新冠篩檢目前普遍採用聚合酶連鎖反應(PCR)核酸檢測，需透過螢光標識且耗時較久，且受限於光學解析度，若檢體中的病毒等致病因子含量太少時，便無法透過光學訊號判讀。陳啟東表示，此晶片系統所使用的核心技術「矽奈米線場效應電晶體」(silicon nanowire field-effect transistor, 簡稱SiNW-FET)，是一種半導體技術應用，以電流訊號檢測，具快速、即時、高靈敏度等特性。

此技術同時也結合分子檢測方法，將可辨識新冠病毒核酸的生物探針分子(probe)固定於SiNW-FET晶片上。當晶片偵測到檢體內含有新冠病毒核酸序列，電流訊號會上升，進而得知檢體含有新冠病毒。單次樣本檢測只需3分鐘，完整檢測包含檢體、陰性樣本、陽性樣本對照，以及人員作業時間，可於20分鐘內取得檢驗結果。

陳啟東說明，相較於PCR以光學設備進行驗證；SiNW-FET直接以電訊號檢測，利用待測物(如蛋白質、DNA等)本身的帶電特性，偵測電荷分布的改變，故能擺脫光學侷限，快速、準確測出微量分子，大幅縮短檢測時間。

晶片製程研發 超過十年心血

矽奈米線場效應電晶體近年來廣泛使用於生醫感測元件上。然而，如何整合元件並建立一套生物感測系統是一大挑戰。陳啟東對此鑽研已超過十年，從一開始在實驗室及無塵室設計和製作SiNW-FET，後來再請半導體廠代工晶片製程。

「初期的實驗失敗率很高，」陳啟東回憶，半導體場效元件有不同的製程，較常見的是金屬氧化物半導體場效電晶體 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)，而他所研發的矽奈米線場效應電晶體則不含金屬閘極，很難控制暴露於外的矽通道表面之材料性質，屢屢受挫。這十幾年來，他不斷研究測試各種形式的SiNW-FET並優化製程，以提高感測元件的性能與穩定性，迄今已研發出兩項專利，並已技轉給廠商。

跨域合作 投入新冠病毒快速檢測研發

本次新冠病毒晶片檢測系統整合「半導體製程技術」與「生物科技」等兩大領域，獲本院技轉的矽基分子電測科技股份有限公司(Molsentech)，其核心成員來自陳啟東研究團隊，且為國家生技研究園區進駐廠商，致力於半導體生醫晶片即時檢測的開發與應用。原鎖定急性腎衰竭、口腔癌等特定病症，後來因新冠疫情爆發，遂投入新冠病毒快速檢測研發，由本院陳啟東研究員提供技術協助，國家實驗研究院臺灣儀器科技研究中心進行安規前期驗證，高雄榮總執行臨床測試，攜手為臺灣與全球防疫貢獻心力。

矽奈米線場效應電晶體分子感測器的研究獲中研院及科技部補助，並與臺北科技大學蔡麗珠教授團隊合作，歷年來已發表多篇論文，近期一篇於去(2021)年刊登在國際期刊Journal of Materials Chemistry C (JMCC)，標題為： 《A dual function electro-optical silicon-field-effect transistor molecular sensor》，論文連結：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/tc/d1tc03374c

資料來源: 中央研究院