生物工程联姻电子技术——个人化医疗新时代即将到来

学术领域的专家认为，生物工程研究人员与嵌入式系统设计工程师开始为个人化医疗新时代开发设备的时候到了。

在近日于美国举行的嵌入式系统大会(Embedded Systems Conference，ESC)上，美国加州大学柏克莱分校生物工程教授Luke P. Lee表示，各种开发中的奈米级零件将激活可提供客制化健康照护服务的手持式设备，这类系统会是创新的生物工程组件与现有的计算机、消费性电子技术的共同结晶。

Luke Lee,加州大学伯克利分校生物工程教授

“我预测──或者说是希望，我们已经迈向生物科技基础研究的最后阶段，并将实现结合IT、生物科技与奈米科技的个人化、预防性与预测性新应用。”Lee实际是在十年前才投入学术领域，在此之前曾任职于美商TRW等电子公司；他想象中的未来医疗设备可每周检测个人的生理信息，并以非常敏感的生物标记为基础，指导人们采取适当的生活方式。

“举例来说，这类装置可以提醒你，如果用现在这种方式节食，你可能会有50%的机会罹患癌症。”Lee并详细介绍了过去十年来的多个研究计画，这些成果已经为分子级活体细胞量测技术带来新视野。

Lee表示：“如果将这些奈米级传感器与可拋弃式的微流体芯片(microfluidic chip)整合在一起，其它所需要的就只有光学式或是电子式的探测子系统，像是iPhone等可携式装置内建的CMOS摄影机。”借用当红iPhone的命名创意，他把这种结合手机与分子诊断系统的装置昵称iMD。

“很多人已经做过这类的零组件等级实验，现在该是把这些零件整合到嵌入式系统的时候了；”Lee强调：“我个人相信，如果我们能通力合作，这是可实现的。”

他并表示，在柏克莱等地都有许多研究人员正在开发所谓的“生物ASIC”；这类组件通常是在高/低电压微流体信道中采用流体脉冲(fluid pulses)，有时候也结合微机电系统架构。生物ASIC是电子与自然科学领域概念的结晶；例如这些组件通常采用三层不同奈米级光罩蚀刻刻的信道。

还有一种装置的设计，是模仿活体组织中的细胞存在条件，替生物性实验创造一个比传统皮氏培养皿(Petri dish)更具动态效果的环境。“我们需要为工程师打造一个做实验的新平台，以控制各种条件；因此我们需要创造新的培养皿。”Lee表示。

这类的生物ASIC基本上就是单芯片实验室(lab-on-a-chip)，与传统实验室动辄数日的研究时间相较，这种装置能在几分钟、几小时之内得出分子级测试的结果。

Lee并介绍了数个制作奈米级显微镜的方法，这种装置可用来撷取活体细胞中分子元素的光谱图纹。这类装置所使用的结构，有部份是借用大自然中昆虫的眼睛，能以流体压力为基础创造出穹顶式的数组；其它还有使用特制的、插入到细胞的充电架构。