能想像嬰兒一出生後滴一滴血檢測後，馬上就可以知道獲得躁鬱症、心臟病的比率，甚至可以預估未來壽命的情況嗎？
國立交通大學生醫電子轉譯研究中心黃國華教授的研究團隊，在邱俊誠教授的領導下，利用生物奈米科技，在全球競爭激烈的分子電子元件研究中，取得關鍵技術的突破，領先製造出第一個具有實用價值的單分子蛋白質電晶體，直接將電子元件縮小到10奈米以下，開創了分子電子元件的新契機，也開啟了生物奈米技術應用於半導體製程的可能性。這項研究成果在三月份的Nature Nanotechnology刊登，是當期唯一以article形式發表的研究。
吳妍華校長表示，跨領域是邁向頂尖研究不可或缺的一環，黃國華教授的研究結合尖端奈米電子和生物技術，進而有了重要的突破，並加速產業進一步發展的可能，可說是跨領域研究的典範。此外，這也是交通大學過去奠基在電機、資訊、工程領域的龐大研究能量，再注入生物醫學的新力量後，向全世界所展現的競爭實力與優勢。
為個人做基因解碼
基因序列的不同是造成了個體差異的重要原因，還可能包含了個性、疾病及壽命的秘密。全球科學家利用鏈末端終止法（The chain termination method） 花費十幾年的時間，在2005年第一次解碼人類基因序列。而黃國華教授所研發的單分子蛋白質電晶體，利用電訊號的變化能有效偵測不同的鹼基，讓一滴血、一小時完全解碼個人基因序列，不再只是電影中的情節。
可有效縮短新藥開發時程
新藥開發(drug discovery)是一個複雜昂貴的過程，最重要的步驟是篩選有潛力成為新藥的化合物。現階段篩選新藥的方式，停留在傳統的多分子化學反應，大量群體的反應過於複雜不明確，往往造成篩選藥物的誤判，因此，許多研究轉而朝向開發快速簡潔的檢測方式。此時以單分子層薄膜進行藥物篩選，就成了縮短新藥開發時間的選擇之一。研究團隊表示，單分子蛋白質電晶體提供了比單分子層薄膜更有力的篩選方式，能夠以最清晰的單分子反應做出明確的判斷，減少資源耗費，更能以即時反應研究藥物動力學，提供臨床試驗正確的反應特性。
黃國華教授表示，分子電子學最具挑戰性的課題就是如何將分子穩定的固定在電極上，以製成分子電子元件。研究團隊利用抗體抗原的作用力，成功的把蛋白質固定在10奈米線寬的源極-汲極之間，而形成一個單分子蛋白質電晶體。在電子顯微鏡觀察下顯示抗原結合區緊密的與奈米金粒子鍵結在一起，因而形成專一性的奈米生物介面。抗體藉由結合兩顆奈米金粒子而形成 (奈米金-抗體-奈米金) 的結構。再將這兩顆奈米金粒子黏附到電極上，就形成了單分子蛋白質電晶體(圖示)。
負責平台建構的陳昱勳博士表示，單分子蛋白質電晶體的關鍵技術是發現抗體和奈米金的特殊奈米生物界面，並已於2006年發表於Nano Letters。2010年跨領域技術才成熟，結合尖端奈米電子和生物技術，構築了這個平台。一路走來，蓽路藍縷，非常辛苦，但確是百分之百由國人自行開發，在競爭激烈的奈米生物電子領域，爭取了一個難能可貴的領先地位。
邱俊誠教授表示，分子電子元件是生醫電子轉譯研究中心的發展重點，是發展奈米科技的兵家必爭之地，也是下世代半導體製程的新希望，除了可以將線寬縮小到分子等級，還可以利用分子的生物化學特性，添加元件的新功能，可望為生醫電子領域帶來新的視野。
補充說明1：
為什麼要製作蛋白質電晶體? 蛋白質和半導體材料最大的不同，就是具有功能性。利用酵素製成的蛋白質電晶體，可以同時有酵素功能還有電晶體的特性。蛋白質電晶體除了具有場效電晶體的特性之外，並且可以藉由調控蛋白質結構來改變電流大小、接合量子點便可以賦予電晶體光電調控的特性。除此之外，蛋白質電晶體接上葡萄糖氧化脢之後，可以偵測單分子葡萄糖，是最靈敏的血糖計，接上神經受體可以是極靈敏的神經傳導分子偵測器，用途廣泛。在預防醫學、腦科學、預防微生物傳染及環境保護的應用有可以期待的應用性。蛋白質電晶體還具有自組裝的特性，可以應用於半導體製程，製造大型的生物積體電路。
補充說明2：
單分子蛋白質電晶體的形成：在實作上先在矽晶片鍍上背電極，再以電子束微影在正面製作相隔寬度為10奈米的源極和汲極，然後利用原子力顯微鏡將奈米金粒子建構在電極上，以PDMS封裝形成微流道，抗體經微流道傳送到源極和汲極，並接合奈米金粒子，形成一個完整的蛋白質電晶體。由於抗體的自動結合特性，利用這個製程，可以同時組裝大量的蛋白質電晶體。
新聞來源：黃國華教授/秘書室
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