親身體驗微系統生醫科技
微奈米科技在尺寸上已遠超出人類視力所能看見的範圍,觀測上更是需藉助許多高階儀器設備輔助觀察,因此本計畫結合國家晶片中心與微奈米中心,以簡易、風趣方式呈現,以日常生活中現象為例,將深奧的微奈系統生醫科技介紹給各高中、國中小學生。
由於資訊發達,現今高中小學生所擁有的專業知識能力已超乎昔日的學生,因此對於認識與感覺一些簡單的奈米現象並非難事,所以我們透過模組中的活動設計,誘發學生們的興趣,配合課程講解與探索主題的模式,引導學生進入微系統生醫科技的世界,並協助他們使用微奈米科技研究中心與國家晶片中心的機台,激起他們對於探索科學的企圖心,藉由一連串的科學知識與實做體驗激盪,孕育出他們的科學研究精神與能力及創造研究新思維,增進科展主題的獨創性。
在體驗了本計劃的模組活動後,你一定會赫然發現,奈米材料及微機電系統結合生物科技所成之跨領域生醫微系統科技已成為二十一世紀最重要科技之一。在實際應用上,生醫檢驗與人類生活息息相關,在整個生物科技中也扮演很重要的角色。
◆微系統生醫介紹
隨著醫學與微系統科技的進展,微系統生醫科技已透過結合生物醫學、奈微流體系統、化學、材料、電子、機械、光學,逐漸的在改變著我們的生活,例如基因的解碼,所以在本計畫中我們經由觀察藏身於日常生活中的奈米粒子,認識各種奈米粒子,如:金奈米粒子、銀奈米粒子的製備過程與課程內所提到的奈米科技為我們生活中所帶來的衝擊,了解奈米科技於微系統生醫科技內所扮演的角色;透過圖片灰階化處理、雷射雕刻機操作、翻模技術、表面改質技術與微流體生醫晶片製備的學習,了解微系統生醫科技背後的大功臣 – 微機電技術的原理,再透過泡麵麵湯內飄浮的油滴、高分子材料的發展與微乳化球的製備來解讀緩釋型藥物劑型的發展,為我們帶來的生活便利性與用藥安全性。
◆假手真手分不清楚
運用雷射雕刻機刻印出各式各樣的模具或圖騰,且融入”微機電製程(Micro-Electro-Mechanical System, MEMS)"的微小化概念,製作出微米尺度的模具。而後將雕刻完成的模具以具有雕塑性的紙黏土取代高分子材料-聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsilcoxane, PDMS) 進行微小化圖騰的翻印。
◆神奇的八爪手
“微量吸管 (Micropipette)”又稱微量分注器,分子生物、醫學實驗中常需仰賴這位好幫手的協助。微量吸管分注量的準確與否會影響實驗的標準性、正確性與一致性,精準的分注有賴於操作人員正確的使用技巧,因此為了讓學員於後續的生物實驗中能正確且精準的使用微量吸管,故本實驗藉由講解與體積量測操作,增進學員對量測的初步概念及提升微量吸管操作熟悉度。
◆奇妙的文字天書
一般汽車美容常見的防水清潔液「樹多精」,具有”親疏水性”的特性,將其塗抹於玻璃即不會有霧氣產生。所以,我們即可利用樹多精此特性在壓克力板上變幻各種喜歡的字與圖案。將壓克力板放置於熱水上,瞬間可看到神奇的無字天書!此實驗教導學員何謂”親水性”、”疏水性”,以及生活上常見無字天書的例子。
◆藏身泡麵中的大秘密
相對於泡麵中一顆一顆的油滴現象,發展出微乳化球的製作方法,並嘗試不同材料與方法,製作出微小球與微纖維絲,應用於藥物載體研究。科學家利用”油水不互溶”的觀念,發展了藥物輸送的載體。在這個實驗我們利用褐藻酸”鈉”遇到氯化”鈣”會固化成”褐藻酸鈣”微小球的原理製造出微小球及微纖維絲,成為一種藥物輸送的載體。
◆自然界的剪刀手
“鞘流現象”,即是指兩種不互溶的液體,當其中一液體在中央穩定流動,另一液體從兩側施予一擠壓力時,所造成之”水力聚焦現象”。今將此現象應用於微機電系統製程中微小球剪切研究,而早期則是將此技術應用於細胞計數器設計。與藏身泡麵中的大秘密實驗結合,即可形成一個穩定顆粒大小的藥物輸送系統。
◆超級比一比
生物體是由”細胞”構成的,即細胞是構成生物體的基本單位。因此為了讓學員對維持生命現象及執行生理功能之細胞有深層的認識,本實驗透過影片與實作方式呈現,介紹不同類型的動植物細胞型態、細胞生長環境及解釋其生物功能,並配合親身動手切取植物細胞實作實驗,增進同學對生物體與植物與動物細胞之學識。
◆五光十色的奈米粒子
奈米顆粒金屬在科學及技術上是重要的影響因子,在許多領域中皆重視其應用價值。在化學,許多重要的催化劑是金屬,如將它分散至奈米級的顆粒,可以大幅地改進其催化效率。舉例而言,大塊金是一個惰性金屬,難以參與化學反應,但若分散為粒徑範圍在 2nm的金顆粒,則它在低溫時對一氧化碳的氧化就有非常好的催化能力。本實驗除了先讓學生認識奈米粒子外,亦以簡易的方糖和冰糖傳達”奈米”概念。
◆親人間特有的文字
抽取微量的生物DNA,先以”2n ”方式進行聚合?連鎖反應( Polymerase Chain Re-action, PCR)循環複製基因,增加放大基因倍數,接續將複製所得的 DNA 產物進行”電泳圖譜”比對分析,分析時瓊脂膠(Agarose)中的DNA 因電流的泳動,可使DNA產物依”分
子量”大小區分在特定分子量位置,生物醫學鑑定時,即可由此結果為判定之依據。