今年七月華聯(lián)接受一位國(guó)際生技產(chǎn)業(yè)記者 Jens Kastner 的專訪，此篇專文(Where High Technology Meets Health, July 1, 2013)闡述了臺(tái)灣在生物芯片發(fā)展上所作的努力讓臺(tái)灣位居世界領(lǐng)先地位。文中除了介紹華聯(lián)的染色體芯片，另有介紹開(kāi)發(fā) DNA 定序芯片的奎克生技及研發(fā)植入性芯片的交通大學(xué)生醫(yī)電子轉(zhuǎn)譯研究中心。以下為Jens Kastner一文的翻譯與整理。
 
發(fā)展生物芯片，臺(tái)灣位居領(lǐng)導(dǎo)地位!  
        將人類的 DNA 或細(xì)胞組織與電子設(shè)備結(jié)合通常只在科幻小說(shuō)中才看得到，但目前在臺(tái)灣，有一些公司、政府支持的研究單位及商業(yè)聯(lián)盟正積極的要將這個(gè)夢(mèng)想成真，他們的目標(biāo)不是建造電影中的超人，而是要促進(jìn)人類健康福祉。
    「生物芯片(biochip)」是一種裝置設(shè)備的總稱，此設(shè)備將集成電路連結(jié)至有機(jī)分子或活組織上，臺(tái)灣在這方面一直是領(lǐng)先者。生物芯片在健康保健領(lǐng)域有突破性的大變革，因?yàn)樾酒�可以協(xié)助DNA定序、發(fā)掘遺傳(癌癥)標(biāo)志，使之可運(yùn)用在疾病的診斷上。臺(tái)灣分子檢測(cè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)李鐘熙博士說(shuō)：「我們利用生物芯片來(lái)發(fā)掘基因上的差異(genomic variations)，就是那些讓你我長(zhǎng)得不一樣、癌細(xì)胞跟正常細(xì)胞長(zhǎng)得不一樣的差異。」臺(tái)灣分子檢測(cè)聯(lián)盟包含了十四家專注于分子檢測(cè)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的生技公司。李博士指出：「基因分析可運(yùn)用在診斷、藥物開(kāi)發(fā)、疾病預(yù)防、治療選擇及個(gè)人化醫(yī)療。」李鐘熙博士是工業(yè)技術(shù)研究院前院長(zhǎng)，而工研院是臺(tái)灣生物芯片發(fā)展的重要推手。
    目前國(guó)際芯片市場(chǎng)仍然相對(duì)是小的，根據(jù)工研院產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)與趨勢(shì)研究中心的統(tǒng)計(jì)，2012 年，應(yīng)用于藥物開(kāi)發(fā)、疾病診斷、食品安全、DNA 定序的芯片總產(chǎn)值約 42 億美元，而預(yù)估到 2014 年會(huì)成長(zhǎng)達(dá) 59 億美元。分析師相信未來(lái) 10 年內(nèi)，生物芯片技術(shù)的產(chǎn)值將會(huì)倍數(shù)成長(zhǎng)。

下一波掏「晶」熱
    富比士雜志(American business magazine Forbes) 2011 年將基因解序視為下一個(gè)千億美金的科技產(chǎn)業(yè)，而生物芯片可以一次識(shí)別數(shù)千至數(shù)百萬(wàn)個(gè)基因，將是這波掏金熱潮背后最大動(dòng)能。目前人類單一個(gè)體進(jìn)行全基因體解序約需花費(fèi)八千美元，而且需要體積像是好幾臺(tái)大冰箱一樣的電腦運(yùn)算系統(tǒng)來(lái)完成。2006年，一家工研院的衍生公司，奎克生技(Crackerbio)推出了一項(xiàng)可以降低 DNA 定序成本及復(fù)雜度的系統(tǒng)，這系統(tǒng)包含了一個(gè)以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的芯片以及一臺(tái)只有筆記本電腦一般大的運(yùn)算系統(tǒng)，之所以不需要以往那么龐大的電腦運(yùn)算，就是因?yàn)檫@張由臺(tái)灣集成電路公司所制造的芯片完成了大部份的運(yùn)算工作。
        DNA 序列由四種核苷酸 (A,T,C,G) 排列組合而成，這四種核苷酸的排序方式，造就了每一個(gè)生命體內(nèi)獨(dú)一無(wú)二的基因密碼。目前市面上已有許多種 DNA 定序的技術(shù)，而奎克生技的定序芯片預(yù)計(jì) 2016 上市。奎克的芯片上布滿了上百萬(wàn)個(gè)微小的酵素孔(”wells” filled with enzymes)，將個(gè)人的 DNA 樣品加入芯片后，DNA 會(huì)與酵素孔反應(yīng)，接著透過(guò)雷射光激發(fā)讓四種堿基發(fā)出不同顏色的熒光，由芯片上的微傳感器讀取顏色訊號(hào)，訊號(hào)再由定序儀解讀進(jìn)行定序。參與奎克生技公司發(fā)展的李鐘熙博士指出：「芯片上的百萬(wàn)個(gè)微酵素孔同時(shí)進(jìn)行 DNA 定序反應(yīng)，讓非常龐大的基因體定序省時(shí)又省力。如此一來(lái)，每個(gè)人都擁有自己的基因定序的夢(mèng)想即可成真，而健康照護(hù)個(gè)人化的新紀(jì)元也即將啟動(dòng)�！�
        奎克的目標(biāo)是將個(gè)人化定序的費(fèi)用降低至1000 美元左右，他們相信這樣低價(jià)又快速的定序系統(tǒng)將來(lái)可以運(yùn)用在流行病控制、癌癥診斷、新生兒篩檢，以及檢測(cè)那些可被治療，但若沒(méi)有早期發(fā)現(xiàn)將造成終身傷害的疾病。李博士說(shuō)：「目前基因體定序僅能在研究中心由專家來(lái)完成，但奎克的芯片商品化后，任何實(shí)驗(yàn)室或醫(yī)療院所皆可負(fù)擔(dān)及操作，這個(gè)市場(chǎng)將愈來(lái)愈大�！�   
    臺(tái)灣分子檢測(cè)聯(lián)盟成立于 2012 年，整合十四家生技公司成員的潛能，結(jié)合各公司的長(zhǎng)處，開(kāi)發(fā)出更多應(yīng)用功能的檢測(cè)商品。多功能的商品將受到醫(yī)療院所的歡迎，打個(gè)比方，一臺(tái)可以同時(shí)檢測(cè)五種病毒的儀器，比買五臺(tái)，每臺(tái)只能檢測(cè)一種病毒的儀器來(lái)得實(shí)惠。

華聯(lián)生技
    另一家分子檢測(cè)聯(lián)盟的優(yōu)秀成員 - 華聯(lián)生技，2006 年開(kāi)始在市場(chǎng)上提供高密度微數(shù)組基因芯片的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)。跟奎克生技一樣，華聯(lián)也是工研院的衍生公司。李鐘熙博士：「看你是需要作哪方面的研究，華聯(lián)生技可以提供客制化的基因芯片、疾病芯片、稻米芯片…等等�！�
    華聯(lián) OneArray 微數(shù)組基因芯片的基材是一片2.5 公分乘以 7.6 公分的玻璃載玻片，玻片上有一層特殊的化學(xué)涂布，其上則布滿上萬(wàn)點(diǎn) DNA 探針，每個(gè)探針透過(guò)雜交反應(yīng) (hybridization) 偵測(cè)一個(gè)特定的基因或基因的一小部份；雜交完成后，芯片會(huì)被放進(jìn)熒光掃瞄儀，熒光量的差異取決于探針與目標(biāo)基因雜交的程度，進(jìn)而顯示目標(biāo)基因表現(xiàn)與否，這些基因表現(xiàn)的信息可以描繪出疾病組織中的生理訊息。以癌癥為例，正在轉(zhuǎn)移的癌細(xì)胞會(huì)存在特定的熒光訊號(hào)圖譜，當(dāng)偵測(cè)到這些特定的訊號(hào)，病患將需要更徹底的癌癥篩查。華聯(lián)生技前CEO 李圣婉博士：「放射線治療及化療都對(duì)健康細(xì)胞有很大的傷害，這表示在癌癥病患的治療中，不管過(guò)輕或是過(guò)度的治療都要避免」
    華聯(lián)的秘密武器 – 染色體芯片(CytoOneArray)，運(yùn)用在產(chǎn)前及產(chǎn)后檢測(cè)，一張芯片可以同時(shí)篩查 305 項(xiàng)遺傳變異，又側(cè)重于發(fā)育遲緩和智能障礙。這每一個(gè)遺傳疾病的發(fā)生率相對(duì)來(lái)說(shuō)都是非常小的，但全部加總起來(lái)，對(duì)健康的影響就不容忽視，舉例來(lái)說(shuō)，自閉癥這個(gè)相對(duì)常見(jiàn)的疾病，其好發(fā)率約是 1%，而 CytoOneArray 可檢測(cè)的 305_項(xiàng)遺傳變異"整體"的好發(fā)率，則提高到了 6-8%。李圣婉博士：「治療自閉癥的黃金時(shí)期是學(xué)齡前 3~6 歲，一旦自閉癥患童就學(xué)后，表現(xiàn)不被理解的問(wèn)題行為，將會(huì)造成班級(jí)或家庭中的緊張關(guān)系，這說(shuō)明了檢測(cè)的重要性。」
    華聯(lián)公司的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，是一項(xiàng)具有很長(zhǎng)名字的獨(dú)特制造技術(shù)－非接觸式熱氣泡噴墨布放技術(shù) (non-contact ink jet thermo bubble printing technology)。光這項(xiàng)技術(shù)華聯(lián)就握有近百項(xiàng)的專利，基本上這項(xiàng)技術(shù)就是將探針?lè)诺讲Ａ�片上的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程如同印刷報(bào)紙一般，每印刷一份的成本是很低的。李圣婉博士表示，華聯(lián)芯片每張售價(jià)約100美元，而競(jìng)爭(zhēng)者的芯片則將近 1000 美元或更多。
    華聯(lián)的客戶包含醫(yī)院(大部分是中國(guó)及美國(guó)) 以及一些知名的研究單位，例如美國(guó)太空總署(NASA)。NASA 的研究人員使用臺(tái)灣制造的芯片來(lái)觀察太空中及地球上兩地小鼠的基因表現(xiàn)差異。華聯(lián)的微數(shù)組基因芯片對(duì)于藥物開(kāi)發(fā)也相當(dāng)有幫助，李圣婉博士指出：「制藥公司想要知道什么基因使你得病，什么基因可以預(yù)防你得病，他們可不想找錯(cuò)基因，因?yàn)樗幬锏呐R床試驗(yàn)總要花掉他們上百萬(wàn)的經(jīng)費(fèi)。」
    華聯(lián)生技是全球唯一制造微數(shù)組芯片也同時(shí)提供樣品檢測(cè)服務(wù)的公司，李圣婉博士相信華聯(lián)可以維持其目前 60% 的營(yíng)收年成長(zhǎng)率，并且透過(guò)擴(kuò)展大陸市場(chǎng)與制藥業(yè)市場(chǎng)來(lái)增加全球市占率。歐盟最近禁止了美容化妝品的動(dòng)物試驗(yàn)，這可能帶給華聯(lián)更多成長(zhǎng)的動(dòng)能，因?yàn)樾酒�試�?yàn)提供了一個(gè)安全又有效率的選擇；李圣婉博士：「使用動(dòng)物試驗(yàn)，只能觀察動(dòng)物的型態(tài)、代謝或解剖牠的肝臟看是否有變異；但若使用芯片，則可以獲得好幾倍的信息�！�

交通大學(xué)生醫(yī)電子轉(zhuǎn)譯研究中心
      當(dāng)大部分的目光聚焦在生物芯片運(yùn)用于 DNA 檢測(cè)上的研發(fā)時(shí)，另一個(gè)焦點(diǎn)出現(xiàn)在一個(gè)相當(dāng)科幻感的領(lǐng)域。在交通大學(xué)生醫(yī)電子轉(zhuǎn)譯研究中心，由前交大校長(zhǎng)，也是目前國(guó)科會(huì)奈米國(guó)家型科技計(jì)劃總主持人 - 吳重雨博士所領(lǐng)導(dǎo)的眾多團(tuán)隊(duì)正在研發(fā)可以植入人體的生物芯片。每一個(gè)團(tuán)隊(duì)專注于一種人類神經(jīng)系統(tǒng)疾病。例如：以盲眼為研究目標(biāo)的團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)一種可以有人造視網(wǎng)膜功能的生物芯片。而其他的團(tuán)隊(duì)則專注于阿茲海默癥、躁郁癥、耳聾、癲癇、帕金森氏癥及精神分裂癥。
    「色素性視網(wǎng)膜炎 (Retinitis Pigmentosa) 是一種遺傳性疾病，患者的視網(wǎng)膜感光細(xì)胞會(huì)逐漸的死亡，最終導(dǎo)致眼盲�！箙遣┦恐赋觯�「即使視網(wǎng)膜芯片僅能讓眼盲患者看到低分辨率的影像，但這已對(duì)他的生活有極大的改善，讓他們行走時(shí)注意到障礙物、安全過(guò)馬路�！�
    「我們將一個(gè)有太陽(yáng)能電池的生物芯片植入視網(wǎng)膜下」吳博士說(shuō)，「當(dāng)芯片接收到外界的影像時(shí)會(huì)產(chǎn)生電子脈沖并觸發(fā)視覺(jué)神經(jīng)，視神經(jīng)再傳遞訊號(hào)至大腦視覺(jué)中心�！箙遣┦康钠渲幸粋�(gè)目標(biāo)是要降低醫(yī)療儀器裝置的價(jià)格。目前市面上人工視網(wǎng)膜的價(jià)格為 10 萬(wàn)美金，一般民眾根本就負(fù)擔(dān)不起。此視網(wǎng)膜芯片即將在豬只上作測(cè)試，計(jì)劃在 2014 年完成測(cè)試后，把此技術(shù)技轉(zhuǎn)給醫(yī)學(xué)設(shè)備制造商來(lái)進(jìn)行人體臨床測(cè)試。
      生醫(yī)電子轉(zhuǎn)譯研究中心的另一個(gè)團(tuán)隊(duì)正研發(fā)一種可控制癲癇發(fā)作的植入性芯片，吳博士說(shuō)，「全球?qū)⒔�有七千萬(wàn)的人受癲癇所苦，其中5%的患者無(wú)藥可醫(yī)，目前僅能用手術(shù)的方式治療，但手術(shù)會(huì)伴隨高風(fēng)險(xiǎn)的失明、失憶或情緒功能障礙。癲癇芯片已進(jìn)入動(dòng)物試驗(yàn)，目標(biāo)于 2014 進(jìn)行人體試驗(yàn)。這類直接植入在大腦表層的芯片稱為 System-on-chip(SOC)，它內(nèi)建一個(gè)腦波傳感器、訊號(hào)放大器及生物訊號(hào)處理器。當(dāng)一個(gè)癲癇發(fā)作的腦波被芯片偵測(cè)到后，芯片會(huì)釋放電子脈沖刺激大腦來(lái)抑制癲癇，從偵測(cè)到釋放電子脈沖刺激的整個(gè)流程只需時(shí) 0.8 秒。更令人覺(jué)得不可思議的是，芯片在植入后不需要取出，就可以透過(guò)無(wú)線訊號(hào)發(fā)送相關(guān)信息給醫(yī)師來(lái)進(jìn)行后續(xù)追蹤，而芯片的維修、調(diào)整及充電亦可無(wú)線執(zhí)行(透過(guò) 13 兆赫的無(wú)線電波向芯片上的線圈充電)。
      生醫(yī)電子轉(zhuǎn)譯研究中心的經(jīng)費(fèi)來(lái)自政府于 2005年開(kāi)啟的五年五百億(17億美元)「邁向頂尖大學(xué)計(jì)劃 (Aim for the Top University Project)」，此計(jì)劃目標(biāo)是幫助至少一間臺(tái)灣頂尖的大學(xué)進(jìn)入全球排名前 100，至少 10 個(gè)研究單位成為國(guó)際級(jí)研究機(jī)構(gòu)。吳博士認(rèn)為，政府扶植生物芯片及醫(yī)療設(shè)備是完全正確的決策，因?yàn)檫@對(duì)于經(jīng)濟(jì)及人民福祉是非常有貢獻(xiàn)的，他說(shuō)「信息與通訊科技的成長(zhǎng)已顯停滯，若沒(méi)有革命性的新產(chǎn)品，將無(wú)法維持經(jīng)濟(jì)成長(zhǎng)。透過(guò)臺(tái)灣資通訊的專業(yè)技術(shù)，運(yùn)用于生醫(yī)領(lǐng)域，我們可預(yù)見(jiàn)一個(gè)半導(dǎo)體與健康產(chǎn)業(yè)結(jié)合的新世紀(jì)。」