八月主題-電化學細胞感測技術

生物感測器（biosensor）是一種能夠檢測生物或化學反應的裝置。它們通常由識別元件（recognition element）和轉換元件（transduction element）組成（如圖一）[1]。識別元件能夠識別特定的生物分子（如蛋白質、DNA、糖類、細胞等），轉換元件（transduction element）則將這些識別信號轉換成電訊號或其他可測量的訊號進行偵測，轉換成電訊號的類型即為電化學感測器（electrochemical biosensor）。生物感測器可應用於醫療診斷、環境監測和食品安全等領域。例如：糖尿病患者使用的血糖感測器就是一種廣為人知的生物感測器。

自從1962年美國科學家”生物感測器之父” Leland Clark （見圖二）[2] 開發出用於偵測葡萄糖的電極後，生物感測器變蓬勃發展起來（見表一、圖二 B 及 C）[3] [4] [5]，在眾多感測器類型中，電化學感測器可透過電極表面分子的氧化、還原與親合作用產生的電訊號變化來達到偵測目的，具有檢測快速、高靈敏性與低成本等優點，可搭配不同奈米材料的修飾達到訊號放大與提高選擇性等目的，和電子元件相結合也能使感測器微型化，並整合在不同訊號收發裝置中，在定點照護檢驗（Point of Care Testing）上具有很大潛力。

近年來，電化學感測也開始從分子檢測擴展到細胞偵測層面（見圖三）[6]，像是體外癌細胞的檢測與幹細胞分析等，利用具不同特性的電極表面並結合3維細胞培養技術，在早期診斷與藥物篩選上有很大的幫助。在本月主題中，將會著重在電化學細胞感測技術，會介紹一篇研究描述可控制細胞動態釋放的電極表面，為近年新穎的感測器設計概念。

延伸閱讀：生物電子學

參考文獻：

1. Welch, E. C., Powell, J. M., Clevinger, T. B., Fairman, A. E., & Shukla, A. (2021). Advances in biosensors and diagnostic technologies using nanostructures and nanomaterials. Advanced Functional Materials, 31(44). https://doi.org/10.1002/adfm.202104126
2. Heineman, W. R., & Jensen, W. B. (2006). Leland C. Clark Jr. (1918–2005). Biosensors and Bioelectronics, 21(8), 1403–1404. https://doi.org/10.1016/j.bios.2005.12.005
3. Dixon, R. (2021, August 27). Yellow Springs Instruments— Model 23A’s revolutionary legacy. The Yellow Springs News. 
4. Ranjan, P., Sadique, M. A., Parihar, A., Dhand, C., Mishra, A., & Khan, R. (2022). Commercialization of microfluidic Point-of-Care diagnostic devices. In CRC Press eBooks (pp. 383–398). https://doi.org/10.1201/9781003033479-16
5. Bhalla, N., Jolly, P., Formisano, N., & Estrela, P. (2016). Introduction to biosensors. Essays in Biochemistry, 60(1), 1–8. https://doi.org/10.1042/ebc20150001
6. Suhito, I. R., Koo, K., & Kim, T. (2020). Recent advances in electrochemical sensors for the detection of biomolecules and whole cells. Biomedicines, 9(1), 15. https://doi.org/10.3390/biomedicines9010015

關鍵字：生物感測器、電化學、細胞檢測

撰文｜梁文