本所陳建甫副教授主持之研究團隊,開發出指尖陀螺的另一個新用途:從全血中分離出血漿,接著可結合分析試紙,用於資源匱乏區域進行愛滋病診斷。此一微量血液檢測平臺研究成果,發表於美國化學學會”Analytical Chemistry”期刊,並獲選由美國化學學會製作影片發佈於Headline Science科學頻道,同時於其新聞週刊PressPac以及美國科學促進會AAAS發佈專文報導。

扁平、具有多瓣葉片、以滾珠軸承構成旋轉中心的指尖陀螺,用手指輕輕一撥便能快速旋轉,是許多人用來舒緩緊張情緒與壓力的玩具。然而現在,研究者們發現了指尖陀螺的另一項特殊功能––將血漿從全血中分離出,以供後續診斷檢測所用。此新方法在世界上缺乏電力與資源受限之地區對於醫療診斷具有顯著的應用價值。

血漿為一黃色流體,由於其中包含蛋白質、細菌、病毒、代謝物與其他物質,因此可藉由判斷其組成而獲得疾病相關診斷訊息。在醫師進行多種血液檢測之前,將血漿自血液中分離出來係屬必要,因血液中的血球細胞會釋放物質、干擾血漿成分,造成檢測結果不精確,降低靈敏度,進而產生偽陰性及偽陽性的問題。目前最常使用之血球血漿分離方式為離心法,即利用高速旋轉以沉降血球、而得以取出血漿。然而,離心機價格昂貴、且需電力方能運作,因此在於資源有限地區不易廣泛採用。陳建甫所主持之研究團隊,其中包含應力所張建成與朱錦州兩位老師,轉而思考,是否能利用商業上可輕易取得之指尖陀螺,僅以一根手指的撥動來提供足以分離血漿之力。

其團隊首先將人類血液樣本注入微小塑膠管並封口後,再以膠帶固定於指尖陀螺的各瓣上,發現以一根手指撥動指尖陀螺3至5次,在不需要任何電力情況下,即可成功分離出血漿,且經由分析獲得其純度達99%,並可於4至7分鐘內完成血漿分離,分離結果也可直接由肉眼清楚辨識,整體分離過程所用之材料簡單便宜,並在不須特別訓練之情況下,人人皆能自行操作。此外,該研究進一步確認此分離出之血漿是否能用於實際疾病診斷,研究者將人類免疫缺乏病毒 (human immunodeficiency virus-1;HIV-1) 之衣膜蛋白p24摻入血液樣本中,在使用指尖陀螺分離出血漿後,結合分析紙張進行愛滋病檢測。結果顯示此便宜、簡單之愛滋病偵測平臺,僅僅利用一滴血,便獲得可用於臨床檢測之測試結果。

此研究整體系統具有便宜、簡單、不需電力驅動之優勢,且仍能保有一定之檢測效果,不僅為可攜式檢測平臺帶來新想法,相信能為資源有限地區的定點照護醫療有所利用與貢獻,也能促進個人化醫療以及傳染病防治之發展。

本研究團隊感謝科技部,以及臺灣大學高教深耕計畫之經費支持。


陳建甫 臺灣大學應用力學研究所
stevechen@ntu.edu.tw

美國化學學會Headline Science影片報導:https://bit.ly/ACSHeadlineScience

美國化學學會新聞週刊PressPac專文報導:https://bit.ly/PressPacACS

美國科學促進會AAAS專文報導:https://bit.ly/AAASEurekAlert

Analytical Chemistry期刊全文:https://bit.ly/BloodSeparation

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中華民國力學學會年會暨全國力學會議(Conference on Theoretical and Applied Mechanics, CTAM)以促進力學之學術研究及應用為宗旨,提供全國力學領域交流平臺,藉此分享研究成果,相互切磋觀摩學習,今年已第42屆,於11月23、24日假臺北科技大學盛大舉辦,會議內容包含力學專題講座、論壇、學生論文競賽、口頭論文報告、壁報展示及競賽及廠商參展等。學生論文競賽分為「熱流與能源」及「固力材料」兩組,從眾多報名者中分別篩選挑出7組及8組後再進行複賽,本校應用力學研究所王安邦教授所指導的博士生蔡沛勳代表以「懸垂液滴生成之潤濕直徑特性分類與應用」為題,所發表的論文最終在激烈競爭的複賽中,脫穎而出獲得「熱流與能源」組第一名殊榮!

理論上,懸垂液滴的生成大小與其滴頭的幾何尺寸息息相關,惟實際上滴頭至少具備兩種特徵長度,如滴頭內徑與外徑,故實驗上液滴的生成預測首先即需抉擇何種滴頭尺寸為理論模型中之特徵長度?此論文以涵蓋目前相關文獻中最寬廣應用範圍的100個不同內外徑尺寸滴頭,利用超高速攝影機觀察並記錄液滴生成過程,透過實驗數據將懸垂液滴生成之特性分為三類:等於滴頭外徑、介於滴頭內外徑之間,以及等於滴頭內徑。另外,由實驗與理論分析證實潤濕直徑存在一個與滴頭材料潤濕性有關的臨界值,可以作為其特性分類的依據與選擇或設計滴頭尺寸之參考。

精準預測懸垂液滴大小及其相對應之潤濕範圍,不論在工業化學合成或生技醫療滴式給藥等領域應用上都有著極大的助益,可省去許多測試人力、時間及材料成本,也將提高精度與降低風險。此論文由臺大與工研院合設奈米科技研究中心FY106之計畫與科技部編號MOST-105-2221-E-002-106-MY3計畫共同支持,在基礎理論與實際應用上皆具開創性的突破,獲獎可謂實至名歸。

本校應用力學研究所蔡沛勳同學獲第42屆全國力學會議學生論文競賽「熱流與能源」組第一名(照片由第42屆力學研討會籌備委員會提供)

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107.11.26 李岳聯助理教授(臺灣大學工程科學與海洋工程學系)專題演講,講題:材料腐蝕及保護塗層之應用。

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107.11.19 呂允中全球市場開發總監【德商漢高(Henkel)公司】專題演講,講題:工業用膠材的材料特性與應用。

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本所於107年11月10日(星期六) 09:10~12:00假應力館400會議室,舉辦教學與研究概況介紹暨參觀實驗室活動,邀請碩、博士班甄試正備取及對本所有興趣,想要更加深入了解本所課程、研究與學習環境的同學參加,當天共有45位同學參與。

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