未來為電機技術與生物醫療技術整合，將讓資訊科技進入嶄新的應用領域，本 段僅對數位微流體晶片、Implantable ICs 等硬體晶片作探究；Biochip 相關之生物 醫療的應用，待第五章中另有討論；生物感測器的材料部分，請參閱下章 Materials。
[2.29~2.34]
2.6.1 數位微流體晶片
第一代的微流體晶片是連續流動式的晶片。雖然這種晶片足夠處理許多生 物化學(Biochemical)的應用，它也含有許多的缺點。例如，此種晶片沒有很好 的延展性(Scalability)。並且，製造完後就無法改變的特性大幅降低它的可重組 性(Reconfigurability)和容錯(Fault-tolerance)能力。跟第一代微流體晶片相比，數 位微流體晶片有下列幾項優點：
— 可程式化(Programmable)，軟體導向(Software-driven)。所以針對不同的應 用有很高的彈性(Flexibility)。
— 無通道(Channel-less)的架構，可以輕易的由軟體來重組 (Reconfigure) 整 個 系統。
— 利用業界的標準電路控制版(Printed circuit board; PCB)來製造，所以可以生 產低成本的晶片。
— 小型、低成本，以及有效利用能源(Energy-efficient)的控制電路。
鑑於以上的優點，數位微流體晶片是一個非常有潛力的新興科技。在不久 的將來，相信會成為微流體晶片這個類別的主流。重 要 的 應 用 價 值：生命科 學、化學、環境、糧食以及消費性貨物，更說明了生物晶片的重要性。
2.6.1.1 生命科學應用
生物晶片最主要的優勢是可以平行的處理大量的資料。例如，一個 DNA 晶片可以同時偵幾萬個 DNA 的片段。這種特性很適合用來作藥劑的 檢測。生物晶片可以應用於大量的藥物檢測並且縮短新藥開發的時間與成 本。
樣本檢驗是臨床醫學上很重要的一環。傳統上，樣本是統一集中在某
個部門或是實驗室來作檢測。這樣子的作法會增加運輸上的時間與成本。
另外，樣本的量也會增加檢測所需的時間。生物晶片可以完全改變傳統的 檢測方法。由於不需要一個統一的檢測中心，可以省下運送所花費的時間 與成本。另外，由於可以控制樣本的量，檢測的時間可以大幅度的降低。
整個檢測流程所需的時間可以縮小到不超過 15 分鐘。生物晶片也可以提供 重點照護檢驗(Point-to-case)。使得疾病的檢驗可以在很短的時間內完成，
對急診室和減少醫療資源的浪費都有幫助。未來，生物晶片大量應用在臨 床醫學上將是不可抵擋的趨勢。生物晶片的發展也會產生新的醫療器具。
例如，控制流體的技術可以應用在藥物傳送(Drug delivery)上面。在現存的 可植入人體積體電路(Integrated circuit; IC)中，利用流體傳送藥劑的動力和 阻力，我們可以更精確的控制劑量的大小。這種方法可以減少能源的消耗 以增長電池的壽命。
微流體晶片最大的優點之一是微小化。因此，微流體晶片式的手提型 醫療裝置成為可能。例如，未來有可能發展出類似星艦迷航記(Star Trek) 中醫療用的三度儀(Tricorder)。三度儀是一個手持裝置，裡面有一個生物探 測器(biosensor)和一個電腦。三度儀主要是可以幫助醫生來檢驗疾病或收集 病人的資訊。另一個可能是可以利用手提的生物探測器來檢驗出導致病情 的細菌或病毒。醫生或藥局就可以利用這些資訊來作診斷或是開藥。
2.6.1.2 環境應用
因 為 微 小 化 和 高 感 度 性 ， 生 物 晶 片 可 以 用 來 當 作 環 境 的 監 視 器 (monitor)。主要是利用液珠來偵測空氣中有毒的物質或是其他的生物樣本。
2.6.1.3 消費性商品應用
生物晶片的技術可以應用到其他的領域，像是消費性電子。例如，控 制流體的技術可以應用在噴墨印表機的噴頭上。當需要大量列印時，可以 增加列印的速度。另外一個例子是改良傳統的產品。例如，鋼筆(fountain pen) 可以經由生物晶片的技術加以改良，使其不會因為太久沒用而難以書寫，
或是因為壓力差太大而導致漏水。除此之外，可以藉由溫度或壓力會影響 流體的速度和體積來偵測溫度或是壓力的改變。這種方法主要的好處是可 以減少加熱器所要花的功率以及減少偵測的時間。
微流體晶片的一個特性是溫度越高，流體的速度越快。因此，數位微 流體晶片也可能被運用來當作降溫器(cooler)。液珠由四周的生成器生成，
流經積體電路的各個角落然後返回。因為液珠的行進速度正比於溫度，所 以較熱的地方速度較快，可以更快速的把熱散掉，達到降低積體電路平均 溫度的效果。
2.6.2 植入式晶片( Implantable ICs etc.)
結合積體電路的新興醫療技術，主要提供三大功能：用來治療(Treat)或是 減輕(Relief)因為接受醫療所帶來的不便；監視身體的情形並利用藥物來使身體 達到特定的狀況；類神經裝置(Neural prosthetic devices) (細節請參見第五章生 醫技術)。未來可改良的空間建議如下:
2.6.2.1.1 漏電率
在進入奈米時代(Nano-era)之後，漏電功率(Leakage power)將會主宰 電路元件的整個電源消耗，這對於可植入式積體電路是一個更加嚴重的問 題。傳統上降低臨界電壓(threshold voltage)的作法會增加波極漏電流(Gate induced drain leakage)的量。因此，降低臨界電壓的作法會到達一個瓶頸。
如何更有效的降低漏電功率的消耗會是一個重要議題。
2.6.2.1.2 可靠性
因為植入體內和長生命時間(Life time)的特性，可植入式積體電路對 可 靠 度 有 很 高 的 要 求 。 例 如 ， 負 偏 壓 溫 度 不 穩 定 性 (Negative bias temperature instability; NBTI)會增加 P-通道電晶體(P-channel transistor)的 臨界電壓。在可植入式積體電路這種低供應電壓(Supply voltage)的裝置 中，會產生很嚴重的可靠度問題。
2.6.2.1.3 差異性
對於數位電路，傳統積體電路的需求是速度第一，面積次之，耗電量 最不重要。但是對於可植入式積體電路來說，這三者的重要性剛剛好相 反。因此，目前的單元資料庫(cell library)需要針對可植入式積體電路來 作調整。例如，我們可以使用最小面積的單元(cell)達到同樣的功能。
2.6.2.1.4 散熱性
散熱也會是可植入式積體電路的一個問題。對於植入人體的系統，人 體內的循環可能不足以帶走可植入式積體電路所產生的熱量。特別是運作 時間大於休眠時間的裝置，像是植入式電子視網膜。
2.6.2.1.5 整合性
被動元件 (passive component)的整合也會是挑戰之一。例如，在最小 和最大負載(load)差異很大的裝置，為了減少電源消耗，通常只會供應平 均電流。這時，浪湧(surge)就由儲存電容(storage capacitor)來提供。因此，
一個可以整合這些被動元件且不增加面積的封裝方法將會是未來所需的 新技術。
配合未來 20 年日漸成熟的技術，我們也淺略探究兩個可植入式積體電路 未來可能的發展趨勢：
2.6.2.2.1 無線通信的結合
無線通信會是未來可植入式積體電路的主流。這種技術有兩大好處。
第一，可以利用無線傳輸傳送電力到可植入式積體電路中，因此可以大大 的增加可植入式積體電路的壽命。第二，無線通信有許多的好處。例如，
人體內的資訊可以經由可植入式積體電路收集，然後利用無線通信的技術 傳給外部的接收器。這些資訊可以當作醫生醫治的判斷或是當作回饋的依 據。另外，無線通信也可以用來更新可植入式積體電路。系統改善的時間 可能非常迅速，每幾年就會產生新的解法。一種可能是在體內植入可重組 (reconfigurable)的可植入式積體電路，然後利用無線通信來作更新。一個 很有趣的機會是手機也許可以融合於整個醫療科技之中。手機幾乎是每個 人的隨身必需品。因此，手機非常適合用來接受被可植入式積體電路收集 而來的資料。手機也可以當作一個控制器，傳送指令給人體內的可植入式 積體電路。
2.6.2.2.2 電源改善
可植入式積體電路最主要的限制即是利用電池供應電力。怎樣延長電 池的壽命或是甚至不需要電池來供應電流會是將來很重要的發展趨勢。一 種可能是利用可充電的電池定時充電來延長壽命。另外一種是利用外部的 環境來製造電源。例如，可以利用人體內的溫度或是利用人體的運動來發 電，以達到幾乎永久的壽命。