alexa
置頂

台灣的優勢與憂慮

文 / 李彥甫    
2001-01-01
瀏覽數 12,450+
台灣的優勢與憂慮
分享 Line分享分享 複製連結

半導體科技可謂二十世紀人類最偉大的發明之一,每秒數百萬次的運算能力,奠定資訊世紀的基礎,而生物科技則將主導二十一世紀的人類健康。當基因遇上晶片,它的衝擊力或許比電腦或網路更直接,因為將與我們的生命息息相關。

當基因遇上晶片,「生物晶片」(biochips)可說是最具代表性的結晶。這是當今最紅的科技趨勢,它幫助人類解開基因之謎,徹底改變醫療方式,甚至,人類得重新思考生命的定義,先進國家前幾年已如火如荼地進行開發,台灣與大陸也把它列為重點科技,全力發展。

簡單地說,生物晶片就是把基因序列的概念放在指甲大小(未來會更小)的晶片上,利用半導體晶片輕薄小巧、但能容納大量資訊的特性,將數百至數萬個去氧核醣核酸(DNA)或核酸探針,植入矽晶片中(甚至可以植入玻璃或塑膠),從事各種與新藥開發、個人識別、法醫檢定犯罪、臨床醫療診斷等有關的工作。

其實,生物晶片最早應用在一九九一年的波灣戰爭,美軍為了預防伊拉克發動生化戰,需要一種可以大量供應軍隊使用,快速檢測多種生化毒性的試劑,生物晶片的概念於是誕生。

生物晶片容納生命密碼

生物晶片的製造過程和一般電腦晶片類似,但生物晶片上覆載的不是電晶體,而是數萬顆極微小的化學反應器,能夠每秒進行數萬次的生化反應。

生物晶片可分為基因晶片(Genechip)和蛋白質晶片(Proteinchip)兩大類。顧名思義,基因晶片以DNA為主要檢測目標;蛋白質晶片以蛋白質為主要檢測目標。

基因晶片或稱為或分子微陣列(molecular microarray),目前的技術比蛋白質晶片成熟,在這些晶片上,附著各種序列不同的DNA小片段,排列整齊成陣,二至三釐米的薄片可容納高達幾十萬個DNA片段。

例如,國內中央研究院生物醫學研究所副研究員白果能研發的高密度的基因微陣,把數萬個人類基因布放在一張郵票大小的膜片上,再用獨創的顯色方法,在數分鐘內完成數個基因檢測。目前該技術已移轉到國內與美、法的研究機構及生技公司,並用在研究細胞癌化與移轉的工作上。

生物晶片技術結合核酸、蛋白質、雷射和電腦運算的分析能力,因為運算的速度加快,能力將超乎想像,研究人員根據不同目的,選擇不同的DNA片段固定在晶片上,瞭解細胞內的基因表達。

最先應用的範圍可能是加快檢驗的速度。現在我們到醫院進行各項檢驗,經常無法立刻拿到結果,如果還要做一些細胞或病毒培養,需要的時間更長。科技將可以協助解決這項難題,用過去的方法,一次只能檢測一個基因表達,但由於DNA晶片可容納無數的DNA片段,因此可用來同時跟蹤細胞內幾乎任何基因的表達。

解決醫療難題的新技術

美國醫療研究機構已嘗試把生物晶片植入糖尿病患的皮膚中,只要用掃描器一掃,病人的血醣指數立刻顯示,隨時都可以測量。未來生物晶片的技術更成熟,用它做成的各式微型診斷器可以放在小醫院或衛生所裡,檢驗與診斷將更方便,不必都送往大醫院檢驗。

也有科學家用人體實驗,將生物晶片植入盲人的眼球,藉著晶片傳送訊號到大腦,結果全盲的人,竟能看到模糊的影像。

根據外電報導,美國環境健康衛生研究所正在開發一種為「毒物基因晶片」(Toxchip),上面含有一萬兩千種不同的基因,可以用來評估人類對不同化學品處理後的基因表現。

在國內,工研院開發的「發燒晶片」便是用在檢測疾病的用途,它像是「晶片上的檢驗室」。一般而言,造成人體體溫過高(發燒)的病因很多,除了靠醫師的專業與經驗,傳統的檢驗方法,可能要針對數種(甚至更多)細菌進行檢測,不但要花很長的時間培養細菌,而且還要用高倍數顯微鏡觀察,費時又費力。

「發燒晶片」將大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、腦膜炎雙球菌、肺炎等二十五種會導致發燒的疾菌基因製成一片生物晶片,醫療人員只要將發燒病人的檢體滴在晶片上,輕輕搖晃,再用光學儀器觀察晶片上病菌基因位置是否出現螢光反應,即能在很短的時間內同時檢驗多種病菌,取代過去費時的細菌培養,爭取醫療時效。

同樣的原理,還可應用在肝癌、肺癌等慢性疾病,或是基因突變、糖尿病等遺傳性疾病的檢測。

傳統以「培養病原」的方式檢驗腸病毒,至少需要七至十天才能有結果,即使使用PCR(聚合脢連鎖反應)檢驗,也得花上三個工作天。台灣的晶宇公司最近也開發完成腸病毒測試晶片,可望加速檢測不斷變種的各類腸病毒,一次只要六小時。

因為速度,生物晶片未來更會大量使用在新藥開發上,利用DNA晶片比對經新藥物處理細胞與非處理細胞的基因表達,迅速瞭解藥物功能,一改目前新藥臨床試驗費時的情形。業界曾估計,一間國際級的大藥廠每年至少使用數十萬片生物晶片。

在產業上,生物晶片帶來的跨世紀科技革命,讓生技產業與半導體產業結合。

多家知名的高科技大廠,例如摩托羅拉與SurModics、康柏電腦與瑟雷拉、IBM與Netcenics、HP與Rosetta、昇陽與Double Twist.com等公司各自結盟,積極開拓生物晶片的商機。估計三至五年之後,可以量產做為基因偵測的生物晶片。

不過,目前的生物晶片多仍供研究使用,尚未真正應用到臨床。一般而言,一種晶片研究發展的經費約五十萬至一百萬美元,需要六個月到一年才能使用;但如果真要在臨床使用的生物晶片,需要花費更多的時間與經費。

科際整合的後基因體時代

而且,生物晶片在大量製造上仍困難重重,例如如何利用生化科技合成各種探針、又如何將探針植於晶片之上、晶片表面處理如何做出細小而又布滿管道的晶片等;即使做出晶片,如何找出細菌、病毒的基因,比對各種感染性疾病,都是高難度的挑戰。

因此,從生物晶片跨越生化、醫學、電子、材料等領域的趨勢,我們可以看到兩項觀察——科技發展正在朝向「科際整合」不斷前進,台灣站在潮流之中,具有一定的優勢,也讓人有若干的憂慮。

「後基因體時代」強調的不只是生物科技,而是跨領域的結合,例如解讀基因圖譜帶動「生物資訊學」成為顯學,面對愈來愈大的基因資料庫,基因定序不再是枯躁無聊的工作,新的分析方法相繼出籠。以生物晶片為例,光憑生化專家的能力,絕對無法單獨進行大量基因科技資料處理,因此生物晶片的開發、研製到應用,一定要結合生化、資訊、微電子和光學的專業人員和知識。

即使解決了生物晶片的製造問題,也只是完成了硬體工程部分,如何找出細菌或病毒的基因,在疾病診斷時進行比對,才是真正關鍵的軟體工程。全世界目前都極缺這類跨領域人才,「生物資訊學」人才成為搶手貨,到處都被重金挖角。

不只如此,從生物學與化學角度開發的「分子晶片」與「分子電腦」、生物科技的資訊處理與複雜系統,現在都是熱門的跨領域科際整合。

跨領域的科際合作並沒有帶來國際間的合作,反而使競爭更為激烈,像是基因圖譜解讀的地盤爭奪,「圈畫地盤」的戰爭不會停歇,只會愈演愈烈。這項競爭更關係著台灣高科技產業的未來。新竹科學工業園區剛度過了它的二十歲生日,台灣半導體產業在科學園區寫下了光輝的一頁,「西進大陸」的話題正在兩岸之間發燒。

大陸急起直追,壓縮台灣空間

大陸在微電子晶片產業上落後台灣甚遠,現在正急起直追,但在生物晶片產業上,大陸的表現卻毫不遜色,台灣的空間愈來愈小。

三年前才從美國返回北京清華大學接管「生物晶片研究與開發中心」的科學家程京,被譽為「中國大陸科技百年百人計畫」第一人的科學家。他帶領著一批團隊,結合台灣與美國的資金,成立從事生物晶片開發的美商騰隆生技(AVIVA),當年資本額只有五百萬美元,運作至今一年多,摩根史坦利等投資銀行估算出來的市值曾高達約八千萬美元。騰隆的「多場力主動晶片」利用電力、磁力等力量,提高在一片生物晶片檢驗疾病數目的限制。之前不僅費時費事,重複檢測也使醫療成本偏高,而騰隆突破過去的瓶頸。

上海博德基因開發有限公司最近更以「基因晶片」技術作價人民幣二點五億元(約新台幣十億元),與肇慶星湖生物科技股份有限公司合資,建構中國規模最大的生物晶片公司。

今年初,中共政府一口氣撥出兩千五百億美元(約新台幣八十兆元)的經費全力投入生技產業,包括興建「國家生物晶片發展中心」,投資額即達六千萬美元。

台灣亟待加強上游研發力

台灣最近才在生物晶片領域開始起步,政府每年編有新台幣一至兩億元的經費投入研發,並被列為「製藥與生物科技國家型計畫」的一環,不過,與日本、大陸及新加坡等國的重視程度相較,尤其是大陸,我國政府的支援明顯較少。但過去半導體與電子科技產業累積的基礎,將是台灣發展生物科技與產業的優勢。

根據估計,目前生物晶片的產值大約只有一千萬美元,到了西元二○○四年,全球生物晶片的產值可達到二十至四十億美元。但產業成長的關鍵點除了普及應用,也包括價格。

現在生物晶片的價格,每片約兩百至五百美元,如果可以降低至十美元以下,將有很大的機會被大量運用成為可丟棄式的健康檢查或疾病檢測儀器。要讓生物晶片的價格降低,必須具備大量與低成本生產的能力,當然是台灣半導體產業最大的競爭優勢。但相對地,要讓台灣的生技產業擺脫資訊業及半導體業長期代工的影子,現在對於生技產業上游研發的投資便要加強。

資訊電子科技與生物基因科技將是支撐二十一世紀科技的「兩隻腳」,兩者結合的科技更是主流趨勢。在跨入新世紀之際,台灣的電子資訊優勢已讓其中一隻腳強壯,但能不能站得穩,生物基因科技還需要再加油。

本文出自 2001 / 01 月號

第175期遠見雜誌

分享 Line分享分享 複製連結
您可能會喜歡