奈米科技的發展，已經改變了人類的視野。近年來，『金奈米』於生醫科技的研究方興未艾，就是因為科學家發現，當化學分子切割成以奈米量測的大小時，其性質可能大大的改變。科學界用『奈米金』做為癌症治療、癌腫瘤偵測、等等的研究，再再令人大開眼界。一般來說，病毒尺度約在二十奈米至三百奈米之間，原子尺度約是0.1奈米的大小，植物與動物的細胞，就在10微米與100微米之間(1微米為1000奈米，圖一)。目前，科學界賴以由質量來分析檢測的質譜儀，僅能於十奈米以下的物質有效，因此，若要量測這些奈米物質於細胞內的效果，市面上的質譜儀就有見樹不見林的遺憾!

圖一

本中心『物理與資訊基因體學』專題研究團隊，在『質譜儀技術』的研發，素有專精。本月份，在化學研究領域屬頂尖的化學期刊 (Angewandte Chemie)於其Communicastions 版面，刊載特聘研究員暨中心主任陳仲瑄博士，及本中心的合聘研究員，國立東華大學物理系彭文平博士，所合作領軍研發，證明其突破性質譜技術，不但可以量測細胞的質量，更可以用於非金屬粒子的定量檢測。

早在2007年，包括陳仲瑄、彭文平、陳鈴津、及原分所張煥正、物理所朱明禮等人之團隊，已經合作研發出新型的質譜儀，可以測量細胞的質量以及所帶的電荷數，簡稱為CMS，(Charge-Monitoring Mass Spectrometer)，又簡稱細胞質譜儀(Cell Mass Spectrometer) 。這一次，研究小組要進一步的確認，該CMS 可以用來間接量測奈米、微米級的物質。

由於基因體中心有跨領域研究的優勢，因此，在與於轉譯醫學研究素有心得的陳鈴津特聘研究員團隊的合作之下，可取得關鍵性的活細胞。首先，研究人員取得單一類細胞的質量的統計分配圖，用以確定這類細胞的質量定量，也就是說，該類細胞的質量應該不超過這個分布圖的範圍(圖二)。

接下來，研究團隊希望探討的是，如果可以測量生物細胞的質量，是不是也可以用來量測，當某些藥物以奈米粒子作為載體時，在它們進入細胞體內時，其所造成細胞質量的改變？以及，能否定量量測其數目?

已知的一個現象是，金奈米顆粒(Gold Nano Particles)會被活體細胞吞噬。近年來，科學家利用這個特性，配合螢光劑，使用在偵測生物體內分子變化的過程。金奈米顆粒已經有專業方法量測其被細胞吞噬的數量。研究人員取得多種不同直徑大小的金奈米顆粒後，將之與一種活細胞，同置於培養皿內。實驗結果發現，經過十五小時後，這些細胞內的金含量不再明顯增加，即達到飽和的狀態，而且這些細胞仍然是活著的。

經過反覆的驗證，實驗結果顯示，從30奈米到250奈米大小的金顆粒，都會被吞噬；而且可以測出每單顆細胞吞噬金奈米顆粒的數量。同時，相同為球形的聚苯乙烯(Polystyrene)奈米粒子，經過細胞質譜儀的實驗量測，同樣也有被吞噬的現象。也就是說，雖然單個生物體內，同一型的細胞，因為該細胞的年齡、健康狀態，而有大小及質量的分別，但是，它們對於球形奈米顆粒都有明顯吞噬的現象。

這個發現很重要，因為目前的奈米科學研究，已經可以把各種藥物包裹在極小的奈米粒子上，然後送到活體內。然而，要如何驗證這些奈米級的粒子會被細胞吸收呢？在這個實驗裏，如果要檢視，到底這些細胞在十五小時後，會吞噬多少個奈米金粒子，可以使用一種商業質譜儀，稱之感應耦合電漿質譜分析儀(ICP-MS)。然而，利用ICP-MS作測量，首先須將細胞與金粒子先用王水溶解為金原子溶液，然後，再置入儀器內測量。

我們運用CMS及ICP-MS，量測奈米金粒子的吞噬數量。發現ICP-MS或CMS均可測出相同的細胞吞噬奈米金粒子的吞噬曲線。不過，運用ICP-MS，要經過5個步驟，而用CMS只需要2個步驟(圖三)。以所花費的時間而言，前者為後者的5 倍。

我們更近一步，運用CMS量測細胞吞噬『非金屬』的奈米物質，也能測出單顆細胞的吞噬量，這個實驗結果是ICP-MS所無法達成的。

更重要的是，CMS是測量細胞質量變化的差異，而換算細胞所吞噬奈米粒子的數量，它就沒有物理性質的限制，也就是說，任何奈米尺度的物質，都可以用細胞質譜儀做量測，這些奈米物質，包括奈米光觸媒、奈米碳管、奈米鑽石、病毒、膠束(micelles) 、微脂粒(liposomes)、人工聚合物等等(圖四)。奈米粒子被廣泛地應用於藥物傳遞的研究，因為它能增加藥物進入癌細胞內的濃度，同時避免造成正常細胞的毒性，藉由修飾特定的受體，更能減少藥物傳遞阻力。另外，奈米光觸媒(TiO2)能分解有機物與具超親水性的性質，所以具有抗菌、防污、除霧、脫臭、淨水、抗癌等功用。但是，若其被人體的表皮細胞過量吸收，卻可能會有不良效果。使用CMS做為量測分析工具，將能回答藥物是否能成功進入細胞內及其濃度的定量。同時，奈米光觸媒是否會進入表皮細胞，及其數量，也都不再是黑箱的猜測了。

圖四

本研究論文的第一作者，博士研究生林煥彰表示，『這個研究，可以加速的量測細胞的質量變化，包括細胞病變、細胞吞噬外來物質所造成的質量變化等。細胞質譜儀在醫學應用上有可能會是相當重要的工具。研究人員將繼續與生物相關的研究人員合作，研發更精密與方便的量化分析方法，期待帶給生技研發更好的研究與檢驗工具。』

陳仲瑄老師實驗室的研究目標，在於研發可直接量測奈米尺度的物質，例如：病毒粒子。中研院基因體中心著力於質譜儀技術的研發，希望能發展商業用的質譜儀，達到質量量測的範圍可以包含全質量區域（Full Mass Range）的境界。