生物工程聯(lián)姻電子技術(shù)——個(gè)人化醫(yī)療新時(shí)代即將到來(lái)

學(xué)術(shù)領(lǐng)域的專家認(rèn)為，生物工程研究人員與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師開始為個(gè)人化醫(yī)療新時(shí)代開發(fā)設(shè)備的時(shí)候到了。

在近日于美國(guó)舉行的嵌入式系統(tǒng)大會(huì)(Embedded Systems Conference，ESC)上，美國(guó)加州大學(xué)柏克萊分校生物工程教授Luke P. Lee表示，各種開發(fā)中的奈米級(jí)零件將激活可提供客制化健康照護(hù)服務(wù)的手持式設(shè)備，這類系統(tǒng)會(huì)是創(chuàng)新的生物工程組件與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)、消費(fèi)性電子技術(shù)的共同結(jié)晶。

Luke Lee,加州大學(xué)伯克利分校生物工程教授

“我預(yù)測(cè)──或者說(shuō)是希望，我們已經(jīng)邁向生物科技基礎(chǔ)研究的最后階段，并將實(shí)現(xiàn)結(jié)合IT、生物科技與奈米科技的個(gè)人化、預(yù)防性與預(yù)測(cè)性新應(yīng)用。”Lee實(shí)際是在十年前才投入學(xué)術(shù)領(lǐng)域，在此之前曾任職于美商TRW等電子公司；他想象中的未來(lái)醫(yī)療設(shè)備可每周檢測(cè)個(gè)人的生理信息，并以非常敏感的生物標(biāo)記為基礎(chǔ)，指導(dǎo)人們采取適當(dāng)?shù)纳罘绞健?/p>

“舉例來(lái)說(shuō)，這類裝置可以提醒你，如果用現(xiàn)在這種方式節(jié)食，你可能會(huì)有50%的機(jī)會(huì)罹患癌癥。”Lee并詳細(xì)介紹了過(guò)去十年來(lái)的多個(gè)研究計(jì)畫，這些成果已經(jīng)為分子級(jí)活體細(xì)胞量測(cè)技術(shù)帶來(lái)新視野。

Lee表示：“如果將這些奈米級(jí)傳感器與可拋棄式的微流體芯片(microfluidic chip)整合在一起，其它所需要的就只有光學(xué)式或是電子式的探測(cè)子系統(tǒng)，像是iPhone等可攜式裝置內(nèi)建的CMOS攝影機(jī)。”借用當(dāng)紅iPhone的命名創(chuàng)意，他把這種結(jié)合手機(jī)與分子診斷系統(tǒng)的裝置昵稱iMD。

“很多人已經(jīng)做過(guò)這類的零組件等級(jí)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在該是把這些零件整合到嵌入式系統(tǒng)的時(shí)候了；”Lee強(qiáng)調(diào)：“我個(gè)人相信，如果我們能通力合作，這是可實(shí)現(xiàn)的。”

他并表示，在柏克萊等地都有許多研究人員正在開發(fā)所謂的“生物ASIC”；這類組件通常是在高/低電壓微流體信道中采用流體脈沖(fluid pulses)，有時(shí)候也結(jié)合微機(jī)電系統(tǒng)架構(gòu)。生物ASIC是電子與自然科學(xué)領(lǐng)域概念的結(jié)晶；例如這些組件通常采用三層不同奈米級(jí)光罩蝕刻刻的信道。

還有一種裝置的設(shè)計(jì)，是模仿活體組織中的細(xì)胞存在條件，替生物性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造一個(gè)比傳統(tǒng)皮氏培養(yǎng)皿(Petri dish)更具動(dòng)態(tài)效果的環(huán)境。“我們需要為工程師打造一個(gè)做實(shí)驗(yàn)的新平臺(tái)，以控制各種條件；因此我們需要?jiǎng)?chuàng)造新的培養(yǎng)皿。”Lee表示。

這類的生物ASIC基本上就是單芯片實(shí)驗(yàn)室(lab-on-a-chip)，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)輒數(shù)日的研究時(shí)間相較，這種裝置能在幾分鐘、幾小時(shí)之內(nèi)得出分子級(jí)測(cè)試的結(jié)果。

Lee并介紹了數(shù)個(gè)制作奈米級(jí)顯微鏡的方法，這種裝置可用來(lái)擷取活體細(xì)胞中分子元素的光譜圖紋。這類裝置所使用的結(jié)構(gòu)，有部份是借用大自然中昆蟲的眼睛，能以流體壓力為基礎(chǔ)創(chuàng)造出穹頂式的數(shù)組；其它還有使用特制的、插入到細(xì)胞的充電架構(gòu)。