昨(17)日，華淵鑑價與環球生技主辦、中華財富傳承顧問協會協辦「大師開講：半導體x生醫現在進行式」線上研討會，特別邀請到從電子跨域生醫領域將近20年的陽明交通大學副校長李鎮宜，解析半導體製程有哪些特色與限制，並從實際案例分享半導體生醫晶片的機會與挑戰。

華淵鑑價總經理陳淑琴表示，半導體已經開創了人工智慧和物聯網的全新革命，究竟如何以半導體業現有的技術、資源、經驗、模式，來幫助臺灣生醫產業的發展，是許多人關切的問題。

李鎮宜表示，臺灣已經有良好的生技醫藥基礎，如果能結合臺灣在半導體晶片製造與設計上的優勢，將能讓臺灣生技在國際舞台上進一步躍升。

李鎮宜指出，即時感測、運算、網路等科技進展，帶動了更完善的醫療照護體系；此外，更快更準的基因定序、細胞治療所必需的細胞品質檢測，乃至加速藥物開發時程、減少動物試驗等，都是半導體可切入與發揮的領域。
 

釐清半導體製程優勢與限制 建議採標準製程

不過，李鎮宜表示，大家務必要認清半導體製程的特色與其限制，在投入之前仔細評估。

他首先介紹半導體製程的特色，在於極微小(奈米等級)的元件尺寸，使其具有極高的靈敏度，能涵蓋小至細胞、分子層級的檢測。例如，Oxford Nanopore的第三代定序技術，就是以半導體元件來達成。

半導體還具有高度整合性，一片高階運算晶片就整合了數百億顆電晶體，進一步造就其強大的運算能力、儲存容量，也能整合多種功能。而臺灣半導體業擁有從設計、製造、測試到封裝的完整生態系，透過晶片設計自動化軟體，更不斷提升製造良率。

李鎮宜強調，現今無線通訊、人工智慧(AI)等晶片都有軟硬體整合的設計方案。將軟體放入晶片中，也會是半導體生醫晶片的重要發展方向。

接著，李鎮宜指出，以半導體製作生醫晶片所需的時間與成本非常高。光是完成晶片驗證與雛形系統，至少需要一年以上的時程，尤其是其中的光罩(Mask) 相當昂貴，需要達到一定的量產規模，才能分攤成本。

若生醫業者還需要請晶圓廠為其客製化調整製程參數，則研發難度、時程、成本將不斷往上疊加，晶圓廠也可能會拒絕接單。

因此，李鎮宜認為，半導體生醫晶片的設計應盡量採用標準製程，以降低研發和製造成本。
 

半導體生醫晶片案例分享：生理感測、電刺激治療

李鎮宜從2004年起投入生醫應用研究領域，研發包括無線智慧心電圖(ECG)感測晶片、智慧電刺激治療晶片，以及可程式化實驗室晶片。

李鎮宜表示，不同類型的晶片，輸出和輸入訊號的介面不同。像是心電圖感測晶片與電刺激晶片，都需要處理微弱的電訊號(uV~mV的電壓準位變化)，且需考慮量測時的雜訊，以適當方式降低雜訊後找到生物標記(biomarker)。

實驗室晶片則涉及到生物樣本、試劑等物質，需要進行樣本前處理，再導入特定的生物檢測流程「Bio-Protocols」，並將其轉換成電訊號進行運算分析。

李鎮宜進一步介紹，團隊當初開發出全球第一個具有感測與分析的心電圖晶片，不僅整合多種功能，且裝置輕薄短小、功耗低，然而，仍面臨取得醫材認證與商業化的巨大挑戰。其團隊成員後續創辦的公司，因此轉而進攻需求量更大的運動健康市場。

至於電刺激治療晶片，是由陽明交大電子所、中山與長庚醫療團隊合作開發，為植入式閉迴路(Closed Loop)晶片，當偵測到不正常的腦電波後，啟動特定的電刺激，來治療癲癇或是帕金森氏症。

李鎮宜表示，相較於心電圖感測晶片，電刺激晶片兼具感測與治療功能，雖然市場更小、開發難度更高，但一旦取得醫材認證，效益也將更高。而其價值不僅在於晶片本身，更在於由晶片衍生出的全方位解決方案(total solution)。
 

可程式化實驗室晶片 應用擴展潛力大

李鎮宜實驗室目前著重於開發可程式化實驗室晶片(Field-Programmable Lab-on-a-chip, FPLoC或稱為BioFPGA)。

該晶片以微電極點陣列(MEDA)為基礎，結合了微流體操控技術，能操控樣本的切割、移動與混合；電容感測技術(capacitive sensing)，能精準定位樣本位置，感測樣本的3D立體構造；溫度控制技術，能夠直接控制特定位置的溫度；還有依照需求調整管道(channel)寬度和儲液區(reservoir)大小，可搭配顯微影像或電性特性檢測等多種功能。

李鎮宜指出，可程式化代表他們能根據檢測需求，透過軟體設定Bio-Protocols，達成自動化檢測，因而能降低一般生化實驗室，手動操作時的人為誤差，進而提高可重複性與可靠性。

在應用方面，李鎮宜團隊開發出恆溫環狀擴增法(LAMP) PCR的檢測晶片，於美國的醫院進行臨床驗證中，初步成果佳，正在測試搭配不同試劑的方案。

李鎮宜也與日本京都大學iPS細胞研究所基金會(CiRA Foundation)合作中，期望開發自動化的細胞品質檢測，讓未來iPSC治療技術的價格親民、嘉惠更多人。

李鎮宜強調，其晶片就是以台積電的標準CMOS製程來製作，而同樣晶片搭配不同的Bio-Protocols，就能應用在不同項目上，應用潛力大。而標準製程加上大量的市場需求，將能使其晶片的成本大幅降低。
 

跨領域整合 把握高成長新機會

會後，與會觀眾對半導體生醫應用表現強烈好奇，現場發問相當踴躍。

針對觀眾提問從技術到落地臨床之間的鴻溝，李鎮宜也坦言，醫療規範嚴謹，半導體醫材開發難度高，需要確保有豐沛且長期的資金支援，才能熬過可能長達十多年的開發過程。

李鎮宜認為，或許先從其他較簡單的領域切入，先獲得市場認同，再擴展技術的應用範圍，會是一種解決方法。

而針對半導體生醫產品的買單者(buyer)，李鎮宜認為在臺灣，由於習慣使用健保，可能需考慮結合保險業者；在國外，對於新方案接受度較大，尤其如果是「破壞性創新方案」，將能獲取現有市場和創造新市場。

李鎮宜表示，過往他的學生大部分在畢業後，仍偏好前往科技業，不過近年來，李鎮宜的生醫晶片頻繁與國外頂尖團隊合作，也讓學生看到半導體結合生醫研究，是一項高成長性的新機會，進而吸引較多的學生願意留下。

李鎮宜最後表示，他期待在半導體與生醫跨領域的合作與整合下，能創造出1+1大於2的效益，讓我們邁向精準健康新生活。

(報導/劉馨香)