第 483 期

研究發展
電子顯微鏡微晶片樣品槽於液態樣品觀測之技術開發與應用
NHRI researchers present quantitative characterization of nanoparticles in aqueous by TEM with a window-type microchip nanopipet

由本院奈米醫學研究中心與閎康科技股份有限公司產學合作，並與清華大學共同開發「濕式及乾式電子顯微鏡微晶片樣品槽技術」。本項技術可應用於液態樣品之電子顯微鏡觀測分析，如在液態中奈米粒子的觀測分析上。本項微晶片樣品槽技術可直接封裝濕式樣品，同時克服傳統電子顯微鏡利用銅網進行樣品製備時乾燥過程所造成之樣品成分粒子聚集與分布不均的限制用於製備乾式樣品。因此可分析樣品原始狀態下成分奈米粒子之粒徑分布、形態、團聚狀況及粒子濃度，未來將可廣泛用於各式奈米技術相關產品中成分奈米粒子之特性分析。本項技術目前已成功用於取樣分析血液樣品中金奈米粒子的團聚狀況與粒子濃度（圖一），研究成果發表於國際期刊Analytical Chemistry, 2012 Aug 7; 84(15):6312-6316 （影響指數= 5.856；領域排名= 3/73 in Chemistry, Analytical）並已申請本技術之專利。

奈米載體技術近年來蓬勃應用於醫藥產品的開發，用於改善藥物分布、增加藥物療效、減低藥物毒性及減少給藥次數等。奈米藥物進入體內後的生體分布與療效主要受到其粒徑、形狀及表面特性控制，而奈米粒子的聚集與團聚將直接影響實際粒子粒徑、形狀及表面特性。以奈米藥物為例：當奈米藥物進入體內後常會面臨複雜的體液環境（如靜脈注射進入血液中）而引發團聚或形狀的改變，但卻因受限於體液樣品的成分複雜及粒子團聚狀況會因稀釋或純化過程改變而難以觀測。電子顯微鏡是目前用於觀測奈米粒子形態最直接的方法，但受限於傳統試片製備的乾燥過程易造成成分粒子進一步團聚而無法觀察到奈米粒子在原始環境中之形態分布。研究團隊成功克服此一挑戰，並開發出可直接篩選取樣血液中成分奈米粒子的電子顯微鏡微晶片樣品槽技術。利用微晶片的結構設計於取樣同時將血球與待測奈米粒子分離，並克服傳統電子顯微鏡利用銅網進行樣品製備過程中因乾燥所造成之成分粒子聚集與分布不均的限制，因而得以利用電子顯微鏡影像進行其在原始環境下之種類、粒徑分布、形狀分布、粒子團聚狀態與濃度的定量分析。此技術將可廣泛應用於定量分析複雜奈米技術產品在其溶液環境下之形態相關特性。

隨著奈米科技廣泛應用於生活周遭，民眾對於其安全性的疑慮逐漸升高，近期間各國法規單位（如美國食品藥品管理局（US FDA）、歐盟歐洲議會與理事會（EUROPA）與國際標準化組織（International Organization for Standardization, ISO））也陸續就法規與檢測標準提出回應。美國FDA在2011年6月發行「規範產品是否涉及奈米技術應用的指引草案（Draft Guidance: Considering Whether an FDA-Regulated Product Involves the Application of Nanotechnology）」與2012年4月提出針對使用奈米技術於食品及化妝品產品的指導草案（「Guidance for Industry: Assessing the effects of Significant Manufacturing Processes Changes, Including Emerging Technologies, on the Safety and Regulatory Status of Food Ingredients and Food Contact Substances, Including Food Ingredients that are Color Additives」、「Guidance for Industry: Safety of Nanomaterials in Cosmetic product」）中指出：奈米材料安全性須考量最終產品之聚集與尺寸分布。ISO於2012年發表ISO/TR13014指出對奈米材料進行毒性測試時需針對其成分奈米粒子進行完整物理化學特性分析的必要性，並著手草擬ISO/TS13830奈米製造物及產品的標示準則。在ISO指出的各項物理化學特性分析參數中，尤以檢測奈米粒子聚集狀態（aggregation/agglomeration state）在檢測分析方法建立上最具挑戰，目前尚無有效可信的檢測方法可用。本研究團隊開發的電子顯微鏡微晶片樣品槽技術，成功突破傳統使用銅網製備電子顯微鏡樣品乾燥過程造成成分粒子進一步聚集而改變了原始聚集狀態與尺寸分布的技術瓶頸，可在濕式與乾式環境下用於觀測個別成分奈米粒子在溶液狀態下之聚集狀態，並用於進行形態相關特性之定量分析（圖二），此將可提供奈米技術產品符合法規趨勢之檢測分析服務。



目前研究團隊正積極將此電子顯微鏡樣品槽技術平台應用於各種奈米科技相關產品之特性檢測分析上，期能藉由對樣品之完整瞭解而能有效連結奈米技術與其最終產品功效及毒性之相關性，並應用於奈米產品之成分奈米粒子標示。
《文/圖：奈米醫學研究中心楊重熙主任、戴麟靄博士》