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無線奈米生醫團隊是一個長達六年的國家型整合計劃,主要目標乃是要能抓到心肌 梗塞的重要生理訊號,包括:CRP 發炎指數(即 C 反應蛋白)、心跳、血醣等生物分子,

並將這些重要的生理訊息傳輸到遠端的醫療照護體系,以達到即時監測,有效檢驗的目 的。

計畫的源起,乃是因當時具有光電量測背景的李世光教授,本身就是個發明王,個 人擁有高達 60 個以上的專利,因此對國際重要的研發動向相當敏銳;當時,他和另一 位核心成員,研究微機電的張培仁教授,看到了生醫領域的興起與重要醫療疾病的奈

米檢測市場,因此,他們一起邀集剛返國不久而具有生醫背景的林啟萬教授、專研有 機化學合成的李世元教授、與臨床醫療和檢測背景的林世明教授,籌組核心團隊。

其中,A 分項的林世明教授在台大醫學院裡的 P2 實驗室,擺放著一部部價值高昂 的原子力顯微鏡;當多數光電實驗室裡,還拿著高倍數的顯微鏡在量測「物體」,林世 明教授的 P2 實驗室裡,則是要量測頑強的病毒、細菌,是一個個活生生的「生命體」。

他的科學發展層次由靜態的物體,提升到動態的生命體。

B分項的李世元教授在淡江大學的化學實驗室裡,規模可與一個小型的化學廠相比 擬。不作零下 78 度的低溫實驗(因為要有乾冰),擅長國外大型藥廠「一鍋反應」實驗

(Barbier-type Reaction),李世元教授堅持「五個步驟以內」的化學有機合成。他的科 學發展層次,是要將複雜的化學實驗「量產化」。

C分項的林啟萬教授,在生物晶片的整合製作能力,將科學發展層次由體外的晶片 感測,發展到體內的醫療晶片設計。F 分項的呂學士教授,是國內(甚至是國際)手機 電晶體結構的重要推手,他的研發成果,長期被國內外手機業者追蹤鎖定,更是國內第 一位獲邀在 IEEE WiMax 國際會議發表專題演講的第一人。他的科學發展層次,則是在 射頻發射器(RF Transmitter)關鍵組成電路與濾波器的研發推動上。G 分項的顏家鈺教 授,在仿生機器人、精密伺服器、奈米操控、生醫訊號處理、與精密工具機系統的研發 上,展現驚人成就。他的科學發展層次正在精密的機器設計與訊號處理,並提升到機器 人的發展領域。

在 2002 年通過計畫審核後,原計畫主持人開始籌組八個分項的領導群,同時整個 團隊也歷經了第一階段的摸索期(2002 年~2004 年)、第二階段的確認研發主軸與整合 期(2005 年~2007 年),與最後階段的計畫延伸期(2008 年)。

2002-2004年:研發資源摸索期

在團隊籌組的第一階段,也就是 2002 年到 2004 年間,乃是團隊的摸索期,當時主 要有三大議題:包括檢測生理訊號的技術、無線傳輸系統的電源、以及電化學留置針。

利用抗原抗體的專一性原理,研發團隊在前三年的摸索期,終於能抓住這些 10 的

-9次方,奈米等級的生理分子,包括 CRP 發炎指數等。但是,要如何量測這些分子訊 號,卻是一大疑問。團隊曾經歷過光學、力學的量測方式,最終考量整個系統要植入人 體,應用光學與力學原理不能植入,且可見光無法移動量測等困境,而暫告一段落。最 後,在 2005 年期間,團隊回歸類似量測血醣的電化學原理,並確認主軸,在電極上接 上「分子檢測探針」,並且由負責無線電源與傳輸的 F 組傳送訊號;但是在訊號傳遞過 程,馬上面臨訊號太弱的困境。因此,如何處理電源及傳輸問題,與傳輸後生理訊號的 判讀等,就成為第二個研發階段的重要任務。而這就涉及相當多的知識整合與跨域協作 的問題。

在這一個階段的重要研發能量,是團隊在化學分子合成技術與原子力量測技術的整 合,並在 2003 年順利因應 SARS 風暴,推出學名為八氫氧基辛烷酸的「抗煞一號」,不

但成為團隊重要的研發成果與實力展現,並因此項創新,使團隊的能見度提高,有效爭 取到更多的創新資源。

2005-2007年:微機電與微奈米的技術整合期

2005年團隊確認電化學的量測主軸(由 AB 分項負責),也開啟一連串跨分項的系 統整合工程。所謂的電化學量測原理,就是一個工作電極,一個輔助電極,加上一個參 考電極,形成一個三角電極,進行生物分子的檢測,然後將訊號傳送到 F 分項的生醫無 線晶片上(Bio-Medical-Wireless,簡稱 BMW 晶片),並進行量測與後續醫療訊號的傳 輸。

「對 F 分項而言,他們關心的是怎麼量訊號,怎麼接訊號?也就是電極與電極之間 要如何進行銜接?他們並不需要知道分子探針是怎麼一回事。那些化學分子符號對他們 來說,一點意義有沒有。他們的問題是:『施加的偏壓是在哪一個電極?』」A 分項的博 士生林同學指出。

過去在 A 分項的實驗室裡,大型的商用儀器可以很清楚地量測出這些檢測到的分 子訊號;但是當這些電極、電路板,是要由研發團隊的 F 分項,自行設計一個比一圓硬 幣還要小的晶片進行訊號接收與量測時,電極的面積大小、距離遠近,就會影響到訊號 的敏感度。因此 F 分項小組特地跑到 A 分項來拆看商用儀器的電路板設計,以了解訊 號傳遞的方式與原理。

同樣的系統介面整合問題,也發生在 F 分項與後端 G 分項的訊號傳遞與判讀上。

一位 G 分項的研究生一面把玩手上的魔術方塊,一面解釋他的工作內容:

「由 F 分項接收到的訊號,如何判讀究竟是雜訊,還是有意義的生理訊號?因此,

我們得想辦法過濾掉雜訊,更要進一步比對現有的醫療資料庫,一再確認各項生理訊號 的正確性與意義。」

對 G 分項而言,F 分項的訊號傳送技術,非關至要;訊號的正確性才是重點。因此,

F分項與 G 分項的研究生,經常往返對方的實驗室,進行訊號的比對。G 分項並取得台 大醫院與國外非營利醫療單位的心跳與心電圖訊號。這就好像是拼圖一般,每一塊小圖 片,都有他的意義,但卻必須放在對的位置上,才能正確解讀。

在這個階段,團隊研發技術乃是著重在微機電技術如何應用到奈米級的生理訊號量 測與有效傳輸上。整個研究能量聚焦在生醫無線晶片(BMW)的製作與傳輸效率。團 隊將生物醫學的檢測,結合半導體製程與資訊科技的應用上,屬於極為創新的有效作 法。也因為這個重要研發的進展,團隊另外衍生出植入式電刺激晶片的應用,用來治療 慢性下背痛的病人。

2008年:研發能量精緻化

在最後一年的結案階段,團隊的各分項主要負責同仁,在總計畫辦公室的協調下,

常常必須密集「開夜車」作動物實驗,將 50 圓硬幣大小的生醫檢測晶片植入白老鼠體

內,並能順利傳輸出訊號與進行判讀,這個系統整合過程,不但耗時,實驗經費更是驚 人,往往一顆無線生醫晶片系統(BMW)的成本就高達 300 萬元,而在動物實驗階段,

常常每個月都要燒壞 1 至 2 顆晶片;計畫主持人之一李世元教授就指出:

「台灣特有的 IC 產業價值鏈,為整個無線奈米生醫技術的晶片研發,提供良好的環 境。要找到能隨時根據團隊需要進行晶片製做的企業,只有台灣的廠商與技術可以配 合。一片 BMW 晶片製造,最少價值 300 萬以上。比一部寶馬汽車還貴。」

由於主持人群中,呂學士教授與陳秋麟教授皆與國內 IC 廠商有良好的互動關係,

因此業界多願意配合團隊解決技術困境;團隊並向晶片中心申請經費,分擔高額的實驗 晶片製作費用。此外,在團隊資源有限的情況下,計畫主持人群,更善用過去的研發能 力與人脈網絡,向國科會體系、精密儀器中心、積體電路設計中心、晶片中心等,申請 經費或借用儀器。

同時,隨著結案階段的接近,團隊核心成員也開始構思無線奈米生醫晶片的商品化 途徑;在考量技術的成熟度以及實際的醫病需求後,團隊成員認為,現有無線生醫檢測 系統最適合運用在急救階段,尤其可與葉克膜體外循環系統相結合,以適時量測急救病 患的血醣、心跳、重要發炎指數的表現,這部分計畫已經與台大醫院的周迺寬醫生進行 討論;至於較長期的遠端醫療照護,仍需要很多醫療環境面的配合。另一個重要研發主 軸就是利用感測與無線電波,開發電刺激晶片。尤其國人下背痛的問題,佔國內醫療健 保資源第六位,因此,電刺激晶片的市場,事實上可能較遠端醫療照護的市場更大。

最後,在整個產業技術移轉的過程,包括醫療照護產業、生技產業、民生科技產業,

都是團隊技轉的範疇。如「抗煞一號」與國內的彩力、立弘、中美、毛寶、台唐、福懋 等技術授權;在生醫晶片檢測系統與工研院的共同開發;指向性喇叭、無線感測系統、

手持式電化學監測系統,與創盛、百奧、同致等國內廠商的合作,都可以看到團隊計畫 主持人群在產業資源的爭取與知識擴散上的努力。

因此,在這個階段,團隊的研發能量已日臻成熟而趨於精緻化,並在既有的無線奈 米生醫晶片之外,進行研發資源的重新聚焦與整合。包括 AB 分項持續針對各項高危險 病毒與細菌的有效崩解,進行研究;C 分項與 F 分項、G 分項朝電刺激晶片的應用。

AB 分項與工研院在指向性喇叭的研發合作等,都在既有研發軌道上,拓展出新的科學 領域。