疫情下的檢測革命：生物奈米矽場效電晶體

褚家容

在新冠肺炎疫情衝擊下，全球對於快速、準確、便捷的疾病檢測的需求急劇增加。生物奈米矽場效電晶體（Bio-FET）作為一種基於奈米尺度半導體材料的技術，能夠精確檢測和操作生物分子，並在生物醫學領域發揮重要作用。它在疾病診斷、藥物篩選、基因定序、組織工程等方面的應用，展示了其高靈敏度、高選擇性、高穩定性、高整合性等優點，使其成為低成本、高效率、無需標記和擴增的生物分子檢測和分析的理想工具。

工作原理

Bio-FET的工作原理是通過感測通道層表面的電荷變化來檢測生物分子。當生物探針分子與目標生物分子結合時，會產生電荷轉移，改變通道層的表面電位和導電性。這一過程可以用智慧開關的比喻來理解：未結合時，開關關閉，電流不通；結合後，開關打開，電流通過。這樣，通過測量電流的變化，就可以得知目標生物分子的存在、類型、數量和濃度等資訊。

應用於生物檢測的優勢

Bio-FET的主要優勢包括高靈敏度、高選擇性、無需標記、無需擴增、高整合性等。這些特點使得它能夠在極低濃度下感測到目標生物分子，避免交叉反應和干擾，減少檢測時間和成本，並且能夠與其他電子元件和電路高度整合，實現多功能、多通道、多參數的同時檢測和分析。

1. 高靈敏度：由於奈米矽材料具有高比表面積和高表面積與體積比，可以提供大量的生物探針分子與目標生物分子結合的位點，從而增強電荷轉移的效果，使得Bio-FET能夠感測到極低濃度的目標生物分子，甚至可達到單分子檢測的標準。

2. 高選擇性：生物探針分子與目標生物分子之間具有強的特異性結合能力，可以有效地區別不同類型和種類的目標生物分子，從而避免了交叉反應和干擾。

3. 無需標記：由於Bio-FET直接感測生物分子的電荷變化，不需要對生物分子進行任何的化學或物理標記，如螢光、金屬、酶等，這樣可以減少檢測的時間和成本，也避免了標記分子對生物分子活性和結合能力的影響。

4. 無需放大：由於Bio-FET具有高靈敏度，可以直接檢測出極低濃度的目標生物分子，不需要對生物分子進行任何的擴增處理，如聚合酶連鎖反應（PCR）、核酸序列放大（NASBA）等，這樣可以減少檢測的時間和成本，也避免了放大過程中可能產生的誤差和污染。

5. 高整合性：Bio-FET可以利用現有的半導體製程技術來製作，可以實現與其他電子元件和電路的高度整合，從而實現多功能、多通道、多參數的同時檢測和分析。且亦能實現小型化、便攜化、無線化等特性，使得該平台能夠在任何地點和時間進行檢測和分析。

台灣生醫新創的突破：矽基分子公司（Molsentech）

台灣的生醫新創-矽基分子公司（Molsentech）是市場上成功開發Bio-FET產品的先驅。該公司專注於Bio-FET平台的研發和製造，結合奈米元件、化學表面修飾、放大電路設計、自動化系統整合和AI演算法，實現對目標生物分子的靈敏快速檢測。在新冠肺炎疫情中，其核酸檢測晶片獲得衛福部緊急使用授權（EUA），成為首家投入實戰的生醫新創。矽基分子的平台不僅用於新冠病毒檢測，還應用於其他疾病檢測，特別是早期難以發現的疾病，如阿茲海默症、癌症、愛滋病等，有助於提高早期發現和治療的機會，是醫學檢驗技術上的重大突破。

未來展望

Bio-FET的應用前景廣闊，未來能與其他奈米技術或生物技術結合，開創新的可能性。這是一個開啟新奈米生物醫學時代的重要工具，將為疾病檢測和生物醫學研究帶來革命性的變革。隨著技術的進步和應用的深入，我們期待它能夠為人類健康和醫療科技的發展做出更大的貢獻。

作者資訊

褚家容 矽基分子電測科技股份有限公司 執行長