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Anti-CEA-functionalized superparamagnetic iron oxide nanoparticles for examining colorectal tumors in vivo
(2013) Huang, Kai-Wen; Chieh, Jen-Jie; Lin, In-Tsang; Horng, Herng-Er; Yang, Hong-Chang; Hong, Chin-Yih
Assaying Carcinoembryonic Antigens by Normalized Saturation Magnetization
(2015-07-03) Huang, Kai-Wen; Chieh, Jen-Jie; Shi, Jin-Cheng; Chiang, Ming-Hsien
Abstract Biofunctionalized magnetic nanoparticles (BMNs) that provide unique advantages have been extensively used to develop immunoassay methods. However, these developed magnetic methods have been used only for specific immunoassays and not in studies of magnetic characteristics of materials. In this study, a common vibration sample magnetometer (VSM) was used for the measurement of the hysteresis loop for different carcinoembryonic antigens (CEA) concentrations (Φ CEA) based on the synthesized BMNs with anti-CEA coating. Additionally, magnetic parameters such as magnetization (M), remanent magnetization (M R), saturation magnetization (M S), and normalized parameters (ΔM R/M R and ΔM S/M S) were studied. Here, ΔM R and ΔM s were defined as the difference between any ΦCEA and zero Φ CEA. The parameters M, ΔM R, and ΔM S increased with Φ CEA, and ΔM S showed the largest increase. Magnetic clusters produced by the conjugation of the BMNs to CEAs showed a ΔM S greater than that of BMNs. Furthermore, the relationship between ΔM S/M S and Φ CEA could be described by a characteristic logistic function, which was appropriate for assaying the amount of CEAs. This analytic ΔM S/M S and the BMNs used in general magnetic immunoassays can be used for upgrading the functions of the VSM and for studying the magnetic characteristics of materials.
Development of an ultra-high sensitive immunoassay with plasma biomarker for differentiating Parkinson disease dementia from Parkinson disease using antibody functionalized magnetic nanoparticles
(2016-06-08) Yang, Shieh-Yueh; Chiu, Ming-Jang; Lin, Chin-Hsien; Horng, Herng-Er; Yang, Che-Chuan; Chieh, Jen-Jie; Chen, Hsin-Hsien; Liu, Bing-Hsien
Abstract Background It is difficult to discriminate healthy subjects and patients with Parkinson disease (PD) or Parkinson disease dementia (PDD) by assaying plasma α-synuclein because the concentrations of circulating α-synuclein in the blood are almost the same as the low-detection limit using current immunoassays, such as enzyme-linked immunosorbent assay. In this work, an ultra-sensitive immunoassay utilizing immunomagnetic reduction (IMR) is developed. The reagent for IMR consists of magnetic nanoparticles functionalized with antibodies against α-synuclein and dispersed in pH-7.2 phosphate-buffered saline. A high-Tc superconducting-quantum-interference-device (SQUID) alternative-current magnetosusceptometer is used to measure the IMR signal of the reagent due to the association between magnetic nanoparticles and α-synuclein molecules. Results According to the experimental α-synuclein concentration dependent IMR signal, the low-detection limit is 0.3 fg/ml and the dynamic range is 310 pg/ml. The preliminary results show the plasma α-synuclein for PD patients distributes from 6 to 30 fg/ml. For PDD patients, the concentration of plasma α-synuclein varies from 0.1 to 100 pg/ml. Whereas the concentration of plasma α-synuclein for healthy subjects is significantly lower than that of PD patients. Conclusions The ultra-sensitive IMR by utilizing antibody-functionalized magnetic nanoparticles and high-Tc SQUID magnetometer is promising as a method to assay plasma α-synuclein, which is a potential biomarker for discriminating patients with PD or PDD.
Dual-imaging model of SQUID biosusceptometry for locating tumors targeted using magnetic nanoparticles
(2015-02-12) Chieh, Jen-Jie; Huang, Kai-Wen; Lee, Yi-Yan; Wei, Wen-Chun
Abstract Background For intraoperative imaging in operating theaters or preoperative imaging in clinics, compact and economic integration rather than large and expensive equipment is required to coregister structural and functional imaging. However, current technologies, such as those integrating optical and gamma cameras or infrared and fluorescence imaging, involve certain drawbacks, including the radioactive biorisks of nuclear medicine indicators and the inconvenience of conducting measurements in dark environments. Methods To specifically and magnetically label liver tumors, an anti-alpha-fetoprotein (AFP) reagent was synthesized from biosafe iron oxide magnetic nanoparticles (MNPs) coated with anti-AFP antibody and solved in a phosphate buffered saline solution. In addition, a novel dual-imaging model system integrating an optical camera and magnetic scanning superconducting-quantum-interference device (SQUID) biosusceptometry (SSB) was proposed. The simultaneous coregistration of low-field magnetic images of MNP distributions and optical images of anatomical regions enabled the tumor distribution to be determined easily and in real time. To simulate targeted MNPs within animals, fewer reagents than the injected dose were contained in a microtube as a sample for the phantom test. The phantom test was conducted to examine the system characteristics and the analysis method of dual images. Furthermore, the animal tests were classified into two types, with liver tumors implanted either on the backs or livers of rats. The tumors on the backs were to visually confirm the imaging results of the phantom test, and the tumors on the livers were to simulate real cases in hepatocellular carcinoma people. Results A phantom test was conducted using the proposed analysis method; favorable contour agreement was shown between the MNP distribution in optical and magnetic images. Consequently, the positioning and discrimination of liver tumors implanted on the backs and livers of rats were verified by conducting in vivo and ex vivo tests. The results of tissue staining verified the feasibility of using this method to determine the distribution of liver tumors. Conclusion The results of this study indicate the clinical potential of using anti-AFP-mediated MNPs and the dual-imaging model SSB for discriminating and locating tumors.
The magnetic-nanofluid heat pipe with superior thermal properties through magnetic enhancement
(2012) Chiang, Yuan-Ching; Chieh, Jen-Jie; Ho, Chia-Che
光與磁造影之超導生醫磁導儀應用於探討肝腫瘤的標靶造影
(2015) 李宜諺; Li, Yi-Yan
現今醫學影像方面如斷層掃描、核磁共振造影、X-Ray，都具有高解析度的斷層影像，但因為維護價格高與屏蔽系統需要夠良好，所以，往往只有大型醫療機構擁有。為了增加靈敏度與專一性，批覆生物探針的奈米粒子已成為主流，利用批覆胎兒蛋白(Alpha-fetoprotein,AFP)抗體、批覆去羧機凝血脢原(Des gamma carboxy prothrombin,DCP)、批覆酯肌醇蛋白聚醣3(Glypican-3,GPC3 )抗體的磁性奈米流體，注射於癌鼠做標靶實驗，並開發出光學與磁學雙模式的超導磁導儀檢測磁性奈米粒子的交流磁化率。本實驗除了用磁導儀對注射磁流體試劑的癌鼠進行檢測，利用核磁共振造影與肝臟五葉個別量測的一致性證實了磁導儀可行性。因此，未來病患可注射批覆抗體的磁性奈米粒子試劑後進行活體篩檢，如果有腫瘤症狀，需要進一步確認再進行高額的其他檢查，減少民眾負擔。
全自動、直立式、智能分選廢紡／塑膠機
(2024) 何新一; Ho, Hsin-I
具磁性/導電性的鎵基生物相容粒子之研製、特性探討、動物試驗
(2021) 陳廷沅; Chen, Ting-Yuan
惡性腫瘤又稱作癌症，在近年來成為伴生動物的主要死亡原因之一，且國人罹患癌症導致死亡的比例也是居高不下；癌症是細胞的不正常增生，這些增生會藉由體內的循環系統與淋巴系統，進而轉移到身體其他部分，令患者異常出血與慢性咳嗽，嚴重可能導致死亡，而治療方法主要以手術治療、放射線治療、化學治療等，但產生的副作用較多，這些副作用甚至會加深患者的疾病。近年來學者們致力研究熱消融之技術，為了改善侵入與非侵入性手術所帶來的副作用與危險性，但目前熱銷融技術須克服因組織吸收而限制加熱的深度，以及高強度聚焦超聲雖然深度足夠，但會引起皮膚灼燒的副作用。本研究藉由液態鎵與氧化鐵(Fe3O4)結合成新型態的複合粒子，用交變磁場感應加熱的方式來使鎵基磁粒子升溫，以熱燒灼的方法達到治療癌細胞腫瘤的目的，而氧化鐵(Fe3O4)則讓鎵基磁粒子帶來良好的磁控性，讓治療上有局部治療與指引的功能性。鎵基磁粒子的配置上是由多顆氧化鐵(Fe3O4)聚集，並藉由液態鎵作為其黏合劑沾黏在多顆氧化鐵中，合成後與液態鎵、氧化鐵(Fe3O4)進行感應加熱實驗，比較本研究對於鎵基磁粒子的升溫趨勢與產熱效果，並量測磁滯曲線來確認鎵基磁粒子的磁性。量測結果顯示鎵基磁粒子在合成後其磁性降低，但仍可以藉由其磁性進行吸附與吸引，並藉由調整加熱時間與磁場就可以達到控制熱治療的範圍與效果。動物實驗的部分，將鎵基磁粒子注射至腫瘤內的產熱溫度雖無液態鎵高，但其熱銷融的穩定性及定位性遠勝於液態鎵。
創新聲波式振動樣品磁量儀開發
(2016) 葉仁超; Ye, Ren-Chao
本論文系統之基礎是建立於振動樣品磁量儀(VSM)的基本原理上，並使用Halbach array磁鐵環取代傳統電磁鐵與頻率為1750 Hz之音波振盪所結合而成的創新型振動樣品磁量儀。另外我們也進一步將系統整合並縮小空間要求，在材料選擇方面我們選用了PLA這種無磁性的材料，希望減少外來雜訊影響，樣品選擇使用微量離心管(Eppendorf tube)作為容器並設計樣品區使之容易替換，減少更換樣品必須清洗，甚至樣品殘留時影響訊號的麻煩。該系統成功應用於軟磁檢驗、高鐵票檢測、磁性奈米流體檢驗、磁性標記免疫檢測。
可模組擴充的電池爐之探究
(2023) 林宸光; Lin, Chen-Kuang
自製可模組擴充的電池爐之整體架構，包含高穿透導熱材料、電子電路、可充放電的21700鋰電池模組，和可擴充的奈米碳電熱陶磁管爐體。奈米碳電熱陶磁管的紅外線因其穿透特性，不需熱傳介質，有著良好的熱效應，且其本身具有極高的熱電轉換效率，可以節省大量功耗，是值得選用的熱電元件。本論文可擴充電池爐中的單體爐使用透過凹槽實驗所得到最佳增大紅外線管發熱範圍之模具進行製作能大幅增大我們的發熱範圍。自製與市售各式電爐進行烹飪結果的比較，透過固定重量的液體混固形物、相同的鍋具、並在相等瓦數下烹煮，透過紅外線熱像儀成像和熱電耦量測數值可得,自製可模組擴充的電池爐烹煮效果比起市售電爐是相等或更勝一籌的結果。
四通道磁減量量測系統
(2016) 白穗生; Pei, Sui-Sheng
免疫檢測方法有許多種, 像是酵素免疫分析法、磁性標記免疫檢測法…等; 而本研究所採用的磁磁性標記免疫檢測法具有較高的靈敏度高，且操作容易、樣品的準備較簡單，具有相當大的優勢。但是本方法的檢測需要持續的量測約四至五小時，導致樣品檢測的效率太差。為了改善此缺點，增加可同時檢測的樣品數量，提高檢測效率。因此，本論文將進行四通道磁減量量測系統的開發並驗證系統的電路特性。交流混頻磁減量系統包含兩個信號源、激發與接收線圈組、訊號處理電路信號與訊號擷取裝置，之後再透過軟體分析出混頻的訊號強度，監控磁減量反應時，混頻訊號的變化，作為免疫檢測的判讀使用。因為本論文將開發四個通道檢測系統，而一般的函數波產生器無法同時驅動四個線圈，因此，使用自製的功率放大電路，將函數波產生器所產生的激發訊號，透過電路放大後，提供至激發線圈，已產生激發磁場。在訊號處理部分，我們採用相位與強度調整的方式，抵消18050Hz 的背景訊號，以提高訊號可放大的動態範圍，將能提高系統的信噪比。經系統架設完成後，初步完成四通道磁減量量測系統的測試，其中兩個通道的訊雜比已可達35.5與67，符合磁減量分析儀的檢測標準。然仍有兩個通道待改善, 未來將儘速檢視基板查有無弄錯零件或是接錯線, 使基板功能正常, 早日將此研究完滿結案。
多波段紅外線的高反射材料研製暨其應用在粉碎泌尿道結石的可行性探討
(2022) 李柏寬; Li, Po-Kuan
現代人面對著許多各式各樣的壓力，使得人們被多種疾病纏身，其中泌尿道結石在台灣被譽為最常見的泌尿道疾病之一。本研究開發一種高反射材料，能夠反射多波段之紅外線，配合本實驗室發現出一種創新前瞻的微小黑體輻射體-奈米碳，並配合多波段紅外線的設備結合成反射腔體，使能量可以往特定的方向引導、收束，並加強對物質的加熱及灼燒能力，減小熱能對人體與電氣設備影響的可能性並應用在粉碎泌尿道結石之可行性探討。本研究開發一種擁有多波段之紅外輻射熱能的陶瓷奈米碳加熱體，與其他相近之技術雷射相比有著較優良的發射轉換效率上。實驗中所提出的陶瓷奈米碳加熱體有相對寬廣之波段，後者本身因原理不同而以單一波段為主，但在條件相同的比較中，我們發現能對單一物質帶來更好的熱能輻射破壞。本研究開發的多波段紅外線之反射腔體，應用在粉碎自製結石上有著卓越的效果，但在實際應用於草酸鈣結石中，實際粉碎能力尚可但並不完美。因此在未來的製程上須考慮更多實際因素，方可取得更良好的應用成果。
大數據分析應用於蘭花病毒檢測技術
(2018) 李冠潔; Lee, Kuan-Chieh
臺灣為世界主要蘭花出口國之一，種類繁多，但因其觀賞性質，若受病毒危害會影響外觀、降低價值，會造成農民的重大損失。現今檢驗方法包括逆轉錄聚合酶反應(Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction, RT-PCR)、酵素連結免疫吸附分析法(Enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)等等，皆耗時、需耗材且需專業人士操作，並需採集植物檢體檢測，傷害植物本體，作為觀賞性植物，若傷害到葉片，便失去了其商業價值。本技術結合蘭花光譜資訊，以數據分析蘭花是否含有病毒，以非侵入式且無耗材之方式收取光譜資訊後，建立資料庫並作數據分析。目前以三種演算法分析結果，分別是貝氏分類法、感知器模型、支援向量機，準確率分別是57%、59%、64%，將來還會再提升準確率，優化演算法。
射頻灼燒術之熱治療區域調控技術開發
(2017) 邱逸柏; Chiu, Yi-Po
射頻腫瘤灼燒術(Radio Frequency Ablation,RFA)與化療栓塞(Transarterial Chemoembolization, TACE)是在肝癌治療中常見的治療手段，但RFA治療的有效治療區有限，此篇論文著重於使用液態金屬與Lipiodol栓塞後對於治療區域的改變進行研究，並以實際實驗驗證comsol模擬的方式進行，先確認模擬模型正確在針對不同情況進行模擬。
小型光學震動分選站以高流量魚鬆中的細微魚刺為例
(2023) 陳晨光; Chen, Chen-Kuang
魚鬆是我們日常中常見的食物用途廣泛，它經常被用在米飯、粥、包子、糕點和三明治等菜餚的配料或餡料上。它是由魚肉經過切塊、醃漬、烹飪、切絲、乾燥等等所製成。在這些處理之中還得處理一個問題:就是從一開始就與魚肉形影不離的魚刺，雖然不小心吃到魚刺是很常見的事情，也通常不會造成重大傷害。然而，根據魚刺的大小和卡住的位置，它可能會引起腸胃或是消化道的不適或輕傷，如果嚴重的話甚至有卡在喉嚨並導致窒息的風險，這些都會十分影響人購買以及食用魚鬆的意願。本篇論文從排除魚鬆中的魚刺這個前提結合了工業4.0(關於工業4.0在研究背景的部份會提到)的自動化概念:以設計出能夠在產線中使用的治具為目標從使產線作業人員能夠方便入料、接著透過震篩的概念、使用UV光來激發出魚鬆中魚刺的螢光再讓感測器與高速相機進行影像辨識、接著進行自動排除、到最後將沒有魚刺的魚鬆出料。期望整套系統能夠透過機構設計、軟體、硬體的相互配合、光學鏡頭辨識達到80%以上的魚刺辨識率與排除率，並真的能夠應用於產線上，使魚鬆的生產更為順利。
數據整合與數學運算：實現不同精度數據的無縫融合
(2023) 陳儒楷; Chen, Ju-Kai
本論文針對研究連續性但不同精度的數據做無縫融合，其主要是透過數據整合和數學運算技術實現了不同精度數據之間的整合，並與現有常見的方法比較，例如內插法、Cubic等，對於其運算時間、運算效果、套用模型作相對比較，本篇以主成分分析(Principal components analysis，PCA)配合支援向量機(Support Vector Machine，SVM)為例子，設計在不同情境下的模型運算與套用，是如何從而提高數據整合和分析的效率及精確度。在本研究中，我們提出的方法能夠有效地提高數據整合的精確度與減少運算時間，並且能夠適用於各種不同的數據精度。透過實驗我們發現該方法能夠有效的提高數據整合的精確度與減少運算時間，相較於其他常見方法，我們所提出的方法在各個方面都取得了更好的效果，並且能夠適用於各種不同的數據精度，本論文可以應用於各種領域，例如機械學習、大數據分析、主成分分析等，提高數據處理的效率和精確度。
智慧輸液照護管理系統之開發
(2019) 陳崇威; Chen, Chung-Wei
本實驗以護理人員的立場，開發出一種光學檢測系統，使用於點滴滴速量測，主打方便、快速、即時三大訴求，大幅降低醫護人員及家屬照護的負擔。本研究使用發射二極體當作光源，搭配接收光電晶體作為接收裝置，點滴液滴形成至落下的過程中，會因為液滴經過光源，導致光電晶體接收到的電壓值有所變化，將收集到的電壓數值儲存於電腦中，透過程式進而分析點滴滴速，以及花費時間，最後將收集到的data建立資料庫。本實驗開發手機即時監控程式，透過開發板搭配低功率藍芽模組，達到無線且可遠端查看輸液速度的功能，另外開發一種快篩檢測用於藥水，透過光譜儀來檢測藥水，進而判斷其內容物以及濃度。
檢測魚刺、碎骨的光學AIoT元件-非接觸手持式與食品的碎骨和魚刺之產線精檢機
(2021) 侯嘉榮; Hou, Jia-Rong
吞食魚骨有致死的風險，並會導致刺痛。尚未開發出強大的魚骨檢測技術。魚骨的 X 射線成像僅限於生魚片和薄魚片，因為魚骨薄且密度低。同樣，魚嘴和喉嚨的光學內窺鏡檢查也受限於它們的小尺寸。針對食品中魚骨的快速檢測，本文提出了一種由成像模塊、傾斜振動板和監視器組成的食品安全工作站。在這項研究中，2 公斤魚鬆和 20 根魚骨的混合物被測試了 10 次。工作站成像模塊在紫外B激發下對鈣材料的螢光特徵表現出100%的檢測準確率和幾毫秒的採集率。傾斜振動板振動混合物以實現靜態和動態分離。然後停止振動，根據顯示器上顯示的信息手動去除成像的魚骨。在 10 次測試中有 8 次達到了 100% 的去除精度。 10 次測試需要 10-12 分鐘的總時間。擬議的工作站不僅具有篩選鈣基魚骨和斷骨的潛力，而且還具有對食物進行消毒的潛力。
生物相容的磁性/活性碳雙態奈米粒子之研製、特性探討、血管治療
(2021) 林卉凱; Lin, Hui-Kai
靜脈曲張發生的原因常因為懷孕、肥胖、長期久站、遺傳等因素，使腿部靜脈血液無法順利輸往心臟，讓腿部靜脈瓣膜承受過多的壓力，造成血液淤積於下肢靜脈。靜脈曲張會引起疼痛、雙腿無力，最嚴重的可能引發靜脈血栓的形成，甚至是肺栓塞的發生，就有致命的危險。而治療靜脈曲張或血栓的方法有許多種，其中射頻治療以傷口小和恢復期短等優點被廣泛使用。本研究藉由活性碳和磁性粒子(Fe3O4)的結合，用感應加熱的方式來使 Fe3O4升溫以熱療形態達到治療靜脈曲張和血栓的目的，而磁性粒子帶來的磁控性能讓活性碳在治療上有指引標的的功能。二合一磁性奈米粒子配置上以磁性粒子(Fe3O4)為核心，以活性碳作為包覆層包覆粒子，配置完後以磁、產熱特性量測及應用流管實驗去驗證本研究對於二合一磁性奈米粒子熱療作用的假設。量測結果顯示二合一磁性奈米粒子雖在完成配置後磁性稍微降低，但仍不影響其磁性。在熱融實驗量測前，先使用椰子油模擬血管內脂質，流道的加熱實驗結果顯示，椰子油在加熱磁場 (152Oe) 下疏通流管的時間為 300 秒，而在加熱磁場 (582Oe) 下疏通流管的時間為 30 秒，即可驗證其在靜脈流動環境中可達到熱融效果。
直流加熱體探討
(2021) 王哲鴻; Wang, Jhe Hong
自盤古開天來，火一直是人類文明生活重要的象徵，因為從餐飲到環控都需要熱能，但火的相關器具也伴隨高危險性。因此電熱已是現在生活進化的重要課題，許多新建案的炊火工具都已經全面用電磁爐、電熱水器等電熱設備取代天然氣瓦斯等傳統方式。但是電熱設備往往因加熱器的產熱效率不佳，而一直數百年來難有突破。本文比較現今電熱代表的線狀鎳絡絲，包含其不同纏繞方式，與導電粉末式。以相同或相似載體材料(陶瓷或玻璃管)時，載體體積影響被吸收而無法熱傳的熱能外，載體材質也影響熱傳方式與效益。而更關鍵影響的是電熱材料的空間分布方式，以鎳絡絲為例，相同電阻值卻因纏繞陶瓷體的方式而有明顯的溫度差異。相反的，導電式粉末的產熱效益卻受電阻值影響小，但受載體(材質、體積)影響大。而在導電粉末的載體3cm外以近紅外光譜檢測發出的電磁波，更高度吻合黑體輻射1900K的近紅外線波形，遠高於載體外表面量測的溫度~1100K，說明紅外線量測法可以克服載體隔閡量測電熱材料的溫度。而這些直流電能除了由直流供應器輸出，也可以由幾個鋰電池即可提供。