TWI588158B - Method of making protein wafer - Google Patents

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Description

蛋白質晶片之製造方法
本發明係關於蛋白質晶片之製造方法，尤其是指一種於製作蛋白質晶片之過程中提供不同角度之外部電場，使得蛋白質以不同之方向性固定於各晶片表面，再量測各晶片表面與配體間之結合力，以得知製作蛋白質晶片時可將其效能較佳或最佳化之外部電場角度者。
蛋白質晶片的效能主要由蛋白質分子結合於晶片的穩定性、均勻性以及方向性(orientation)決定。自組裝單層膜(self-assembled monolayer，SAM)技術的出現，能夠將單層蛋白質分子以共價鍵結固定在晶片表面，同時解決了蛋白質晶片的穩定性與均勻性問題，想要更進一步提升蛋白質晶片的效能，就要針對蛋白質分子排列的方向性著手。
蛋白質是具有三度空間立體結構的生物分子，其結構(conformation)與功能有著密不可分的關係，例如蛋白質分子間的結合(binding)就必須透過蛋白質分子構造中特殊的鍵結區(binding site)來完成，因此，蛋白質分子間的結合是有方向性的，將蛋白質分子製作為蛋白質晶片時，若蛋白質分子的鍵結區埋藏在底部、而非暴露於晶片表面時就會使得蛋白質分子與其配體的鍵結效率降低。
然而，將蛋白質分子固定於晶片的過程中，如果沒有特定外力介入，蛋白質分子會隨機地在晶片上呈現紊亂排列(random orientation)，使得晶片上的蛋白質分子與欲檢測的目標配體(ligand)間的結合效率下降，而造成蛋白質晶片的檢測效能不佳。
本發明之主要目的，係提供一種蛋白質晶片之製造方法，其利用蛋白質分子本身具有之極性，於製作各蛋白質晶片時施加不同角度之外部電場，使蛋白質分子受外部電場作用而發生偏轉，並利用原子力顯微鏡量測各蛋白質晶片之蛋白質分子與配體分子間之結合力，以推知以此蛋白質分子製作蛋白質晶片時可將蛋白質分子偏轉至將鍵結區暴露在晶片表面以使蛋白質晶片效能較佳或最佳化之外部電場施加角度。
本發明之次要目的，係提供一種提供外部電場以製作蛋白質晶片之裝置，其具有承載晶片之載台與可環繞載台轉動之電場支架，透過設置於電場支架之電極能夠對載台上之蛋白質晶片提供不同角度(0°-360°)之外部電場，以於各種角度之外部電場下製作蛋白質晶片並獲得可使其效能較佳或最佳化之外部電場施加角度。
本發明之另一目的，係提供一種效能最佳化之蛋白質晶片，其於可使蛋白質分子製作之蛋白質晶片效能較佳或最佳化之外部電場施加角度施加之外部電場下製作，蛋白質分子受外部電場偏轉並以最能夠暴露出鍵結區之角度固定於晶片，使得其與配體分子之結合能力最佳化。
為了達到上述所指稱之目的與功效，本發明揭示了一種提升於外部電場下製作之蛋白質晶片效能之方法，首先取包含至少一蛋白質分子之一蛋白質溶液滴於一第一晶片之上，再施加與相對於該第一晶片之垂直線之夾角為一第一角度之一外部電場於該第一晶片，使該蛋白質分子偏轉並固定於該第一晶片，另取該蛋白質溶液滴於一第二晶片之上，再施加與相對於該第二晶片之垂直線之夾角為一第二角度之該外部電場於該第二晶片，使該蛋白質分子偏轉並固定於該第二晶片，隨後分別量測該第一晶片上該蛋白質分子與該蛋白質分子之一配體分子間之一第一結合力以及該第二晶片上該蛋白質分子與該配體分子間之一第二結合力，再依據該第一結合力與該第二結合力之大小，決定以該蛋白質分子製作蛋白質晶片使蛋白質晶片效能較佳之電場施加角度為該第一角度或該第二角度。
本發明並揭示了另一種提升於外部電場下製作之蛋白質晶片效能之方法，首先取包含至少一蛋白質分子之一蛋白質溶液分別滴於複數晶片之上，再分別取該些晶片並施加一外部電場，該外部電場係相對於該些晶片將360度等分設置，隨後分別量測該些晶片上該蛋白質分子與該蛋白質分子之至少一配體分子之一結合力，再依據該些結合力之大小，決定以該蛋白質分子製作蛋白質晶片時使蛋白質晶片效能最佳化之電場施加角度為何。
此外，本發明並揭示了一種提供外部電場以製作蛋白質晶片之裝置，其包含一載台與一電場支架，該載台係水平設置，該電場支架之至少一側則樞接於該載台，該電場支架並包含一第一電極與一第二電極，該第一電極設置於該載台之一側，且該第二電極相 對於該第一電極設置於該載台之另一側，於該第一電極與該第二電極間施加一電壓即形成通過該載台之一外部電場，該電場支架相對於該載台轉動時，帶動該第一電極、該第二電極與所形成之該外部電場相對於該載台轉動。
並且，本發明揭示了一種效能最佳化之蛋白質晶片，其包含一晶片與一蛋白質層，該蛋白質層包含至少一蛋白質分子，該蛋白質分子係受一外部電場偏轉並固定於該晶片，該外部電場係以使蛋白質晶片效能最佳化之電場施加角度施加於該蛋白質分子，其中，蛋白質晶片效能係由該蛋白質分子與一配體分子間之一結合力決定。
101‧‧‧第一晶片
102‧‧‧第二晶片
12‧‧‧蛋白質溶液
1010‧‧‧垂直線
1020‧‧‧垂直線
20‧‧‧載台
200‧‧‧嵌合轉盤
22‧‧‧電場支架
220‧‧‧第一電極
222‧‧‧第二電極
224‧‧‧外部電場
226‧‧‧嵌合孔
228‧‧‧圓弧緣
24‧‧‧電源
26‧‧‧側板
260‧‧‧圓弧槽
第一A圖：其係為本發明一較佳實施例之元件關係示意圖；第一B圖：其係為本發明一較佳實施例之步驟流程圖；第二圖：其係為本發明另一較佳實施例之步驟流程圖；第三A圖：其係為利用本發明方法檢測免疫球蛋白G與A蛋白結合力之量測結果圖(一)；第三B圖：其係為利用本發明方法檢測免疫球蛋白G與A蛋白結合力之量測結果圖(二)；第三C圖：其係為利用本發明方法檢測免疫球蛋白G與A蛋白結合力之量測結果圖(三)；第四A圖：其係為利用本發明方法檢測CB1a胜肽抗體與CB1a胜肽結合力之量測結果圖(一)；第四B圖：其係為利用本發明方法檢測CB1a胜肽抗體與CB1a胜肽結合力之量測結果圖(二)；以及 第五圖：其係為本發明又一較佳實施例之裝置結構示意圖。
為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：本發明之蛋白質晶片之製造方法，其特色在於：製作各蛋白質晶片時以不同角度施加外部電場，使得各蛋白質晶片上之蛋白質分子以不同的角度固定於晶片，再量測各蛋白質晶片上蛋白質分子與配體分子間之結合力，即可推知以此蛋白質分子製作蛋白質晶片時可使其效能較佳或最佳化之外部電場施加角度，另，用於製作各蛋白質晶片之裝置具有可環繞承載蛋白質晶片之載台轉動(0°-360°)之電場支架，電場支架上相對設置之電極可對載台上之蛋白質晶片提供不同角度之外部電場，以於各種角度之外部電場下製作蛋白質晶片供原子力顯微鏡測試，並可選擇其中之最佳角度施加外部電場而製作出效能最佳化之蛋白質晶片。
首先請參閱第一A圖與第一B圖，其係本發明第一實施例之元件關係示意圖與步驟流程圖；如第一A圖所示，本發明之檢測於外部電場下製作之蛋白質晶片效能之方法中，將一第一晶片101放置於一載台20，將一第二晶片102放置於另一載台20，取包含至少一蛋白質分子之一蛋白質溶液12分別滴於該第一晶片101與該第二晶片102之上以製作蛋白質晶片，過程中分別利用一電源24對可環繞該載台20旋轉之一電場支架22上設置之一第一電極220與一第二電極222施加一電壓以形成一外部電場224，施加於該第一晶片101之該外部電場224與相對於該第一晶片101之垂直線1010 之夾角為一第一角度θ 1，施加於該第二晶片102之該外部電場224與相對於該第二晶片102之垂直線1020之夾角為一第二角度θ 2。
另如第一B圖所示，本發明之提升於外部電場下製作之蛋白質晶片效能之方法，由至少二電場施加角度中選擇較佳者，其主要步驟包含：步驟S211：取蛋白質溶液滴於第一晶片之上；步驟S221：施加與相對於第一晶片之垂直線之夾角為第一角度之外部電場於第一晶片，使蛋白質分子偏轉並固定於第一晶片；步驟S212：取蛋白質溶液滴於第二晶片之上；步驟S222：施加與相對於第二晶片之垂直線之夾角為第二角度之外部電場於第二晶片，使蛋白質分子偏轉並固定於第二晶片；步驟S231：分別量測配體分子與第一晶片之蛋白質分子間之第一結合力及配體分子與第二晶片之蛋白質分子間之第二結合力；步驟S241：依據第一結合力與第二結合力之大小，決定以蛋白質分子製作蛋白質晶片時使蛋白質晶片效能較佳之電場施加角度；步驟S251：蛋白質分子適用之外部電場角度為第一角度；以及步驟S252：蛋白質分子適用之外部電場角度為第二角度。
此外，於進行步驟S211與步驟S212之前，應先對該第一晶片101與該第二晶片102進行前處理，前處理之步驟包含：步驟S111：使第一晶片之表面羥基化； 步驟S121：於第一晶片之表面形成自組裝單層膜；步驟S131：於第一晶片之自組裝單層膜上形成交聯分子膜；步驟S112：使第二晶片之表面羥基化；步驟S122：於第二晶片之表面形成自組裝單層膜；以及步驟S132：於第二晶片之自組裝單層膜上形成交聯分子膜。
於步驟S111與S112中，分別利用氧氣電漿處理該第一晶片101與該第二晶片102以使該第一晶片101與該第二晶片之表面羥基化(hydroxylation)，本實施例中產生氧氣電漿之參數條件為：氧氣壓力250毫托(mTorr)、功率80瓦(W)，處理時間為3分鐘。
習用技術中亦有以食人魚溶液(piranha solution)浸泡晶片10分鐘以使晶片表面羥基化之方法，之後再使用酒精與純水清洗晶片，以去除晶片表面之有機物與雜質，使晶片保持高度之潔淨。本實施例中使用之氧氣電漿本身即具有清潔表面之作用，可省略以酒精與純水清洗之程序，且處理時間較短，較為快速方便。
於步驟S121與S122中，以帶有氨基之3-氨丙基三甲氧矽烷(3-Aminopropyltrimethoxysilane，3-APTMS)分別於該第一晶片101與該第二晶片102之表面形成一自組裝單層膜(self-assembled monolayer，SAM)，本實施例中，以1：100之比例混合純度97%之3-APTMS與純度99.9%之酒精，調配為一3-APTMS處理溶液，再分別將經步驟S111羥基化之該第一晶片101與經步驟S111羥基化之該第二晶片102放入該3-APTMS處理溶液中靜置1小時，最後再將該第一晶片101與該第二晶片102置入裝有純酒精之 超音波震盪器中，洗去剩餘未反應之3-APTMS，而得到表面形成該自組裝單層膜之該第一晶片101與該第二晶片102。
於步驟S131與S132中，以戊二醛(glutar-aldehyde，GTA)分別於該第一晶片101與該第二晶片102表面之該自組裝單層膜上形成一交聯分子膜，本實施例中，將25%之戊二醛以純水稀釋1為1/10之濃度作為一GTA處理溶液，將經步驟S111、S121後於表面形成該自組裝單層膜之該第一晶片101與經步驟S112、S122後於表面形成該自組裝單層膜之該第二晶片102放入該GTA處理溶液中靜置1小時，使該自組裝單層膜帶有之氨基與戊二醛帶有之醛基間形成共價鍵結，最後再將該第一晶片101與該第二晶片102置入裝有純水之超音波震盪器中，洗去剩餘未反應之戊二醛，而得到表面形成該自組裝單層膜與該交聯分子膜之該第一晶片101與該第二晶片102。
於步驟S211與S212中，取該蛋白質溶液12分別滴於該第一晶片101與該第二晶片102之上，本實施例中，以一倍之磷酸鹽緩衝溶液(phosphate buffered saline，PBS)將該蛋白質分子調配至10克/毫升(g/ml)之濃度，以作為該蛋白質溶液12，再將該蛋白質溶液12分別滴於經步驟S111、S121、S131後表面形成該自組裝單層膜與該交聯分子膜之該第一晶片101與經步驟S112、S122、S132後表面形成該自組裝單層膜與該交聯分子膜之該第二晶片102。
於步驟S221與S222中，分別對該第一晶片101及該第二晶片102施加與相對於該第一晶片101之垂直線1010之夾角為該第一角度θ 1及與相對於該第二晶片102之垂直線1020之夾角為該第二角度θ 2 之該外部電場224，使該蛋白質溶液12內包含之該蛋白質分子分別固定於該第一晶片101及該第二晶片102，本實施例中，將經步驟S111、S121、S131之前處理且於步驟S211中滴加該蛋白質溶液12之該第一晶片101與經步驟S1112、S122、S132之前處理且於步驟S212中滴加該蛋白質溶液12之該第二晶片102分別靜置於該外部電場224下30分鐘，使該蛋白質溶液12中該蛋白質分子之N端(-NH2)分別與該第一晶片101與該第二晶片102表面之該交聯分子膜之戊二醛分子之另一醛基反應形成共價鍵結而形成一蛋白質層，最後以0.05莫耳濃度(M)之氫氧化鈉溶液洗去剩餘未反應之該蛋白質分子，而得到表面形成該自組裝單層膜與該交聯分子膜並固定有該蛋白質分子之該第一晶片101與該第二晶片102。
本實施係利用一原子力顯微鏡量測該蛋白質分子之至少一配體分子與該第一晶片101表面之該蛋白質分子間之一第一結合力F1及該配體分子與該第二晶片102表面之該蛋白質分子間之一第二結合力F2，於步驟S231中，將該配體分子固定於該原子力顯微鏡之一探針，分別量測該探針與該第一晶片101間之該第一結合力F1及探針該與第二晶片102間之該第二結合力F2，該第一結合力F1係由該第一晶片101上之該蛋白質分子與該探針上之該配體分子間之親和力所形成，該第二結合力F2則由該第二晶片102上之該蛋白質分子與該探針上之該配體分子間之親和力所形成。
於步驟S241中，依據該第一結合力F1與該第二結合力F2之大小，決定以該蛋白質分子製作蛋白質晶片時施加該外部電場224之較佳施加角度(以與相對於晶片之垂直線之夾角計算)，而如步驟S251或S252之判斷結果，該蛋白質分子施加該外部電場224之較 佳施加角度為該第一角度θ 1或該第二角度θ 2。
隨後請參閱第二圖，其係本發明第二實施例之步驟流程圖；如第二圖所示，本發明提出之另一提升於外部電場下製作之蛋白質晶片效能之方法，其步驟包含：步驟S11：使晶片之表面羥基化；步驟S12：於晶片之表面形成自組裝單層膜；步驟S13：於晶片之自組裝單層膜上形成交聯分子膜；步驟S21：取蛋白質溶液滴於晶片之上；步驟S22：分別取晶片並施加外部電場，外部電場係相對於晶片將360度等分設置；步驟S232：分別量測配體分子與晶片之蛋白質分子間之結合力；以及步驟S242：依據結合力之大小，決定以蛋白質分子製作蛋白質晶片時使蛋白質晶片效能最佳化之電場施加角度。
本實施例與第一實施例之主要差別在於，製作複數蛋白質晶片時，各外部電場224係相對於晶片將360度等分設置，即，若製作8片蛋白質晶片，則分別以相對於各晶片之垂直線之夾角為0度(該外部電場224由上往下垂直穿過蛋白質晶片)、45度、90度、135度、180度、225度、270度、315度之角度施加該外部電場224，隨後由該原子力顯微鏡量測以該蛋白質分子於各角度施加之該外部電場224下製作之蛋白質晶片與各晶片上之該蛋白質分子與該原子力顯微鏡之該探針上之該配體分子之結合力，判斷以該蛋 白質分子製作蛋白質晶片時以何施加角度施加該外部電場224可使蛋白質晶片之效能最佳化，其餘步驟之實施方式則與第一實施例大致相同，請參考第一實施例，不再贅述。
請一併參閱第三A圖、第三B圖以及第三C圖，其係利用本發明方法檢測免疫球蛋白G(immunoglobulin G，IgG抗體)與A蛋白(protein A)結合力之量測結果圖(一)、(二)以及(三)，本實施例中，以免疫球蛋白G作為該蛋白質分子並以A蛋白作為該配體分子，A蛋白係一種由金黃色葡萄球菌之細胞壁分離出之蛋白質，能夠與人類及其他多種哺乳動物血清中IgG抗體之可結晶區域片段(fragment crystallizable region，Fc片段)結合。
第三A圖以折線圖、第三B圖以雷達圖之方式顯示將IgG抗體固定於晶片(如前述步驟S221或S222)時分別以與相對於晶片之垂直線之夾角為0度(外部電場由上往下垂直穿過蛋白質晶片)、22.5度、45度、67.5度、90度、112.5度、135度、157.5度、180度、202.5度、225度、247.5度、270度、292.5度、315度、337.5度施加強度為800,000伏特/公尺(V/m)之外部電場所製作之蛋白質晶片，利用原子力顯微鏡量測蛋白質晶片上之IgG抗體與探針上之A蛋白間結合力(如前述步驟S231或S232)之結果，結合力之單位為皮牛頓(pN)。
如第三A圖與第三B圖所示之結合力量測結果，以45度施加外部電場可獲得結合(檢測)A蛋白效能最佳之IgG抗體蛋白質晶片，此時IgG抗體受以45度施加之外部電場偏轉，而使其Fc片段向上暴露於蛋白質晶片之表面。
第三C圖則顯示將IgG抗體固定於晶片時分別以45度施加強度為50,000、100,000、200,000、400,000、800,000V/m之外部電場所製作之蛋白質晶片，利用原子力顯微鏡量測蛋白質晶片上之IgG抗體與探針上之A蛋白間結合力之結果，顯示施加強度為800,000V/m之外部電場時，可量測到較高之結合力，故第三A圖與第三B圖選用強度為800,000V/m之外部電場，並使用以不同角度施加之800,000V/m之外部電場下製作之蛋白質晶片進行結合力之量測。
請一併參閱第四A圖與第四B圖，其係利用本發明方法檢測CB1a胜肽抗體與CB1a胜肽結合力之量測結果圖(一)與(二)，本實施例中，以CB1a胜肽(為一種抗癌胜肽，其胺基酸序列為Lys Trp Lys Val Phe Lys Lys Ile Glu Lys Lys Trp Lys Val Phe Lys Lys Ile Glu Lys Ala Gly Pro Lys Trp Lys Val Phe Lys Lys Ile Glu Lys)之抗體作為該蛋白質分子並以CB1a作為該配體分子，進行以各角度施加之外部電場下以CB1a胜肽抗體製作之蛋白質晶片結合(檢測)CB1a胜肽之效能檢測。
第四A圖以折線圖、第四B圖以雷達圖之方式顯示將抗CB1a胜肽抗體固定於晶片時分別以與相對於晶片之垂直線之夾角為0度(外部電場由上往下垂直穿過蛋白質晶片)、22.5度、45度、67.5度、90度、112.5度、135度、157.5度、180度、2025度、225度、247.5度、270度、292.5度、315度、337.5度施加強度為800,000V/m之外部電場所製作之蛋白質晶片，利用原子力顯微鏡量測蛋白質晶片上之CB1a胜肽抗體與探針上之CB1a胜肽間結合力(單位為pN)之結果。
如第四A圖與第四B圖所示之結合力量測結果，以22.5度施加外部電場可獲得結合(檢測)CB1a胜肽效能最佳之CB1a胜肽抗體蛋白質晶片，此時CB1a胜肽抗體受以22.5度施加之外部電場偏轉，使其抗原結合片段(antigen binding fragment，Fab片段)向上暴露於蛋白質晶片之表面而易於與CB1a胜肽結合。
請參閱第五圖，其係本發明第三實施例之裝置結構示意圖；如圖所示，本發明之由各方位提供外部電場以製作蛋白質晶片之裝置至少包含一載台20與一電場支架22，該載台20係水平設置，於前述使蛋白質分子結合至晶片之步驟中用於置放蛋白質晶片，該電場支架22之至少一側樞接於該載台20(本實施例中，該電場支架22之兩側皆樞接於該載台20)，該電場支架22並包含一第一電極220與一第二電極222，該第一電極220設置於該載台20之一側，該第二電極222則相對於該第一電極220，設置於該載台20之另一側，於該第一電極220與該第二電極222間施加一電壓，即可形成通過該載台20之一外部電場，以使蛋白質分子發生偏轉再結合至晶片之表面。
由於該電場支架22樞接於該載台20，可環繞該載台20旋轉，並帶動該第一電極220與該第二電極222環繞該載台20旋轉，而可透過調整該電場支架22改變施加該外部電場之角度。
本發明之裝置可進一步包含至少一側板26，該側板26係垂直設置並連接於該載台20之一側，本實施例中則具有二側板26，並分別對稱地連接於該載台20之兩側，該側板26係用於支撐該載台20，使其維持水平架空。
此外，該載台20之至少一側可進一步包含一嵌合轉盤200，該電場支架22並於對應該嵌合轉盤200之一側進一步包含一嵌合孔226，該嵌合轉盤200係垂直設置並嵌設於該嵌合孔226內，本實施例中，該載台20之兩側對稱地包含各一嵌合轉盤200，該電場支架222於對應該載台20兩側嵌合轉盤200之位置分別包含各一嵌合孔226，該載台20兩側之該些嵌合轉盤200分別嵌設於該電場支架222兩側之該些嵌合孔226內，而達成該電場支架222樞接於該載台20兩側之效果。
另，該側板26可於對應該嵌合轉盤200之一側包含一圓弧槽260，該電場支架22並包含一圓弧緣228，該電場支架22之該圓弧緣228嵌設於該側板26之該圓弧槽260內，本實施例中，該些側板260分別於對應該載台20兩側嵌合轉盤200之一側包含各一圓弧槽260，該電場支架22則於其兩側對應該些側板26上該些圓弧槽260之位置分別包含各一圓弧緣228，該電場支架22兩側之該些圓弧緣228分別嵌設於該些側板26上之該些圓弧槽260內，而達成該電場支架222於樞接於該載台20兩側外亦與兩側之該些側板26樞接之效果，因此該些側板26可支撐該電場支架22，且不會妨礙該電場支架22之轉動，而可順利地改變施加該外部電場之角度，以製作用於測試使蛋白質晶片效能最大化之外部電場施加角度之蛋白質晶片。
其中，側板26之中之圓弧槽260及電場支架22與圓弧槽260相樞接之圓弧緣228，可依設計之需要設計成可360°等分角度之正多邊形，唯此實施例以可包含最多等分角度之圓形為範例。同時，圓形亦為此電場裝置在運作時最為流暢之工藝形狀。
綜上所述，本發明係提出提升於外部電場下製作之蛋白質晶片效能最大化之方法及由各方位提供外部電場之裝置，方法包含於複數個晶片上進行羥基化、形成自組裝單層膜、形成交聯分子膜之前處理步驟後，將蛋白質分子固定於各晶片時分別以不同角度施加強度相同之外部電場，使蛋白質分子偏轉並以不同角度固定於各晶片，並量測各晶片上蛋白質分子與其配體之結合力大小，以判斷將此蛋白質分子用於製作蛋白質晶片時以何種角度施加外部電場可使蛋白質晶片之效能較佳或最佳化，另，裝置主要包含承載蛋白質晶片之載台以及與載台樞接而可環繞載台轉動之電場支架，電場支架上並設有電極，而能夠以各種角度提供通過蛋白質晶片之外部電場。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。
本發明係實為一具有新穎性、進步性及可供產業利用者，應符合我國專利法所規定之專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈 鈞局早日賜准專利，至感為禱。

Claims (16)

  1. 一種蛋白質晶片之製造方法，提供包含至少一蛋白質分子之一蛋白質溶液，且其步驟包含：取該蛋白質溶液滴於一第一晶片之上；施加與相對於該第一晶片之垂直線之夾角為一第一角度之一外部電場於該第一晶片，使該蛋白質分子偏轉；取該蛋白質溶液滴於一第二晶片之上；施加與相對於該第二晶片之垂直線之夾角為一第二角度之該外部電場於該第二晶片，使該蛋白質分子偏轉；量測該蛋白質分子之至少一配體分子與該第一晶片間之一第一結合力及該配體分子與該第二晶片間之一第二結合力；以及依據該第一結合力與該第二結合力之大小，決定以該蛋白質分子製作該蛋白質晶片時使該蛋白質晶片之效能較佳之電場施加角度為該第一角度或該第二角度；其中，該外部電場係相對於該第一晶片及該第二晶片將360度等分設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之蛋白質晶片之製造方法，其於取該蛋白質溶液滴於該第一晶片之上之前，進一步包含：使一第一晶片之表面羥基化；於該第一晶片之表面形成一自組裝單層膜；以及於該第一晶片之該自組裝單層膜上形成一交聯分子膜。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之蛋白質晶片之製造方法，其於取該 蛋白質溶液滴於該第二晶片之上之前，進一步包含：使一第二晶片之表面羥基化；於該第二晶片之表面形成一自組裝單層膜；以及於該第二晶片之該自組裝單層膜上形成一交聯分子膜。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之蛋白質晶片之製造方法，其係將該配體分子固定於一原子力顯微鏡之一探針，並利用該原子力顯微鏡量測該第一結合力及該第二結合力。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之蛋白質晶片之製造方法，其所獲得之該蛋白質晶片，係包含：一晶片；以及一蛋白質層，係形成於該晶片之上並包含至少一蛋白質分子，該蛋白質分子係受一外部電場偏轉並固定於該晶片，該外部電場係以最佳化之電場施加角度施加於該蛋白質分子；其中，該蛋白質晶片之效能係由該蛋白質分子與一配體分子間之一結合力決定。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之蛋白質晶片之製造方法，其中該蛋白質晶片之表面進一步形成有一自組裝單層膜，該自組裝單層膜上方並進一步形成有一交聯分子膜，該蛋白質分子係與該交聯分子膜間形成共價鍵結。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之蛋白質晶片之製造方法，其中於施加該外部電場於該第一晶片之步驟後，係進一步調整該外部電場相對於該第二晶片之施加角度，使該第二晶片上之該蛋白質分子之方位與該第一晶片上之該蛋白質分子之方位不同。
  8. 一種蛋白質晶片之製造方法，提供包含至少一蛋白質分子之一蛋白質溶液，且其步驟包含： 取該蛋白質溶液分別滴於複數晶片之上；分別取該些晶片並施加一外部電場，該外部電場係相對於該些晶片將360度等分設置；量測該蛋白質分子之至少一配體分子與該些晶片間之一結合力；以及依據該些結合力之大小，決定以該蛋白質分子製作該蛋白質晶片時使該蛋白質晶片之效能最佳化之電場施加角度。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之蛋白質晶片之製造方法，其於取該蛋白質溶液滴於該些晶片之上之前，進一步包含：使複數晶片之表面羥基化；分別於該些晶片之表面形成一自組裝單層膜；以及分別於該些晶片之該自組裝單層膜上形成一交聯分子膜。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之蛋白質晶片之製造方法，其係將該配體分子固定於一原子力顯微鏡之一探針，並利用該原子力顯微鏡量測該結合力。
  11. 如申請專利範圍第2項、第3項或第9項所述之蛋白質晶片之製造方法，其係以一氧氣電漿處理進行羥基化。
  12. 如申請專利範圍第2項、第3項或第9項所述之蛋白質晶片之製造方法，其係以一3-氨丙基三甲氧矽烷酒精溶液形成該自組裝單層膜。
  13. 如申請專利範圍第2項、第3項或第9項所述之蛋白質晶片之製造方法，其係以一戊二醛水溶液形成該交聯分子膜。
  14. 如申請專利範圍第2項、第3項或第9項所述之蛋白質晶片之製造方法，其中該蛋白質分子係與該交聯分子膜間形成共價鍵結。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之蛋白質晶片之製造方法，其所獲得 之該蛋白質晶片，係包含：一晶片；以及一蛋白質層，係形成於該晶片之上並包含至少一蛋白質分子，該蛋白質分子係受一外部電場偏轉並固定於該晶片，該外部電場係以最佳化之電場施加角度施加於該蛋白質分子；其中，該蛋白質晶片之效能係由該蛋白質分子與一配體分子間之一結合力決定。
  16. 如申請專利範圍第7項所述之蛋白質晶片之製造方法，其中該蛋白質晶片之表面進一步形成有一自組裝單層膜，該自組裝單層膜上方並進一步形成有一交聯分子膜，該蛋白質分子係與該交聯分子膜間形成共價鍵結。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201248150A (en) * 2011-05-27 2012-12-01 Nat Applied Res Laboratories Method for screening medicine by using atomic force microscope to do quantative inspection and method for effectively fixing protein electrodes to chip
TWM488629U (zh) * 2014-01-22 2014-10-21 Siward Crystal Technology Co Ltd 感測裝置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5702906A (en) * 1990-09-25 1997-12-30 Genentech, Inc. Antibodies to neurotrophic factor-4 (NT-4)
US6086821A (en) * 1999-03-29 2000-07-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Ultrasonic force differentiation assay
US9493806B2 (en) * 2001-06-01 2016-11-15 Colorado State University Research Foundation Enzymatic biosensing systems
US20050239184A1 (en) * 2004-04-23 2005-10-27 Reiko Ohara Electric driven protein immobilizing module and method
NL1027083C2 (nl) * 2004-09-21 2006-03-22 Antonius Cornelis Petrus Backx Werkwijze voor het in een reactor tussen reactanten uitvoeren van een chemische reactie.
US7771955B2 (en) * 2005-06-09 2010-08-10 University Of Maryland Affinity membrane for capture of a target biomolecule and formation thereof by site-directed immobilization of a capture biomolecule
KR20090007275A (ko) * 2005-12-20 2009-01-16 더 오하이오 스테이트 유니버시티 리서치 파운데이션 분석방법용 나노다공성 기판
US8571805B2 (en) * 2009-04-10 2013-10-29 Pharmaco-Kinesis Corporation Method and apparatus for detecting and regulating vascular endothelial growth factor (VEGF) by forming a homeostatic loop employing a half-antibody biosensor
US20130029858A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 National Applied Research Laboratories Method of Drug Screening through Quantitative Detection by Atomic Force Microscopy and Effective Protein Chips Development through Method Thereof
AU2014311197A1 (en) * 2013-09-02 2016-03-24 The University Of Sydney Materials and methods
US10585096B2 (en) * 2013-10-25 2020-03-10 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Methods and systems for orienting nanomaterials
US10416116B2 (en) * 2014-04-04 2019-09-17 Massachusetts Institute Of Technology Active transport of charged molecules into, within, and/or from charged matrices

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201248150A (en) * 2011-05-27 2012-12-01 Nat Applied Res Laboratories Method for screening medicine by using atomic force microscope to do quantative inspection and method for effectively fixing protein electrodes to chip
TWM488629U (zh) * 2014-01-22 2014-10-21 Siward Crystal Technology Co Ltd 感測裝置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Sam Emaminejad et al. Tunable control of antibody immobilization using electric field. PNAS Vol.112 no.7 p1995-1999 *

Also Published As

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