超快雷射製作高性能奈米線薄膜式溫控晶片技術於核酸檢測之研究

隨著核酸增幅應用(Nucelic acid amplification tests)已被臨床醫生廣泛使用，聚合酶鏈鎖反應(Polymerase chain reaction, PCR)技術扮演著極為重要的角色，該方式是將單一(或少許)的DNA片段，經由調變溫度的控制(Modulating temperature control)，進而放大核酸數量以達到診斷。本研究目的為開發可攜帶式(Portable)、快速(Rapid)及微量(Small volume)之核酸檢測晶片，並利用超快雷射(Ultrafast laser)製程及奈米線(Nanowires)製程技術，進行微型加熱元件(Microheater)設計與製作，以成型薄膜(Thin film)結構型溫控晶片元件。本研究為一種用於體外(In-vitro)進行聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction, PCR)之晶片檢測，該PCR元件能夠透過精確的溫度控制完成DNA在每個階段所需之增幅。在PCR元件設計上，主要是利用一種皮秒雷射(Picosecond laser, PS-laser)之超快雷射在多層石墨烯(Multi-layer graphene, MLG)薄膜上，直接製作具有孔洞陣列(Hole arrays)表面特徵之電極結構，其中製作表面元件結構的機制，顯示表層元件溫度會較為穩定及均勻分佈，並結合程式控制系統完成BK病毒DNA片段之增幅。研究結果顯示，本研究完成製作設計之圖案化孔洞陣列結構元件，並達成BK病毒在標記物VP1的354-bp DNA片段之增幅與診斷。進一步，本研究證明MLG薄膜作為微型加熱元件之薄膜電極應用，同時在可編程式之PCR系統元件，進行體外聚合酶連鎖反應檢測與評估之可行性，將有助於建立新型核酸增幅平臺技術之開發，以有機會於實際應用於生醫檢測。