藥性細菌所感檢驗室才通知被極強的抗藥性細菌所感檢驗室才通知被極強的抗藥性細菌所感檢驗室才通知被極強的抗藥性細菌所感染染染染））））

以敗血症為例以敗血症為例以敗血症為例以敗血症為例，，，，台大醫院創傷醫學部韓吟宜主治醫師台大醫院創傷醫學部韓吟宜主治醫師台大醫院創傷醫學部韓吟宜主治醫師台大醫院創傷醫學部韓吟宜主治醫師表示表示表示表示，，，，此一快速檢驗晶片檢測可望此一快速檢驗晶片檢測可望此一快速檢驗晶片檢測可望此一快速檢驗晶片檢測可望帶來的重大效益為帶來的重大效益為帶來的重大效益為帶來的重大效益為：：：：

(1) 檢驗方法大躍進檢驗方法大躍進檢驗方法大躍進檢驗方法大躍進：：：：可在數十分鐘內得到初步檢驗結果可在數十分鐘內得到初步檢驗結果可在數十分鐘內得到初步檢驗結果可在數十分鐘內得到初步檢驗結果，，，，較傳統細菌培養方法較傳統細菌培養方法較傳統細菌培養方法較傳統細菌培養方法，，，，檢測檢測檢測檢測速度增快很多速度增快很多速度增快很多速度增快很多（（（（並可判別此細菌是否具有抗藥性並可判別此細菌是否具有抗藥性並可判別此細菌是否具有抗藥性並可判別此細菌是否具有抗藥性），），），），而檢測準確率也可望提升而檢測準確率也可望提升而檢測準確率也可望提升而檢測準確率也可望提升（（（（敗血症病敗血症病敗血症病敗血症病

人的血液培養只有人的血液培養只有人的血液培養只有人的血液培養只有30%呈陽性結果呈陽性結果呈陽性結果呈陽性結果；；；；敗血症休克病人敗血症休克病人敗血症休克病人敗血症休克病人50至至至至60%會有陽性培養結果會有陽性培養結果會有陽性培養結果會有陽性培養結果）；）；）；）；(2) 降低敗血症病患的併發症與死亡率降低敗血症病患的併發症與死亡率降低敗血症病患的併發症與死亡率降低敗血症病患的併發症與死亡率：：：：在第一時間依檢驗結果指導敗血症抗生素的選在第一時間依檢驗結果指導敗血症抗生素的選在第一時間依檢驗結果指導敗血症抗生素的選在第一時間依檢驗結果指導敗血症抗生素的選

擇擇擇擇，，，，不再憑經驗選擇用藥不再憑經驗選擇用藥不再憑經驗選擇用藥不再憑經驗選擇用藥（（（（empirical use），），），），可大幅提升敗血症患者的存活率可大幅提升敗血症患者的存活率可大幅提升敗血症患者的存活率可大幅提升敗血症患者的存活率，，，，降低器官衰降低器官衰降低器官衰降低器官衰竭的發生竭的發生竭的發生竭的發生；；；；

(3) 抗生素管制抗生素管制抗生素管制抗生素管制：：：：避免了抗生素濫用避免了抗生素濫用避免了抗生素濫用避免了抗生素濫用、、、、抗藥性細菌的發展抗藥性細菌的發展抗藥性細菌的發展抗藥性細菌的發展；；；；

(4) 減少醫療支出減少醫療支出減少醫療支出減少醫療支出：：：：因為提升了疾病治癒率因為提升了疾病治癒率因為提升了疾病治癒率因為提升了疾病治癒率、、、、避免藥物濫用避免藥物濫用避免藥物濫用避免藥物濫用、、、、減少併發症等減少併發症等減少併發症等減少併發症等。。。。

�病菌檢驗相當費時病菌檢驗相當費時病菌檢驗相當費時病菌檢驗相當費時：：：：2-5 天天天天

�肺結核分支桿菌甚至需時數週肺結核分支桿菌甚至需時數週肺結核分支桿菌甚至需時數週肺結核分支桿菌甚至需時數週

�抗生素濫用通病抗生素濫用通病抗生素濫用通病抗生素濫用通病

=>=>=>=>加快檢測速度加快檢測速度加快檢測速度加快檢測速度，，，，開發新型生物晶片開發新型生物晶片開發新型生物晶片開發新型生物晶片

加護病房醫師加護病房醫師加護病房醫師加護病房醫師

何謂表面增加拉曼光譜何謂表面增加拉曼光譜何謂表面增加拉曼光譜何謂表面增加拉曼光譜(SERS) 晶片晶片晶片晶片?

拉曼拉曼拉曼拉曼(Raman) 博士博士博士博士=>1922發現拉曼光譜發現拉曼光譜發現拉曼光譜發現拉曼光譜(光子非彈性散射所形光子非彈性散射所形光子非彈性散射所形光子非彈性散射所形

成成成成））））

=>42歲即得到諾貝爾獎歲即得到諾貝爾獎歲即得到諾貝爾獎歲即得到諾貝爾獎

OH

C

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C

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NC stretching

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N

分子振動分子振動分子振動分子振動=>分子指紋分子指紋分子指紋分子指紋（（（（每一種分子都有自己特每一種分子都有自己特每一種分子都有自己特每一種分子都有自己特

定的分子拉曼光譜指紋定的分子拉曼光譜指紋定的分子拉曼光譜指紋定的分子拉曼光譜指紋））））

Ag

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Raman

Sample

Sample

Raman SERS

表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜（（（（SERS））））

樣品放在貴金屬樣品放在貴金屬樣品放在貴金屬樣品放在貴金屬 (金或銀金或銀金或銀金或銀））））奈米粒子粗糙表面奈米粒子粗糙表面奈米粒子粗糙表面奈米粒子粗糙表面

拉曼光譜拉曼光譜拉曼光譜拉曼光譜

訊號微弱訊號微弱訊號微弱訊號微弱 強度增加強度增加強度增加強度增加100萬萬萬萬倍倍倍倍=>輕易聽見輕易聽見輕易聽見輕易聽見分子的聲音分子的聲音分子的聲音分子的聲音

何謂表面增加拉曼光譜何謂表面增加拉曼光譜何謂表面增加拉曼光譜何謂表面增加拉曼光譜(SERS) 晶片晶片晶片晶片?

表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜（（（（SERS））））示意圖示意圖示意圖示意圖 表面增強拉曼表面增強拉曼表面增強拉曼表面增強拉曼(SERS)使用於細菌細胞壁示意圖使用於細菌細胞壁示意圖使用於細菌細胞壁示意圖使用於細菌細胞壁示意圖

每種樂器有自己獨特的音色每種樂器有自己獨特的音色每種樂器有自己獨特的音色每種樂器有自己獨特的音色

馬友友大提琴的音色馬友友大提琴的音色馬友友大提琴的音色馬友友大提琴的音色

雷射雷射雷射雷射=>振動分子拉曼光譜指紋振動分子拉曼光譜指紋振動分子拉曼光譜指紋振動分子拉曼光譜指紋細菌的聲音細菌的聲音細菌的聲音細菌的聲音

技術突破技術突破技術突破技術突破：：：：陽極氧化鋁陽極氧化鋁陽極氧化鋁陽極氧化鋁////銀奈米陣列銀奈米陣列銀奈米陣列銀奈米陣列 SERS晶片晶片晶片晶片((((第一代生物晶片第一代生物晶片第一代生物晶片第一代生物晶片））））

�兩篇國外期刊著作兩篇國外期刊著作兩篇國外期刊著作兩篇國外期刊著作Adv. Mater. 18 (2006) 491;PLoS ONE 4 (2009) e5470-e5479

�兩件專利兩件專利兩件專利兩件專利�US Patent : US 7453565 B2; European Patent: EP 2-063-253 A2

�技術轉移給閎康公司技術轉移給閎康公司技術轉移給閎康公司技術轉移給閎康公司(MA-tek)

陽極氧化陽極氧化陽極氧化陽極氧化鋁鋁鋁鋁(AAO)當作模版當作模版當作模版當作模版，，，，將將將將銀奈米粒子銀奈米粒子銀奈米粒子銀奈米粒子鑲入鑲入鑲入鑲入陽極氧化陽極氧化陽極氧化陽極氧化鋁模版鋁模版鋁模版鋁模版中中中中。。。。

Gram-positive

Gram-negative

Acid-fast

Raman shift (cm-1

)

400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 5001 600

733

732

724

654

Cell wall composition SERS spectrum

LAMAcyllipid

Mycolicacid

PorinArabinogalactanPeptidoglycanLipid bilayer

Lipid+LPS

Gram-positive

Gram-negative

Acid-fast

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Gram-positive

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733

732

724

654

Raman shift (cm-1

) Raman shift (cm-1

)

400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 5001 600

733

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724

654

400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 5001 600

733

732

724

654

Cell wall composition SERS spectrum

LAMAcyllipid

Mycolicacid

PorinArabinogalactanPeptidoglycanLipid bilayer

Lipid+LPS

(a) Staphylococcus aureus (b) E.coli ( c) Mycobacterium tuberculosis

(a)

(b)

(c)

快速區分出三大類細菌快速區分出三大類細菌快速區分出三大類細菌快速區分出三大類細菌（（（（革蘭氏陽性革蘭氏陽性革蘭氏陽性革蘭氏陽性、、、、革蘭氏陰性與分支桿菌革蘭氏陰性與分支桿菌革蘭氏陰性與分支桿菌革蘭氏陰性與分支桿菌))))

((((分支桿菌分支桿菌分支桿菌分支桿菌))))

733

724

654

732

細菌細胞壁細菌細胞壁細菌細胞壁細菌細胞壁SERS光譜訊號光譜訊號光譜訊號光譜訊號（（（（分子指分子指分子指分子指紋紋紋紋））））

((((革蘭氏陰革蘭氏陰革蘭氏陰革蘭氏陰性性性性))))

((((革蘭氏革蘭氏革蘭氏革蘭氏陽性陽性陽性陽性))))

細菌細胞壁化學分子組成細菌細胞壁化學分子組成細菌細胞壁化學分子組成細菌細胞壁化學分子組成

技術突破技術突破技術突破技術突破：：：：胜胜胜胜肽肽肽肽醣醣醣醣（（（（萬古黴素萬古黴素萬古黴素萬古黴素））））////銀奈米陣列銀奈米陣列銀奈米陣列銀奈米陣列SERS晶片晶片晶片晶片((((第二代生物晶片第二代生物晶片第二代生物晶片第二代生物晶片））））

O O

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Gram Positive

BacteriaGram Negative Bacteria

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Ag Ag Ag Ag

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Laser SERS Signal

Bacterium

第二代晶片特性第二代晶片特性第二代晶片特性第二代晶片特性第二代晶片特性第二代晶片特性第二代晶片特性第二代晶片特性

(1)捕捉血液中的細菌捕捉血液中的細菌捕捉血液中的細菌捕捉血液中的細菌，，，，但與血球不反應但與血球不反應但與血球不反應但與血球不反應(2)抗藥性細菌之快速檢測抗藥性細菌之快速檢測抗藥性細菌之快速檢測抗藥性細菌之快速檢測

(3)快速偵測快速偵測快速偵測快速偵測（（（（不需標定螢光物質不需標定螢光物質不需標定螢光物質不需標定螢光物質、、、、不需培養細菌不需培養細菌不需培養細菌不需培養細菌））））=>

增快約增快約增快約增快約100倍倍倍倍 (傳統傳統傳統傳統：：：：2-5天天天天，，，，新型生物晶片新型生物晶片新型生物晶片新型生物晶片:可望可望可望可望 30分分分分鐘鐘鐘鐘））））

為了加速樣品前處理為了加速樣品前處理為了加速樣品前處理為了加速樣品前處理=>=>=>=>尋找可抓取病菌的分子尋找可抓取病菌的分子尋找可抓取病菌的分子尋找可抓取病菌的分子!!!!!!!!當選人當選人當選人當選人：：：：胜胜胜胜肽肽肽肽醣醣醣醣（（（（萬古黴素萬古黴素萬古黴素萬古黴素，，，，Vancomycin））））

萬萬萬萬古黴古黴古黴古黴素素素素捕捉捕捉捕捉捕捉細胞壁化學細胞壁化學細胞壁化學細胞壁化學式式式式

（（（（五根氫鍵五根氫鍵五根氫鍵五根氫鍵））））

血液中細菌檢測血液中細菌檢測血液中細菌檢測血液中細菌檢測- 輕易地得到血液中細菌的輕易地得到血液中細菌的輕易地得到血液中細菌的輕易地得到血液中細菌的SERS光譜訊號光譜訊號光譜訊號光譜訊號

捕捉捕捉捕捉捕捉血血血血球球球球，，，，不不不不喜歡喜歡喜歡喜歡細菌細菌細菌細菌

血血血血球球球球細胞細胞細胞細胞（（（（黃橘黃橘黃橘黃橘色色色色））））

細菌細菌細菌細菌（（（（藍綠色藍綠色藍綠色藍綠色））））

第一第一第一第一代代代代生物晶片生物晶片生物晶片生物晶片（（（（無無無無萬萬萬萬古黴古黴古黴古黴素素素素））））

第第第第二代二代二代二代生物晶片生物晶片生物晶片生物晶片（（（（有萬有萬有萬有萬古黴古黴古黴古黴素素素素））））

捕捉捕捉捕捉捕捉細菌細菌細菌細菌，，，，不不不不喜歡喜歡喜歡喜歡血血血血球球球球

(VRE)

無抗藥性無抗藥性無抗藥性無抗藥性

(VSE)

抗藥性抗藥性抗藥性抗藥性

(VRE)

(VSE)

(P)

(V)

Vancomycin-susceptible Enterococcus faecails (VSE, ATCC 29212), Vancomycin-resistant Enterococcus faecails (VRE, ATCC 51299)

分泌物流出分泌物流出分泌物流出分泌物流出

聽見細菌求救的聲音聽見細菌求救的聲音聽見細菌求救的聲音聽見細菌求救的聲音!!!!!!!!

抗藥性細菌檢測抗藥性細菌檢測抗藥性細菌檢測抗藥性細菌檢測

正常細菌正常細菌正常細菌正常細菌 抗藥性細菌抗藥性細菌抗藥性細菌抗藥性細菌

第一第一第一第一代代代代晶片晶片晶片晶片

第第第第二代二代二代二代

晶片晶片晶片晶片

使用第二代生物晶片使用第二代生物晶片使用第二代生物晶片使用第二代生物晶片（（（（含有萬古黴含有萬古黴含有萬古黴含有萬古黴

素素素素））））可輕易地區分出抗藥性細菌可輕易地區分出抗藥性細菌可輕易地區分出抗藥性細菌可輕易地區分出抗藥性細菌!!!!!!!!

技術競爭優勢技術競爭優勢技術競爭優勢技術競爭優勢

社會貢獻與推廣目標社會貢獻與推廣目標社會貢獻與推廣目標社會貢獻與推廣目標

生物生物生物生物 古物藝術品古物藝術品古物藝術品古物藝術品

分析化學分析化學分析化學分析化學

法庭檢驗法庭檢驗法庭檢驗法庭檢驗

表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜表面增強拉曼光譜(SERS)應用領域應用領域應用領域應用領域

�行政院國科會奈米國家型科技計畫行政院國科會奈米國家型科技計畫行政院國科會奈米國家型科技計畫行政院國科會奈米國家型科技計畫

�閎康科技股份有限公司閎康科技股份有限公司閎康科技股份有限公司閎康科技股份有限公司

�中央研究院深耕計畫中央研究院深耕計畫中央研究院深耕計畫中央研究院深耕計畫

�教育部五年五佰億學術邁頂計畫教育部五年五佰億學術邁頂計畫教育部五年五佰億學術邁頂計畫教育部五年五佰億學術邁頂計畫((((前後任工學院院長前後任工學院院長前後任工學院院長前後任工學院院長：：：：葛院長煥彰葛院長煥彰葛院長煥彰葛院長煥彰、、、、顏院長家鈺顏院長家鈺顏院長家鈺顏院長家鈺；；；；前後任高分子所長前後任高分子所長前後任高分子所長前後任高分子所長：：：：陳所長文章陳所長文章陳所長文章陳所長文章

與林所長江珍知遇之恩與林所長江珍知遇之恩與林所長江珍知遇之恩與林所長江珍知遇之恩））））

整個跨校與跨領域團隊的長期辛苦貢整個跨校與跨領域團隊的長期辛苦貢整個跨校與跨領域團隊的長期辛苦貢整個跨校與跨領域團隊的長期辛苦貢

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Thanks for your attention~Thanks for your attention~Thanks for your attention~Thanks for your attention~

Merry Christmas and Happy New YearMerry Christmas and Happy New YearMerry Christmas and Happy New YearMerry Christmas and Happy New Year