生物晶片
生物晶片
2002.11.15 |

然而神奇歸神奇,也有醫師指出,由於許多癌症目前仍屬「絕症」,使用生物晶片後,雖然可以迅速檢查出民眾是否有致病基因,對於治療幫助不大,造成民眾緊張,而醫師也不知如何是好,不如不用比較省事。究竟生物晶片有何妙用?在醫學上有何突破性發展?
小小一片、大大改變,用來形容生物晶片挺合適。簡單來說,生物晶片就是把許多人類基因的片段放在一小塊薄膜或玻璃上,可以進行快速檢測,獲得大量而完整的生物資訊。
生物晶片是概稱,目前世界上用最多是檢測生物晶片。檢測晶片雖然區分好幾類,但95%的使用是微陣列晶片,目前大部份談生物晶片就是指微陣列晶片。
生物晶片為什麼可以幫助這些治癌藥物的研發?其實道理就在晶片上面矩狀排列的人類基因片段(核酸)。細胞發生病變時基因也會變化,所以將檢測細胞上的基因和晶片上的核酸發生作用後,透過螢光劑顯示,可以看到有些點會亮或暗,每一個點都代表不同意義,會亮的表示產生這些基因片段互補,透過亮點、暗點可判斷檢測的細胞是否正常。不僅癌症藥物研究如此,在許多新藥研發或生物檢測時,生物晶片可以提供大量生物資訊以供研究。

**不再是瞎子摸象

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生物晶片帶來的改變是驚人。沒有生物晶片之前,必須一個個基因去做實驗,更麻煩的是在人類基因解碼(2000年)之前,對基因了解也有限,我們必須選少數幾個可能影響的基因去測試,如果失敗必須再重試,一直重複trial and error過程,不僅浪費時間,而且看不到全部完整的基因變化情形,就像是瞎子摸象。
過去需要專家累積多年經驗,先找出可能基因再進行測試。現在生物晶片把可能影響人類生物功能的所有基因片段(一般認為是4到10萬個基因)全部測試,速度快而且有完整性資訊。過去是瞎子摸象,現在至少可看見大象的整體輪廓,雖然還是模糊。
生物晶片讓研究的進入障礙降低,因為不需要專家多年研究,先篩選可能影響基因。只要有錢、買得起生物晶片,可能幾個星期時間就會超過從前老專家的多年研究。生物晶片改變整個思考模式、研究方法,就像電腦從真空管走向矽晶片,整個典範已經轉移,與之相關的周邊也隨之改變。

**未來的三個改變

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對未來的改變會發生在三個面向,首先在疾病檢測會更正確,因為不同病因會造成相同病症,比如頭痛可能是多種因素導致,如果醫生可以獲得更多完整資訊,就能更正確判斷病因,像生醫中心研發的發燒晶片就是希望能快速找出發燒原因。
第二個改變發生在新藥研發,藥物研發是很複雜過程,藥物必須對某些人體組織有效,卻不能影響到其他部份。目前是以動物實驗找出幾萬個組合成分,再分別篩選。新藥研發之所以昂貴,就是把許多錢浪費在失敗成本。如果透過生物晶片可取得完整資訊,建立資料庫分析,就能讓新藥研發更合理化,避免發生已經進入後期階段才發現失敗的情形。未來,勢必能降低新藥研發成本與時間。
第三個改變是有助個人化醫療的出現,人類基因雖然大抵相似,但30億個基因片段卻有3、4百萬個是因人而有不同,藥物的療效可能因此而異。所以有時候醫生叫你試這種藥看看,沒效果再換另種,其實就是個人化醫療差異。如果能先掌握個人基因差異特性,就能更有效治療。

**是內容資訊產業而非製造業

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生物晶片發展大約10年的時間,台灣在兩、三年前開始投入,技術差距不是很大。但以微陣列晶片來說,目前全球市場一年約50萬片,每片價格約200至300美金,總值不到2億美元,全球市場規模算小,原因是只限於研發使用,數量仍少。而一般臨床醫療使用則因為價錢過高、穩定性不足、操作技術過難,而無法採用,造成生物晶片的應用市場狹小。台灣如果要發展生物晶片,必須解決這些問題,將生物晶片推向臨床醫療使用。
我相信基於台灣在製造導向、生物工程技術的優勢上,可以做到成本降低、效果穩定可信,工研院目前也研發出生物晶片量產技術,能進行量產、控制品質。台灣同樣能基於資訊產業的優勢發展生物資訊,生物資訊對於生物晶片的解讀具有重大意義。
雖然台灣具有發展生物晶片優勢,但要提醒一點,應該把生物晶片視為內容產業,不應該是產品導向,重點不在晶片本身,而該重視內容、資訊。
台灣希望發展生技產業成功,絕不是用製造產業模式!

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總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁
總統科學獎揭曉!梁賡義院士、葉均蔚院士用創新與堅持,寫下臺灣科學光輝新頁

【總統科學獎】宗旨在於提升臺灣在國際學術界之地位,獎勵數理科學、生命科學、人文及社會科學、工程科學在國際學術研究上具創新性且貢獻卓著之學者,尤以對臺灣社會有重大貢獻之基礎學術研究人才為優先獎勵對象。

2025年11月11日,總統科學獎頒獎典禮於總統府正式舉行。2001年設立、每2年頒發1次的總統科學獎,今年已邁入第13屆,本屆的2位獲獎者,分別是生命科學組的院士梁賡義、工程科學組的院士葉均蔚。2位臺灣的科研泰斗,不僅全心全意投入創新,更樹立了典範,成為所有科研人員的榜樣。

總統賴清德在致詞時,引用諾貝爾和平獎得主曼德拉(Nelson Mandela)的話指出:「在事情完成之前,一切都看似不可能。這說明了2位院士的故事,他們對未知世界保持熱情、好奇,認真從基礎研究做起,並堅持努力到最後一刻,成功終將屬於他們。」

2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
2025年總統科學獎得主,生命科學組 梁賡義 院士(右)、工程科學組 葉均蔚 院士(左)。
圖/ 數位時代

梁院士開創廣義估計方程式 ,加速新藥問世,造福千萬病患

從數學跨足生物統計、再投身高等教育與國家衛生的梁院士,從小就喜歡數學的嚴謹,在美國華盛頓大學攻讀博士期間,因為接觸到當時炙手可熱的「存活分析」,進而對生物統計產生興趣,「投入『生物統計』是條不歸路,因為我發現,統計工具的發展,可以對人類健康有間接幫助。」後來,他前往美國約翰霍普金斯大學任教,又與同事Scott Zeger研發出新的統計方法「廣義估計方程式」,突破了傳統分析方法必須假設所有樣本獨立的侷限,讓長期追蹤資料的解讀更嚴謹,也成為全球健康研究不可或缺的工具。

梁院士研究做得出色,卻不只將心力擺在學術上,他更心心念念著臺灣的發展,持續關心高等教育、國家衛生等領域。他在美國任教的28年間,幾乎年年暑假,都返國舉辦研討會,分享國際生物統計和流行病學的新知。2010年,他乾脆辭去教職,回臺擔任國立陽明大學校長,將陽明大學打造成醫學、人文並重的全人大學。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予梁院士。
圖/ 數位時代

2017年,他又接下國家衛生研究院院長一職,並在新冠肺炎爆發期間,擔任中央流行疫情指揮中心研發組組長,與阿斯特捷利康(AstraZeneca)簽約,採購1千萬劑疫苗,完成防疫任務,「所以獲得總統科學獎,不僅是個人的榮耀,更是國家對全人教育的推動、公共衛生實踐,以及任務導向的研究重要性的肯定。能在其中有一些貢獻,我深感榮幸。」

高熵合金之父葉院士,堅持不懈打破材料學定律

被譽為「高熵合金之父」的葉院士,打破材料學界以1~2種主元素為基底的傳統,開創出能讓數十種元素混合的「高熵合金」,為元素週期表注入嶄新生命力,在半導體、智慧機械、綠能科技、國防與生醫等領域帶來突破性的應用。過去合金多以單一金屬為主,再加入少量元素微調性質,金屬種類愈多反而愈脆、延展性與硬度下降,使應用受限;然而高熵合金卻反其道而行,以4、5種以上金屬融合,展現出更佳的延展性、耐腐蝕性與硬度,重新定義合金的可能性。

令人驚訝的是,30年前葉院士提出高熵合金構想時,曾被質疑「觀念錯誤、毫無可能」。他不畏質疑,透過紮實的實驗與論證,於2004年一口氣發表5篇高熵材料論文,為高熵合金命名、定義並奠定理論基礎,後續更平均每年發表逾10篇研究,提出高熵效應、嚴重晶格扭曲效應、緩慢擴散效應與雞尾酒效應等核心概念,開創全新的材料科學典範。

數位時代
賴總統親自頒發「2025年總統科學獎」殊榮予葉院士。
圖/ 數位時代

如今,高熵合金不只在學界掀起熱潮,更成功落地產業。「學以致用非常重要!」葉院士強調,學術研究不該停留在象牙塔,而應投入產業、協助解決關鍵瓶頸。他不僅與國立清華大學共同成立「高熵材料研發中心」,也創辦全球首家高熵材料公司,推動技術轉移與產業升級,讓高熵合金真正走向世界舞臺。

所有總統科學獎得獎人的科學成就及重要貢獻,不僅提升臺灣學術聲譽及國際競爭力,對於增進人類生活福祉更有深遠的影響,實為臺灣學術界的最高典範。而本屆梁院士、葉院士2位得獎人終身投入科學探索、人才培育的成果,嘉惠了整個社會,更成就跨世代的深遠影響,為臺灣科學寫下光輝一頁。

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