光電工程研究所
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本所於民國91年成立碩士班，94年成立博士班。本所成立之宗旨及教育目標在於培育符合社會所需的光電科技專業人才，本所發展目標在於實現學界對於國內產業的關懷與參與之願景，並朝向「產業知識化、知識產業化」的發展趨勢與需求邁進。近年來，本校已轉型為綜合研究型大學，依據校務整體發展計畫與本所發展策略規劃之需求，將能提供本所未來發展之參考與願景。
本所研究方向 ：
一、光電材料與元件模組
二、奈米生醫及醫學影像
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Item 超導生物磁粒子造影系統最佳化特性研究(2022) 鄭元鈞; Jheng, Yuan-Jyun本研究於電磁波屏蔽室內建立一座超導量子干涉元件之磁性粒子造影系統，目前已得知磁性奈米粒子具有良好的生物相容性，且經由表面修飾後可具有與特定抗原專一性結合的特性，因此具有影像顯影及癌症標靶等應用潛力。在訊號偵測的部分，選擇三倍頻訊號用來避開生物反磁性訊號；在影像取得部分，此系統使用三維度步進馬達移動樣品進行掃描以獲得磁流體的磁訊號分布圖。為了將磁流體磁訊號與定位點磁訊號作出區別，另繞製線徑為 0.3 mm 、內徑為 10 mm 、共 10 匝的定位線圈共四顆當作定位點，同時給予定位線圈不同的頻率，藉由輸出頻率的差異，得以在後續將小鼠體內磁流體與定位點磁訊號明顯分開以利之後分析。本系統包含了激發線圈、接收線圈與超導量子干涉元件，藉由繞製多組接收線圈匝數與所串聯之反向線圈的匝數後，調整兩線圈之間距離至訊號測得最靈敏位置，即得以將系統背景雜訊降至最低，而經過後續研究數據得知本磁通轉換器最佳參數為接收線圈使用線徑為 0.2 mm 、內徑為 8 mm 、每層 20 匝共 140 匝，反向線圈使用線徑為 0.2 mm 、內徑為 8 mm 、每層 40 匝共 170 匝，此參數不但雜訊強度較低，且電壓磁場轉換比效率也相對較高。透過後續掃描磁流體之序列稀釋、排列不同圖案和在小鼠體內施打不同濃度之磁流體的影像也證實了此項研究結果。因此現階段系統比過去擁有更高靈敏度功能性檢測的優勢，未來更可被用於腫瘤(癌)細胞影像顯影及追蹤等，以證明磁性奈米粒子於生物相關醫學成像應用的可行性。Item 高溫超導量子干涉元件之磁粒子諧波檢測與生物磁造影系統之開發與應用研究(2021) 劉景銘; Liu,Ching-Ming本研究利用High-Tc SQUID於屏蔽屋內建立一高溫超導量子干涉元件之磁粒子造影系統，已知磁流體具有高生物相容性，可應用於影像顯影及癌症標靶治療等，本研究開發高溫超導量子干涉元件之磁粒子造影系統，透過激發線圈給予磁場激發磁流體後，偵測磁流體的交流磁化訊號。在訊號分析的部分，擷取三倍頻訊號以提高訊雜比，並利用強度及相位資料分析進一步提升靈敏度。在影像方面，本系統以三維步進馬達來移動樣品進行掃描以取得磁流體磁訊號分布圖，並透過磁源反演算整合出高靈敏與高空間解析度之影像。該系統包含超導量子干涉元件、激發線圈與接收線圈，調整至訊號檢測最靈敏之狀態後，搭配反向串聯的梯度接收線圈降低背景雜訊。此系統架設於屏蔽屋內，透過計算相位資料調整樣品訊號強度後根據磁通耦合現象並選擇三倍頻，可避免生物體反磁性訊號、激發線圈的基頻訊號和減少其他頻段之干擾，因此該系統具有超高靈敏度的功能性檢測優勢。此整合影像技術未來可用於腫瘤細胞追蹤及影像顯影等，以驗證磁性粒子於生物醫學成像應用之可行性。Item 變溫磁粒子頻譜儀於磁流體之諧波及溫度特性之應用與研究(2021) 陳浩瑋; Chen, Hao-Wei磁性奈米粒子在物理及生醫方面都有重要的研究應用，利用磁性奈米粒子在高頻強交流磁場下的產熱特性，可被應用於腫瘤熱治療，當腫瘤細胞被加熱超過43 ℃即可造成腫瘤細胞凋亡，然而，生物體內的溫度檢測是目前所遇到的問題之一。為了解決這個問題，本研究開發了可溫控微型磁流體頻譜儀，用來檢測磁粒子諧波與溫度的關係，該裝置由一個激發線圈和一對方向相反的梯度接收線圈組成，以消除背景磁場並提高檢測系統的訊雜比，由於樣品和檢測線圈之間的距離較短，因此可以實現高檢測靈敏度和低樣品的消耗。為了使實驗的溫度控制更穩定，所以本微型磁流體頻譜儀整合了一組溫度控制系統，使實際溫度與目標溫度的差異保持在± 0.1~0.2 ℃之間，實現了溫度穩定控制的目標，磁粒子頻譜儀系統量測之交流磁化訊號經過傅立葉轉換後，可得到磁性奈米粒子於外加交流場下的諧波特性，其諧波訊號強度會隨著溫度增加而減少，利用頻譜之三倍頻及五倍頻的強度比值( I5th/3rd )，來比較不同濃度的磁性樣品在不同磁場下的諧波與溫度特性，再透過多項式得到諧波強度與溫度的特性曲線，發現在不同磁場或濃度下，所得到的I5th/3rd經過歸一化後，隨著溫度下降的趨勢線會接近重合，可以從本實驗結果來驗證諧波訊號應用於溫度檢測之可能性，未來可以用於腫瘤熱治療法之體外溫度監控等生醫應用上。Item 磁性奈米粒子在外加交流磁場下的產熱特性研究(2011) 陳一龍; Yi-Long Chen近年來磁性奈米粒子於腫瘤熱治療的研究已逐漸被重視，此方法是將磁性奈米粒子注射到腫瘤中，再給予交流磁場使磁性奈米粒子發熱，使得其周圍的腫瘤組織因溫度超過其耐熱溫度被殺死，進而達到熱治療之目的。本研究使用實驗室自行研發製作的磁性奈米粒子，並以振動樣品磁力儀來觀察磁性奈米粒子的飽和磁化率。我們建立一套可用於磁性奈米粒子熱治療的交流磁場產生系統，並使用可變電容器來抵銷掉高頻時產生的感電抗的方法來獲得最大磁場進行產熱測試，其可以產生共振頻率大於100 kHz且產生出的交流磁場可以大於100 Oe，最後將實驗所測量到的數據進行分析，以找出不同濃度、粒徑的磁性奈米粒子之產熱機制與特性。Item 磁減量生化檢測於人體血清中 C – reactive Protein 之檢驗特性研究(2009) 藍旗保C - 反應蛋白( C - reactive Protein ; CRP )是一種發炎反應的臨床指標，與心臟病及心血管疾病亦有很大的關聯。近來研究指出，高CRP值的人罹患癌症的機率較一般人高出30%，若罹患癌症較早辭世的可能性更大增80%。因此，在臨床診斷化驗室裡微量CRP之敏感度及準確性是急切地需要的。 本研究係利用化學共沉法，合成出具有超順磁特性的奈米磁性粒子。因受到介面活性劑包覆著，使奈米磁性粒子可在水溶液中均勻分佈。並進一步將C - 反應蛋白( C - reactive Protein ; CRP )之抗體與奈米磁性粒子結合，形成一具有磁性生物標記( magnetic bio - marker ) 之磁性試劑( magnetic reagent )。最後，再利用本實驗室所研發之磁減量檢測法( Immunomagnetic rednction ; IMR )，探討檢測C - 反應蛋白 ( C - reactive Protein ; CRP )之特性並且對本系統做進一步的干擾測試，最後再跟臨床檢測常用的免疫比濁法來進行比較。Item 高溫射頻超導量子干涉元件應用於交流磁導率之特性與研究(2008) 尹韋力我們架設了一套交流磁化率量测系統，包含使用鋁及μ-metal(鈷鎳合金)所製造成之三層結構磁屏蔽桶，以及經過計算之後最佳化的激發線圈(excitation coil)、擷取線圈(pick-up coil)與接收線圈(input coil)的線圈參數條件，其中使用rf-SQUID做為sensor。在此實驗中我們所使用的方法為單頻交流磁導率χac法，此方法的特點就是我們外加一補償線圈，藉由調整補償線圈所製造之磁場將背景之磁場訊號消除至最低，可將梯度線圈之Balance調整至約為百萬分之七。我們使用此系統來測量C-反應蛋白(C-reactive Protein,CRP)，其SNR為2.53。交流磁化率χac之變化量(χac)為 17.8%。此系統所能偵測之磁性奈米粒子最低濃度可達0.00625 emu/L。Item 磁減量檢測於豬流感病毒檢驗特性研究(2008) 王偉丞; Wei Cheng Wang本研究係利用化學共沉方法，合成出具有超順磁特性的磁性奈米粒子。因被介面活性劑包覆著，使磁性奈米粒子可在水溶液中均勻分佈。並進一步將豬流行性感冒病毒( Swine Influenza Virus )之抗體與磁性奈米粒子上結合，形成一具有磁性生物標記( magnetic bio-marker )之磁性試劑( magnetic reagent )。再使用本實驗室所研發之磁減量檢測( magnetoreduction assay ; MRA )進行特性檢測： (1) 豬流行性感冒病毒( Swine Influenza Virus )磁減量檢測之專一性與非專一性檢測，在本研究中可控制不同的外加交流( alternating current )磁場而抑制非專一性的結合。(2) 豬流行性感冒病毒( Swine Influenza Virus )磁減量檢測之靈敏度檢測。Item 人體血清中感染因子C-reactive Protein之檢測(2007) 陳文新C-反應蛋白(C-reactive Protein, CRP)是一種發炎反應期肝臟製造的敏感性產物，最近研究指出在心臟病或癌症病人血漿中的含量較高，可被視為是一項冠狀動脈的危險因子。因此，在臨床診斷化驗室裡微量CRP之敏感度、準確性及快速分析是急切地需要的。 目前醫療上對CRP的檢測大部分為光學方式，例如：免疫散射比濁法（immunosorbent nephelometry assay, INA）與酵素連結免疫吸附分析法(enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)。如果檢測的樣品帶有顏色，那麼在量測上的準確性將大打折扣。 於是在此研究裡，我們用來量測人體血清中感染因子C-反應蛋白的檢測儀器為磁性標記(magnetically labeled)之混頻交流磁導率計(mixed-frequency ac magnetosusceptometer)，試劑為取自山羊的抗體（anti-CRP）與分散於水中的磁性奈米粒子(magnetic nanopartical)結合而成的磁性流體。實驗中我們將分別從裝有血清中的CRP與純CRP溶液的瓶裡各取出100μl之量；濃度從0.1~30(0.1,1,5,10,20,30) mg/l做為檢測樣品加入500μl試劑中並放入混頻交流磁導率計裡量測，藉由歸一化混頻交流磁導率χac減量之方法對不同濃度之血清中的CRP與純CRP溶液所作出曲線，並以兩曲線做比較來驗證磁性標記混頻交流磁導率計對量測帶有顏色的樣品，其準確性並不受影響。 初步的實驗結果顯示，磁性標記混頻交流磁導率量測法其敏感度確實具有與目前的酵素連結免疫吸附分析法相匹敵，但準確性絕對可以超越它。未來若能充分運用將會是非常具有前瞻性的。 關鍵詞：C-反應蛋白、磁性奈米粒子、免疫散射比濁法、酵素連結免疫吸附分析法、磁性標記、混頻交流磁導率計Item 磁性奈米粒子應用於基因轉殖之可行性研究(2006) 劉璟衡本研究利用具有超順磁性磁性奈米粒子，應用在基因轉殖上，期能發展出比現行基因轉殖方法更有效率的轉殖方式。 參考傳統使用正電荷微脂粒（Liposome）達成基因轉殖方法，為利用基因本身為負電性，而使用帶有正電荷的Liposome，藉由正負電荷間的吸引使兩者成為一個複合體。而本實驗則設計加入磁性粒子，將磁性粒子與基因藉由正電荷Liposome的包裹形成一複合體，並在外加磁場吸引下，快速通過細胞膜進入到細胞核，達到基因轉殖的目的。相對於傳統上使用正電荷Liposome，是靠著與細胞膜表面的負電荷相吸引黏著在細胞表面，再藉由細胞胞飲作用來將基因帶入細胞。使用本實驗室的方法與之相較，則有轉殖過程速度快，與帶入的基因量大的優點，此可由初步的實驗成果證明之。Item 使用磁減量免疫檢測方法進行 多重肝癌指標蛋白之檢測(2013) 錢宏旻現今是以Alpha-fetoprotein(AFP)針對肝細胞癌的高危險族群做為肝癌篩檢的指標，約 70% 的肝癌患者AFP 會明顯上升；但由於AFP只有70%的檢測率，對於我們想要早期發現早期治療尚有難度，因此我們希望利用更多種的肝癌指標蛋白來做檢測，藉此可以提高肝癌檢測的靈敏度。 在此研究中我們將Alpha-fetoprotein(AFP),Glypican3(GPC3),Des gamma carboxy prothrombin(DCP) 等抗體與磁性奈米粒子結合，形成具有磁性生物標記(magnetic bio – marker)之三種不同肝癌指標之磁性試劑(magnetic reagent)；同時我們也開發出將AFP、GPC3、DCP三種抗體混合後在將混合抗體與磁性奈米粒子結合形成新的披覆多重抗體試劑(Multiple Coating)；最後，再利用本實驗室所研發之磁減量檢測法(Immunomagnetic rednction ; IMR)以及顯微鏡以及ELISA等實驗器材，探討磁性試劑的特性，並與臨床檢測常用的酵素連結免疫吸附分析來進行比較；以及利用混合試劑量測混合標準抗原，探討其檢測標準值。