研發處首頁研究成果 >向疾病疼痛Bye Bye 臺大跨領域研究團隊研發生醫晶片

邁向頂尖大學

 

想像一下,在不久的將來,你只要記得帶手機,就可以隨時知道自己的身體狀況,甚至可以治療疾病和疼痛! 有了臺大研究團隊所研發的「生醫晶片」,這已不是天馬行空的幻想。

近 幾年來,結合微電子、微機械、生命科學和生物訊息的綜合產物---「生醫晶片」,是科技界最熱門的研究領域之一。根據市場預估,全球生醫半導體的市場規 模,在2012年將到達四十六億美元,成為半導體產業另一個成長動能,連全球第一大IC設計公司高通(Qualcomm)也已投入大量研發資源,看好未來 生醫晶片的發展潛力。

要成功研發出生醫晶片,必須具備IC設計、微機電技術以及生醫知識,因 此跨領域的整合能力即為最關鍵也通常是最困難的一點。臺大電子所所長呂學士所帶領的研究團隊,過去幾年致力於生醫系統晶片的研發,陸續和臺大工學院、醫學 院及醫師跨領域合作,已成功研發出各種生醫晶片,其傑出的研究成果已有三篇發表在IC設計最高殿堂的國際固態電子電路會議(ISSCC)中,並獲得國內外 媒體的大幅報導。是目前臺灣在ISSCC中,發表最多生醫晶片相關論文的學者。以下將介紹三項主要相關研究成果。

 

 

研發團隊由左到右為機械系楊燿州教授、醫工所林啟萬教授、電子所呂學士教授、應力所黃榮山教授。 (99.04.20)

全球第一個無線蛋白質檢測晶片 無線C-反應蛋白感測器

心 血管疾病已成為各先進國家的頭號殺手。因此,若能針對此類疾病進行隨時檢測診斷,就可以避免許多悲劇的發生。近年來發現血液中C-反應蛋白(C- Reactive Protein;CRP:一種臨床醫學發炎指標)濃度與心血管疾病有相當程度的關聯,是檢驗此類疾病的新指標。然而,傳統的CRP檢測機臺體積很大且檢測 時間較長,不適用於即時監測上。

針對CRP檢測的隨身微小化,臺大電子所呂學士、應力所黃榮 山以及臺大醫院周迺寬醫師跨領域合作,突破無線與生醫感測技術結合間之障礙,開發出一米粒般大小之無線C反應蛋白感測器。利用與CMOS相容之微機電製程 技術,整合CRP懸臂樑微感測器與無線生醫系統單晶片(SoC),將所感測的CRP濃度訊號,以無線方式成功傳輸至個人電腦或PDA中,提供一小體積、低 成本和即時快速的CRP檢測方法。此乃臺灣於ISSCC中第一篇生醫相關論文,亦為全球第一個無線蛋白質檢測晶片。

 

植入式CMOS釋藥系統 單晶片(SoC)

即 使我們有能力隨時感測生理資訊並檢測出疾病,但面臨一些像是心臟病等突發性心血管疾病,若無法給予第一時間的治療,很可能造成無可彌補的遺憾。傳統吃藥或 是打針的方式,一來需要經過身體的循環系統才能到達患部;二來可能需要專業的醫療人員到場,容易因此喪失了治療的黃金時間。

有 鑑於此,臺大電子所呂學士、機械系楊燿州、醫工所林啟萬以及臺大醫院王堯弘醫師合作開發全球第一個CMOS釋藥系統單晶片(SoC),具備植入人體提供藥 物釋放的功能,能藉由精密的控制來提升藥物治療的效果。此植入式CMOS系統晶片集合了眾多無線控制/驅動電路,以及一個藥物傳遞陣列(drug delivery array)。晶片可釋放如nonapeptide leuprolide acetate、硝化甘油等藥物,可應用於局部診斷或是癌症的治療,也可為心臟病患者提供即時處置。此微型系統能透過微創手術植入人體,所具備的無線功能 也可讓醫療人員對病患進行非侵入性的即時治療。此項成果為2009 ISSCC solicited invitation paper,且於2009年二月發表。

 

CMOS植入式止痛系統 單晶片(SoC)

神 經電刺激療法已被證實對二十餘種神經功能失調疾病具有確切的療效,且其安全可逆。而脈衝式射頻(Pulse Radio Frequency , PRF)電刺激是目前介入性疼痛治療的一種新方法,主要是利用脈衝式射頻電刺激去刺激神經傳導路徑上的神經元細胞以達成有效阻斷疼痛的目的,且病人並不會 因此喪失其他行為能力。

目前臨床上一次刺激止痛療程僅可維持三到六個月療效,其疼痛感會漸漸恢復, 所以患者須不斷回診做同樣的治療程序。且其使用之刺激電極僅能單次使用且成本昂貴,造成醫療上的負擔。因此,臺大電子所呂學士與醫工所林啟萬結合臨床上所 使用的脈衝式射頻電刺激方式刺激傳導疼痛的背根神經節(Dorsal Root Ganglion, DRG),開發一不需電池的微型可植入式止痛CMOS系統單晶片System-on-a-Chip: SoC),可提供一個不需要電池、體積小、成本低、低電壓(3.3V)且可一直使用的植入式神經刺激系統方案。其已實際真正植入老鼠體內測試,當外部RF 波源接近老鼠時,老鼠體內藍光LED燈會亮,代表電源成功耦合至體內晶片。此止痛晶片於接收來自外部之無線電源後,會產生脈波刺激老鼠的背根神經節 DRG(Dorsal Root Ganglion)之神經,以達到止痛功能。將老鼠分實驗組及控制組執行實驗後,發現經晶片刺激後之老鼠真的較不會覺得疼痛,如Von Frey (VF)疼痛指數實驗值所證實。本研究已發表在今年的ISSCC並受到國內外媒體的大力肯定。

 

 

 

 

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