<p>不過兩三年前，全球正值疫情高峰，矽谷有一群自造者組織利用手上的 3D 列印機與雷射切割機生產數千個防疫面罩，運用自身的技術力支援醫療前線。而在疫情趨緩後，科技與生醫領域整合的趨勢依舊強勁。全球醫療器材市場規模至 2022 年已經成長至 5,123 億美元，並預估在 2030 年上看 8,000 億美元。隨著全球人口高齡化，醫療照護相關的軟硬體需求也將持續成長。</p>
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<p>在臺灣，同樣有許多研究團隊，帶著不同的專業技術投入醫療科技的開發前線。從半導體和新穎材料，到微系統感測與控制，醫療科技跨足不同領域，將最先進的整合技術帶進臨床前線。這些技術可以協助醫師的訓練與診斷，幫助患者監控病情，實現真正的智慧精準醫療。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>小小貼片即時監控呼吸</strong></span></h2>
<p>以監控病情為例，國立中山大學醫學科技研究所莊承鑫所長日前開發出穿戴式的呼吸監測貼片，只要貼在病患身上，就能即時監測肺活量等指標。傳統上，要知道病人的肺活量，就只能使用吹氣式的肺量計；然而，在疫情期間的醫療場所，吹氣動作具有傳染風險，不利於透過這種方法判定肺功能。</p>
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<p>莊承鑫所長的團隊注意到這個問題，於是研發了一種由特殊合成材料製成的軟性應變感測器。這種感測器可以用類似貼片的形式貼在橫膈膜附近的皮膚表面，測量呼吸時胸腔微小的形變，並藉此回溯病患的呼吸容量和流速等，達成即時且非侵入式的監測，也降低疫情期間的傳染風險。</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2023/09/7-1_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">即時監控病患肺活量有許多重要的臨床應用。</div>
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<p>呼吸監控不只有助於肺部情況的診斷，臨床上也有許多重要的應用。莊承鑫所長提到：「加護病房在拔管前需要進行拔管評估，現在所有的拔管評估都需要用吹的，對於意識不清的病人來說相當困難。我們現在希望用這種貼片來做拔管評估，提升評估的準確率。」此外，呼吸監控對於麻醉師掌握麻醉深度，以及腫瘤質子治療的瞄準等方面，都有重要的應用機會。</p>
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<p>除了肺部的呼吸動作之外，這種貼片式的應變感測技術還可以測量人體各部位的即時形變。莊承鑫所長以運動為例子：肌肉在運動時，會有相對應的膨脹或收縮，「只要貼上去，就可以知道你有沒有用對肌肉，或是肌肉量有多少。目前我們正在針對肌少症的部分去努力。」透過小型體外裝置，達成個人化且輕量化的即時監測，或許將成為未來醫療與長期照護的重要趨勢之一。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>以器官晶片取代動物實驗</strong></span></h2>
<p>退一步來看，在前進臨床之前，藥廠開發新藥或學術單位進行生醫研究時，幾乎都需要進行動物實驗。國立陽明交通大學生醫工程研究所陳冠宇教授在這方面持續研發、推廣關鍵替代技術：器官晶片。</p>
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<p>透過動物實驗進行藥物驗證最主要的困難在於動物各方面的生理機能和人類之間永遠存在不可忽略的差異。陳冠宇教授提到，以肺部的呼吸功能為例，實驗小鼠的呼吸頻率與黏液功能都與人類有很大的差異，因此用小鼠跑出來的實驗結果做藥物開發的驗證相當困難。這也是為什麼動物實驗到臨床的失敗率高達 90％ 以上。</p>
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<p>於是，當陳冠宇教授在 2015 年從麻省理工學院回臺任職時，便從美國帶回了當時的新興技術——器官晶片。簡單來說，就是把器官的最小功能單位重現在一個晶片上。陳冠宇教授解釋說：「器官晶片其實不是把整個器官重建在一個晶片上，也不是把他植入到體內器官。器官晶片比較像是你的替身，裡面會有一些器官或組織的特定功能可以運作，去模擬體內的狀態。」</p>
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<div class="jsx-3968805167 relative overflow-hidden"><img decoding="async" class="jsx-3968805167" src="https://www.charmingscitech.nat.gov.tw/backend/wp-content/uploads/2023/09/7-2_670x460.jpg" /></p>
<div class="jsx-3968805167 absolute w-full left-0 bottom-0 p-4 text-white text-[13px]" style="background: rgba(0, 0, 0, 0.66); display: block; line-height: normal;">器官晶片可以重現一些器官或組織的特定功能，藉此模擬體內的狀態。</div>
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<p>這種技術不只可以比動物實驗更加有效地模擬人體內的狀態，還擁有絕佳的彈性優勢。「器官晶片很像樂高積木，可以根據個人狀態去堆出屬於個人的仿真晶片模型。」陳冠宇教授的團隊現在主要專攻肺部的器官晶片，聚焦在吸入性藥物的開發與毒理實驗，因此便會製造出支氣管晶片、肺泡晶片等，去協助藥廠與科研單位進行開發。</p>
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<p>美國眾議院在 2022 年底剛通過了 FDA 現代化法案 2.0（FDA Modernization Act 2.0），准許藥物開發過程不強制使用動物實驗，可以使用其他替代技術。這改變將讓藥物開發大幅加速，各國也隨之開始爭搶替代技術的大餅。陳冠宇教授和他的新創團隊也正在與創投加速器、法人、國際 CRO（受託研究機構） 公司和大型藥廠等合作，近期可說是收穫滿滿。教授也提到，將來預計整合更多半導體元件與感測技術，希望讓晶片在感測效能和穩定性上更加強大。另外還希望能結合 AI 運算，在個人健康或藥物開發上，提供更精準且豐富的分析結果。</p>
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<h2><span style="font-size: 20px;"><strong>跨領域整合的挑戰</strong></span></h2>
<p>不論是臨床端的監測技術，或是研發端的器官晶片，生醫科技研發都必須面對跨領域整合的挑戰。最先進的晶片與電子技術如何成為醫療應用的關鍵元件，牽涉到工程師與臨床人員之間的緊密合作。莊承鑫所長和陳冠宇教授都提到，這類合作過程中，最大的挑戰在於「溝通」。團隊中會有來自各領域的人才，而每個領域所使用的語言都不一樣，如何有效溝通並聚焦在具體目標上，便成為主要的挑戰。</p>
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<p>這樣的跨域溝通合作能力並非一蹴可幾，而是需要長久的培養與訓練。針對跨域人才的培養，莊承鑫所長也提到，目前國內大學普遍還是以專業科系區分，比較缺乏跨領域平臺或是以專題為導向（project-based）的綜合學程。他期待未來校園能更加注重跨域溝通與批判思考的訓練，以保持創新與整合的競爭力。</p>
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<p>那麼，在校園之外，臺灣在新興崛起的全球醫材市場中，握有什麼樣的發展機會呢？可以確定的是，臺灣擁有全球頂尖的半導體產業供應鏈和實力強大的資通訊電子廠商。在生醫器材研發的過程中，想要設計或購買 IC，可以享有絕佳的地利之便。陳冠宇教授期待臺灣在器官晶片這方面可以把握資通電方面的優勢，迎頭趕上走在前面的歐美國家。</p>
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<p>但莊承鑫所長也提醒，若臺灣想發展醫療器材產業，半導體大廠就需要跳脫以往注重產品生命周期的思維，才能真正切中醫材研發的需求。在國內環境的部分，醫學工程目前還沒有專屬的證照，專門的大學科系也十分稀少，需要從制度上開始改變。最後，也需要重新審視醫材認證法規和補助規範，才能真正活絡新創醫材市場。</p>
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<p>（客座總編輯｜國立陽明交通大學數位醫學暨智慧醫療推動中心 楊智傑主任；研究顧問團隊｜中山大學醫學科技研究所 莊承鑫所長、國立陽明交通大學生醫工程研究所 陳冠宇教授；責任編輯｜曹盛威、劉品萱）</p>
