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【焦點專欄-應用科學系邱泰嘉老師】毛細管電泳研究,推動東大科學檢測技術

圖文│邱泰嘉、薛炳宏

邱泰嘉老師 簡歷

一、學歷:國立臺灣大學化學系暨研究所博士

二、開授課程:普通化學(一)、(二);化學實驗(一)、(二);奈米科學概論;奈米感測器;
  奈米生醫光電;服務學習-應科系;科學文獻導讀

三、研究專長:毛細管電泳技術開發、生物分析、奈米粒子合成與應用

四、工作與服務經驗:

  1.國立臺灣大學化學系暨研究所 博士後研究員

  2.中央研究院原子與分子科學研究所 博士後研究員

  3.國立臺東大學自然科學教育學系 助理教授

  4.國立臺東大學應用科學系 助理教授

五、歷年研究計畫:

  1.國科會:以金奈米粒子增加毛細管電泳分析胺基硫醇分子的靈敏度 (97.08.01~99.07.31)主持人

  2.國科會:開發蔬菜與水果中殘留農藥的毛細管電泳分析技術 (99.08.01~101.07.31) 主持人

  3.國科會:新穎材料開發計畫--東臺灣永續資源核心設施服務平臺 (99.08.01~99.07.31) 共同主持人

  4.國科會:線上濃縮與分離防腐劑的毛細管電泳技術的開發 (101.08.01~102.10.31) 主持人

  5.國科會:高靈敏度毛細管電泳線上濃縮與分離食品中苯甲酸和己二烯酸技術的開發
       (102.08.01~103.07.31) 國科會 主持人

  6.科技部:數種毛細管電泳預濃縮方法應用於兒茶酚胺的偵測(103.08.01~104.07.31) 國科會 主持人

六、榮譽:國立臺東大學101學年度 校級「傑出教學」教師

 

專研毛細管電泳分離技術

從臺大碩士班的學習旅途,就開始專研毛細管電泳分離技術以及生物分析。邱泰嘉老師回憶起當時毛細管電泳技術的實驗數據都是經由商業儀器的檢測而來,但商業儀器的高成本與不易維修,也間接造成研究上的限制。有鑑於此,當考上博士班時,邱泰嘉老師就已規劃加入以自行組裝毛細管電泳儀器的實驗室,作為博士班研究的主軸之一,其好處是價格便宜、可自行維修與設計上有許多彈性。四年的博士班生涯與現今的奈米技術研究有著很大的差異,十年來,奈米技術的研究已從早期的材料合成,到現今結合生醫方面的檢測與細胞影像觀察。例如:過去的奈米技術研究重點,不外乎是經由各種的方法,合成各種材料與各種形狀的奈米結構,並探討其物理、化學、光學和電學等特性。現今的奈米發展已朝向跨領域的合作,開發高靈敏度的奈米感測器,檢測重金屬、環境污染物、癌症指標分子和農藥等等。發展綠色的奈米合成技術、高螢光量子產率的與具有專一性結合的碳奈米點用於腫瘤細胞顯影等等,都是最近奈米技術發展的重點。
 

毛細管電泳技術介紹

毛細管電泳(capillary electrophoresis, CE),是近年來發展快速的分析方法之一。1981年Jorgenson和Lukacs首先提出在75 μm內徑毛細管柱內用高電壓進行分離,創立了現代毛細管電泳。1984年Terabe等建立了微胞電動力毛細管層析法。1987年Hjerten建立了毛細管等電聚焦,Cohen和Karger提出了毛細管凝膠電泳技術。1988~1989年出現了第一批毛細管電泳商品儀器。短短幾年內,由於CE具有分離速度快、樣品與緩衝溶液消耗量少、高解析度與高靈敏度等優點,因此發展非常的快速,也吸引許多分析學者投入建構分離理論。

CE是經典電泳技術和現代微柱分離相結合的產物,CE和高效液相層析法(HPLC)相比,其相同處在於都是高效分離技術, 儀器操作均可自動化, 且二者均有多種不同分離模式。二者之間的差異在於:CE用遷移時間取代HPLC中的滯留時間,CE的分析時間通常不超過30 min,比HPLC速度快;對CE而言,從理論上推得其理論板高度和溶質的擴散係數成正比,對擴散係數小的生物大分子而言,其分離效率就要比HPLC高得多;CE所需樣品量為nL (10-9 升),緩衝溶液用量也只需幾毫升,而HPLC所需樣品量為μL (10-6升),流動相則需幾百毫升乃至更多。

「CE」統指以高壓電場為驅動力,以毛細管為分離通道,依據樣品中各組分間的電泳遷移率和分配行為上的差異而實現分離的一類液相分離技術。其儀器結構包括一個高壓電源,一根毛細管,一個檢測器及兩個供毛細管兩端插入可和電源相連的緩衝溶液儲存瓶。在電解質溶液中,帶電粒子在電場作用下,以不同的速度向其所帶電荷相反方向遷移的現象叫電泳。


教學理念

教學不只是一種責任,而是令人愉快的學習時光,對邱泰嘉老師來說,大學教師的研究能量,是透過不斷學習成長與教學經驗互相輔佐而成的,對基礎科學的研究,更需要充實的訓練並對於理論扎根,邱泰嘉老師認為以引導的方式讓學生保有對知識學習思考的自主性及實作經驗累積得成就感,讓課程不僅只是點線面的構築,而是精彩豐富,內容充實。教學過程除了指定參考書籍講解,必須使用各式最新科普知識補充材料,佐以實驗,並加深課堂上的互動,深入淺出掌握同學的互動狀況,在講求重視通識教育的當今,邱泰嘉老師融合本校公民陶塑教學目標下,以如何讓科學邏輯融入人文關懷,進而取得平衡,透過開設服務學習的課程,期許教學不僅是知識技術的引導,更有謙卑的文明反思。


課程準備工作

為讓學生充分掌握科學知識內容,邱泰嘉老師每學期都會蒐集最新課程相關補充資料,自製上課投影片,除了文字敘述,也會在課程內容加上大量圖片,增加課程的深度與廣度,透過投影片的講解與講義的說明,輔助學生瞭解相關知識,並讓學生瞭解課程的重點,隨著雲端資訊化的功能輔助大量教學,每次上課的內容都會同步上傳至本校網路學園,讓學生能上線瀏覽教學內容,隨時經由E化學習,複習與討論,增加學生間的互動,提昇學生學習動機。


地方連結提供服務

來到臺東已有6年之久,對於臺東的在地服務,邱泰嘉老師有著許多的成果與期許。為了將基礎科學的觀念向下扎根,邱泰嘉老師開設服務學習課程,帶領學生與寶桑國中合作進行科學教育演示,藉由課堂腦力激盪產生教案,並讓學生實際參與對國中生講授與實驗操作指導,建立服務學習模式。臺東是稻米的故鄉,為了讓消費者能夠購買安全的米,並培養學生毛細管電泳技術應用,利用毛細管電泳技檢測臺東的稻米處理過程是否有農藥的殘留物質。雖然比不上農委會的多項檢測標準來的精密。但是藉由鼓勵學生參與實際研究,也能夠激發學生對於分子檢測及毛細管電泳技術產生興趣。此外有關防腐劑的檢測也是最近待研究發展的重點,人們在食衣住行的日常生活中,不外乎經常接觸不同的防腐劑,例如:坊間的面膜、洗面乳、沐浴乳、醬油和飲料等。因此透過毛細管電泳的分離方法,可依照學生有興趣的大小分子,發展相關的檢測技術,培養學生的實驗技巧與研究態度。


了解更多:應用科學系 邱泰嘉老師 http://epo.nttu.edu.tw/mypage/01038

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