让生物学家可以偷懒的Uno Life生物芯片 捕捉单细胞效率近80%

John

对科学家而言，实验室基本配备如同书桌上的文具，这些简单物品算不上划时代发明，但举足轻重，帮助科学家思考与创造，国家卫生研究院实验室的「Uno Life」生物芯片就是一款给科学家的实用工具。

生技医药领域约有六成以上的研究需要提取单细胞，如细胞异质性研究、癌症抗药性、药物筛选等。然而，传统抓取方式繁琐且效率差，国家卫生研究院生医工程与奈米医学研究所许佳贤博士带领团队研发一款生物芯片，操作简单、低成本，且抓取单细胞的效率从两三成提升至近八成。

芯片上下两层微孔阵列各有470个微孔，下层的筛选微孔尺寸接近单细胞大小，可有效抓取单细胞；抓取后翻转，上层较大的培养微孔可进行长时间单株培养。

芯片规格小档案
芯片大小：12.75 x 20.25mm2
下层筛选微孔：直径25微米、深度26及30微米
上层培养微孔：直径285及485微米、深度300微米

研发成员林璟辉博士笑着说：「一开始是想要偷懒地做事情。」Uno Life生物芯片设计相当简单，点状微孔分成上下双层，中间为流道。注入细胞悬浮液之后，静置一两分钟，细胞会平均沉降至下层的筛选微孔，接着将芯片翻面，让单细胞移转至相对应的大孔洞中就成了。整个过程只需大约十分钟，且成功抓取单细胞的效率将近80%，后续就让单细胞留在大孔洞中进行单株培养。

相较于此款生物芯片，传统提取单细胞的方式相当繁复：将细胞悬浮液分注在96孔培养盘，静置待细胞沉淀，再用显微镜确认盘上96个微孔中有多少个成功抓取到「一个」细胞。显微镜的视野塞不下单个孔洞，所以研究人员得反复挪移盘子，如此重复确认近百次。

这传统的「序列稀释法」耗时、累人且效率不佳，实务上「一个」孔洞成功获得「一个」细胞的机率通常只有10%~20%，换句话说，96孔盘最终可能只成功提取5至10颗细胞。若要收集一千个单细胞，就得重复制作上百盘才能提取所需的量；一般实验也要制作二三十盘才足够。

「细胞生长时会分泌一些生长因子，单颗细胞若感受不到旁边有细胞同伴，其实比较容易死掉。」芯片上培养单细胞的微孔虽然比传统培养空间小，但其抓取率高，单细胞彼此像是住在同宿舍的邻居，生长情况反而较好。

生物芯片的研发团队，左起为指导教授许佳贤、林璟晖、张浩祯。

林璟晖解释单细胞研究的用途，即便来自相同组织或器官，每一颗细胞其实不太一样，必须把细胞分开看，个别研究特性。「像罹患癌症，吃药后有的癌细胞会死、有的不会，就是因为存在异质性。」另一大用途是制作专一性佳的「单株抗体药物」，主要用于抗发炎与癌症治疗，根据统计，去年全球销售前十大药物中有六项即为单抗药物。

团队的实验室长期研究微流体芯片，许佳贤说：「希望这块芯片可以成为医学基础研究重要的一部分！」研发成员张浩祯则分享，起初有人觉得这不像一般印象中的生物芯片，因为功能太朴实了，没有电流或电磁等华丽功能，但正因为它的朴实，适合做成产品量产。

「他不需要繁复的操作技术，很容易上手！」林璟晖说。这款生物芯片能与既有的针筒泵、组织培养箱、显微镜等常用器材配合，与大部分生物实验室的配备「相容」，也大幅节省成本与耗材。

已有不少人看到这块生物芯片的潜力，此芯片研发成果登上英国皇家化学学会发行的期刊《芯片实验室》（Lab on a Chip），正在申请相关专利。团队已与清大、国卫院等签署合作备忘录，也有美国知名大学前来探问，2015年参加科技部新创业竞赛更进入前20强，天使创投也表达投资意愿，可望成立新创公司。

来源：微流控