今年七月華聯(lián)接受一位國際生技產(chǎn)業(yè)記者 Jens Kastner 的專訪，此篇專文(Where High Technology Meets Health, July 1, 2013)闡述了臺灣在生物芯片發(fā)展上所作的努力讓臺灣位居世界領(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中才看得到，但目前在臺灣，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夢想成真，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，因為芯片可以協(xié)助DNA定序、發(fā)掘遺傳(癌癥)標(biāo)志，使之可運用在疾病的診斷上。臺灣分子檢測聯(lián)盟理事長李鐘熙博士說：「我們利用生物芯片來發(fā)掘基因上的差異(genomic variations)，就是那些讓你我長得不一樣、癌細(xì)胞跟正常細(xì)胞長得不一樣的差異�！古_灣分子檢測聯(lián)盟包含了十四家專注于分子檢測開發(fā)及應(yīng)用的生技公司。李博士指出：「基因分析可運用在診斷、藥物開發(fā)、疾病預(yù)防、治療選擇及個人化醫(yī)療。」李鐘熙博士是工業(yè)技術(shù)研究院前院長，而工研院是臺灣生物芯片發(fā)展的重要推手。
    目前國際芯片市場仍然相對是小的，根據(jù)工研院產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)與趨勢研究中心的統(tǒng)計，2012 年，應(yīng)用于藥物開發(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 年會成長達(dá) 59 億美元。分析師相信未來 10 年內(nèi)，生物芯片技術(shù)的產(chǎn)值將會倍數(shù)成長。

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千億美金的科技產(chǎn)業(yè)，而生物芯片可以一次識別數(shù)千至數(shù)百萬個基因，將是這波掏金熱潮背后最大動能。目前人類單一個體進(jìn)行全基因體解序約需花費八千美元，而且需要體積像是好幾臺大冰箱一樣的電腦運算系統(tǒng)來完成。2006年，一家工研院的衍生公司，奎克生技(Crackerbio)推出了一項可以降低 DNA 定序成本及復(fù)雜度的系統(tǒng)，這系統(tǒng)包含了一個以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的芯片以及一臺只有筆記本電腦一般大的運算系統(tǒng)，之所以不需要以往那么龐大的電腦運算，就是因為這張由臺灣集成電路公司所制造的芯片完成了大部份的運算工作。
        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，造就了每一個生命體內(nèi)獨一無二的基因密碼。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 2016 上市。奎克的芯片上布滿了上百萬個微小的酵素孔(”wells” filled with enzymes)，將個人的 DNA 樣品加入芯片后，DNA 會與酵素孔反應(yīng)，接著透過雷射光激發(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，訊號再由定序儀解讀進(jìn)行定序。參與奎克生技公司發(fā)展的李鐘熙博士指出：「芯片上的百萬個微酵素孔同時進(jìn)行 DNA 定序反應(yīng)，讓非常龐大的基因體定序省時又省力。如此一來，每個人都擁有自己的基因定序的夢想即可成真，而健康照護(hù)個人化的新紀(jì)元也即將啟動�！�
        奎克的目標(biāo)是將個人化定序的費用降低至1000 美元左右，他們相信這樣低價又快速的定序系統(tǒng)將來可以運用在流行病控制、癌癥診斷、新生兒篩檢，以及檢測那些可被治療，但若沒有早期發(fā)現(xiàn)將造成終身傷害的疾病。李博士說：「目前基因體定序僅能在研究中心由專家來完成，但奎克的芯片商品化后，任何實驗室或醫(yī)療院所皆可負(fù)擔(dān)及操作，這個市場將愈來愈大�！�   
    臺灣分子檢測聯(lián)盟成立于 2012 年，整合十四家生技公司成員的潛能，結(jié)合各公司的長處，開發(fā)出更多應(yīng)用功能的檢測商品。多功能的商品將受到醫(yī)療院所的歡迎，打個比方，一臺可以同時檢測五種病毒的儀器，比買五臺，每臺只能檢測一種病毒的儀器來得實惠。

華聯(lián)生技
    另一家分子檢測聯(lián)盟的優(yōu)秀成員 - 華聯(lián)生技，2006 年開始在市場上提供高密度微數(shù)組基因芯片的設(shè)計與生產(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，其上則布滿上萬點 DNA 探針，每個探針透過雜交反應(yīng) (hybridization) 偵測一個特定的基因或基因的一小部份；雜交完成后，芯片會被放進(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)胞會存在特定的熒光訊號圖譜，當(dāng)偵測到這些特定的訊號，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，不管過輕或是過度的治療都要避免」
    華聯(lián)的秘密武器 – 染色體芯片(CytoOneArray)，運用在產(chǎn)前及產(chǎn)后檢測，一張芯片可以同時篩查 305 項遺傳變異，又側(cè)重于發(fā)育遲緩和智能障礙。這每一個遺傳疾病的發(fā)生率相對來說都是非常小的，但全部加總起來，對健康的影響就不容忽視，舉例來說，自閉癥這個相對常見的疾病，其好發(fā)率約是 1%，而 CytoOneArray 可檢測的 305_項遺傳變異"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)不被理解的問題行為，將會造成班級或家庭中的緊張關(guān)系，這說明了檢測的重要性。」
    華聯(lián)公司的競爭優(yōu)勢，是一項具有很長名字的獨特制造技術(shù)－非接觸式熱氣泡噴墨布放技術(shù) (non-contact ink jet thermo bubble printing technology)。光這項技術(shù)華聯(lián)就握有近百項的專利，基本上這項技術(shù)就是將探針放到玻璃片上的過程。這個過程如同印刷報紙一般，每印刷一份的成本是很低的。李圣婉博士表示，華聯(lián)芯片每張售價約100美元，而競爭者的芯片則將近 1000 美元或更多。
    華聯(lián)的客戶包含醫(yī)院(大部分是中國及美國) 以及一些知名的研究單位，例如美國太空總署(NASA)。NASA 的研究人員使用臺灣制造的芯片來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)組基因芯片對于藥物開發(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，他們可不想找錯基因，因為藥物的臨床試驗總要花掉他們上百萬的經(jīng)費�！�
    華聯(lián)生技是全球唯一制造微數(shù)組芯片也同時提供樣品檢測服務(wù)的公司，李圣婉博士相信華聯(lián)可以維持其目前 60% 的營收年成長率，并且透過擴(kuò)展大陸市場與制藥業(yè)市場來增加全球市占率。歐盟最近禁止了美容化妝品的動物試驗，這可能帶給華聯(lián)更多成長的動能，因為芯片試驗提供了一個安全又有效率的選擇；李圣婉博士：「使用動物試驗，只能觀察動物的型態(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用于 DNA 檢測上的研發(fā)時，另一個焦點出現(xiàn)在一個相當(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，也是目前國科會奈米國家型科技計劃總主持人 - 吳重雨博士所領(lǐng)導(dǎo)的眾多團(tuán)隊正在研發(fā)可以植入人體的生物芯片。每一個團(tuán)隊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)隊正在開發(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)胞會逐漸的死亡，最終導(dǎo)致眼盲�！箙遣┦恐赋�，「即使視網(wǎng)膜芯片僅能讓眼盲患者看到低分辨率的影像，但這已對他的生活有極大的改善，讓他們行走時注意到障礙物、安全過馬路。」
    「我們將一個有太陽能電池的生物芯片植入視網(wǎng)膜下」吳博士說，「當(dāng)芯片接收到外界的影像時會產(chǎn)生電子脈沖并觸發(fā)視覺神經(jīng)，視神經(jīng)再傳遞訊號至大腦視覺中心�！箙遣┦康钠渲幸粋�目標(biāo)是要降低醫(yī)療儀器裝置的價格。目前市面上人工視網(wǎng)膜的價格為 10 萬美金，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試，計劃在 2014 年完成測試后，把此技術(shù)技轉(zhuǎn)給醫(yī)學(xué)設(shè)備制造商來進(jìn)行人體臨床測試。
      生醫(yī)電子轉(zhuǎn)譯研究中心的另一個團(tuán)隊正研發(fā)一種可控制癲癇發(fā)作的植入性芯片，吳博士說，「全球?qū)⒔�有七千萬的人受癲癇所苦，其中5%的患者無藥可醫(yī)，目前僅能用手術(shù)的方式治療，但手術(shù)會伴隨高風(fēng)險的失明、失憶或情緒功能障礙。癲癇芯片已進(jìn)入動物試驗，目標(biāo)于 2014 進(jìn)行人體試驗。這類直接植入在大腦表層的芯片稱為 System-on-chip(SOC)，它內(nèi)建一個腦波傳感器、訊號放大器及生物訊號處理器。當(dāng)一個癲癇發(fā)作的腦波被芯片偵測到后，芯片會釋放電子脈沖刺激大腦來抑制癲癇，從偵測到釋放電子脈沖刺激的整個流程只需時 0.8 秒。更令人覺得不可思議的是，芯片在植入后不需要取出，就可以透過無線訊號發(fā)送相關(guān)信息給醫(yī)師來進(jìn)行后續(xù)追蹤，而芯片的維修、調(diào)整及充電亦可無線執(zhí)行(透過 13 兆赫的無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)費來自政府于 2005年開啟的五年五百億(17億美元)「邁向頂尖大學(xué)計劃 (Aim for the Top University Project)」，此計劃目標(biāo)是幫助至少一間臺灣頂尖的大學(xué)進(jìn)入全球排名前 100，至少 10 個研究單位成為國際級研究機(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，因為這對于經(jīng)濟(jì)及人民福祉是非常有貢獻(xiàn)的，他說「信息與通訊科技的成長已顯停滯，若沒有革命性的新產(chǎn)品，將無法維持經(jīng)濟(jì)成長。透過臺灣資通訊的專業(yè)技術(shù)，運用于生醫(yī)領(lǐng)域，我們可預(yù)見一個半導(dǎo)體與健康產(chǎn)業(yè)結(jié)合的新世紀(jì)�！�