今年七月华联接受一位国际生技产业记者 Jens Kastner 的专访，此篇专文(Where High Technology Meets Health, July 1, 2013)阐述了台湾在生物芯片发展上所作的努力让台湾位居世界领先地位。文中除了介绍华联的染色体芯片，另有介绍开发 DNA 定序芯片的奎克生技及研发植入性芯片的交通大学生医电子转译研究中心。以下为Jens Kastner一文的翻译与整理。发展生物芯片，台湾位居领导地位! 将人类的 DNA 或细胞组织与电子设备结合通常只在科幻小说中才看得到，但目前在台湾，有一些公司、政府支持的研究单位及商业联盟正积极的要将这个梦想成真，他们的目标不是建造电影中的超人，而是要促进人类健康福祉。「生物芯片(biochip)」是一种装置设备的总称，此设备将集成电路连结至有机分子或活组织上，台湾在这方面一直是领先者。生物芯片在健康保健领域有突破性的大变革，因为芯片可以协助DNA定序、发掘遗传(癌症)标志，使之可运用在疾病的诊断上。台湾分子检测联盟理事长李钟熙博士说：「我们利用生物芯片来发掘基因上的差异(genomic variations)，就是那些让你我长得不一样、癌细胞跟正常细胞长得不一样的差异。」台湾分子检测联盟包含了十四家专注于分子检测开发及应用的生技公司。李博士指出：「基因分析可运用在诊断、药物开发、疾病预防、治疗选择及个人化医疗。」李钟熙博士是工业技术研究院前院长，而工研院是台湾生物芯片发展的重要推手。目前国际芯片市场仍然相对是小的，根据工研院产业经济与趋势研究中心的统计，2012 年，应用于药物开发、疾病诊断、食品安全、DNA 定序的芯片总产值约 42 亿美元，而预估到 2014 年会成长达 59 亿美元。分析师相信未来 10 年内，生物芯片技术的产值将会倍数成长。

下一波掏「晶」热富比士杂志(American business magazine Forbes) 2011 年将基因解序视为下一个千亿美金的科技产业，而生物芯片可以一次识别数千至数百万个基因，将是这波掏金热潮背后最大动能。目前人类单一个体进行全基因体解序约需花费八千美元，而且需要体积像是好几台大冰箱一样的电脑运算系统来完成。2006年，一家工研院的衍生公司，奎克生技(Crackerbio)推出了一项可以降低 DNA 定序成本及复杂度的系统，这系统包含了一个以半导体为基础的芯片以及一台只有笔记本电脑一般大的运算系统，之所以不需要以往那么庞大的电脑运算，就是因为这张由台湾集成电路公司所制造的芯片完成了大部份的运算工作。DNA 序列由四种核苷酸 (A,T,C,G) 排列组合而成，这四种核苷酸的排序方式，造就了每一个生命体内独一无二的基因密码。目前市面上已有许多种 DNA 定序的技术，而奎克生技的定序芯片预计 2016 上市。奎克的芯片上布满了上百万个微小的酵素孔(”wells” filled with enzymes)，将个人的 DNA 样品加入芯片后，DNA 会与酵素孔反应，接着透过雷射光激发让四种碱基发出不同颜色的荧光，由芯片上的微传感器读取颜色讯号，讯号再由定序仪解读进行定序。参与奎克生技公司发展的李钟熙博士指出：「芯片上的百万个微酵素孔同时进行 DNA 定序反应，让非常庞大的基因体定序省时又省力。如此一来，每个人都拥有自己的基因定序的梦想即可成真，而健康照护个人化的新纪元也即将启动。」奎克的目标是将个人化定序的费用降低至1000 美元左右，他们相信这样低价又快速的定序系统将来可以运用在流行病控制、癌症诊断、新生儿筛检，以及检测那些可被治疗，但若没有早期发现将造成终身伤害的疾病。李博士说：「目前基因体定序仅能在研究中心由专家来完成，但奎克的芯片商品化后，任何实验室或医疗院所皆可负担及操作，这个市场将愈来愈大。」 台湾分子检测联盟成立于 2012 年，整合十四家生技公司成员的潜能，结合各公司的长处，开发出更多应用功能的检测商品。多功能的商品将受到医疗院所的欢迎，打个比方，一台可以同时检测五种病毒的仪器，比买五台，每台只能检测一种病毒的仪器来得实惠。

华联生技另一家分子检测联盟的优秀成员 - 华联生技，2006 年开始在市场上提供高密度微数组基因芯片的设计与生产。跟奎克生技一样，华联也是工研院的衍生公司。李钟熙博士：「看你是需要作哪方面的研究，华联生技可以提供客制化的基因芯片、疾病芯片、稻米芯片…等等。」华联 OneArray 微数组基因芯片的基材是一片2.5 公分乘以 7.6 公分的玻璃载玻片，玻片上有一层特殊的化学涂布，其上则布满上万点 DNA 探针，每个探针透过杂交反应 (hybridization) 侦测一个特定的基因或基因的一小部份；杂交完成后，芯片会被放进荧光扫瞄仪，荧光量的差异取决于探针与目标基因杂交的程度，进而显示目标基因表现与否，这些基因表现的信息可以描绘出疾病组织中的生理讯息。以癌症为例，正在转移的癌细胞会存在特定的荧光讯号图谱，当侦测到这些特定的讯号，病患将需要更彻底的癌症筛查。华联生技前CEO 李圣婉博士：「放射线治疗及化疗都对健康细胞有很大的伤害，这表示在癌症病患的治疗中，不管过轻或是过度的治疗都要避免」华联的秘密武器 – 染色体芯片(CytoOneArray)，运用在产前及产后检测，一张芯片可以同时筛查 305 项遗传变异，又侧重于发育迟缓和智能障碍。这每一个遗传疾病的发生率相对来说都是非常小的，但全部加总起来，对健康的影响就不容忽视，举例来说，自闭症这个相对常见的疾病，其好发率约是 1%，而 CytoOneArray 可检测的 305_项遗传变异\"整体\"的好发率，则提高到了 6-8%。李圣婉博士：「治疗自闭症的黄金时期是学龄前 3~6 岁，一旦自闭症患童就学后，表现不被理解的问题行为，将会造成班级或家庭中的紧张关系，这说明了检测的重要性。」华联公司的竞争优势，是一项具有很长名字的独特制造技术－非接触式热气泡喷墨布放技术 (non-contact ink jet thermo bubble printing technology)。光这项技术华联就握有近百项的专利，基本上这项技术就是将探针放到玻璃片上的过程。这个过程如同印刷报纸一般，每印刷一份的成本是很低的。李圣婉博士表示，华联芯片每张售价约100美元，而竞争者的芯片则将近 1000 美元或更多。华联的客户包含医院(大部分是中国及美国) 以及一些知名的研究单位，例如美国太空总署(NASA)。NASA 的研究人员使用台湾制造的芯片来观察太空中及地球上两地小鼠的基因表现差异。华联的微数组基因芯片对于药物开发也相当有帮助，李圣婉博士指出：「制药公司想要知道什么基因使你得病，什么基因可以预防你得病，他们可不想找错基因，因为药物的临床试验总要花掉他们上百万的经费。」华联生技是全球唯一制造微数组芯片也同时提供样品检测服务的公司，李圣婉博士相信华联可以维持其目前 60% 的营收年成长率，并且透过扩展大陆市场与制药业市场来增加全球市占率。欧盟最近禁止了美容化妆品的动物试验，这可能带给华联更多成长的动能，因为芯片试验提供了一个安全又有效率的选择；李圣婉博士：「使用动物试验，只能观察动物的型态、代谢或解剖牠的肝脏看是否有变异；但若使用芯片，则可以获得好几倍的信息。」

交通大学生医电子转译研究中心当大部分的目光聚焦在生物芯片运用于 DNA 检测上的研发时，另一个焦点出现在一个相当科幻感的领域。在交通大学生医电子转译研究中心，由前交大校长，也是目前国科会奈米国家型科技计划总主持人 - 吴重雨博士所领导的众多团队正在研发可以植入人体的生物芯片。每一个团队专注于一种人类神经系统疾病。例如：以盲眼为研究目标的团队正在开发一种可以有人造视网膜功能的生物芯片。而其他的团队则专注于阿兹海默症、躁郁症、耳聋、癫痫、帕金森氏症及精神分裂症。「色素性视网膜炎 (Retinitis Pigmentosa) 是一种遗传性疾病，患者的视网膜感光细胞会逐渐的死亡，最终导致眼盲。」吴博士指出，「即使视网膜芯片仅能让眼盲患者看到低分辨率的影像，但这已对他的生活有极大的改善，让他们行走时注意到障碍物、安全过马路。」「我们将一个有太阳能电池的生物芯片植入视网膜下」吴博士说，「当芯片接收到外界的影像时会产生电子脉冲并触发视觉神经，视神经再传递讯号至大脑视觉中心。」吴博士的其中一个目标是要降低医疗仪器装置的价格。目前市面上人工视网膜的价格为 10 万美金，一般民众根本就负担不起。此视网膜芯片即将在猪只上作测试，计划在 2014 年完成测试后，把此技术技转给医学设备制造商来进行人体临床测试。生医电子转译研究中心的另一个团队正研发一种可控制癫痫发作的植入性芯片，吴博士说，「全球将近有七千万的人受癫痫所苦，其中5%的患者无药可医，目前仅能用手术的方式治疗，但手术会伴随高风险的失明、**或情绪功能障碍。癫痫芯片已进入动物试验，目标于 2014 进行人体试验。这类直接植入在大脑表层的芯片称为 System-on-chip(SOC)，它内建一个脑波传感器、讯号放大器及生物讯号处理器。当一个癫痫发作的脑波被芯片侦测到后，芯片会释放电子脉冲刺激大脑来抑制癫痫，从侦测到释放电子脉冲刺激的整个流程只需时 0.8 秒。更令人觉得不可思议的是，芯片在植入后不需要取出，就可以透过无线讯号发送相关信息给医师来进行后续追踪，而芯片的维修、调整及充电亦可无线执行(透过 13 兆赫的无线电波向芯片上的线圈充电)。生医电子转译研究中心的经费来自政府于 2005年开启的五年五百亿(17亿美元)「迈向顶尖大学计划 (Aim for the Top University Project)」，此计划目标是帮助至少一间台湾顶尖的大学进入全球排名前 100，至少 10 个研究单位成为国际级研究机构。吴博士认为，政府扶植生物芯片及医疗设备是完全正确的决策，因为这对于经济及人民福祉是非常有贡献的，他说「信息与通讯科技的成长已显停滞，若没有革命性的新产品，将无法维持经济成长。透过台湾资通讯的专业技术，运用于生医领域，我们可预见一个半导体与健康产业结合的新世纪。」