攻克電感測晶片技術瓶頸 精準檢測人類疾病分子

老將詹維康新創瀚源 半導體大廠助攻實現國人生物晶片自主開發

撰文記者 王柏豪
日期2022-05-20
臺灣生技界無人不知的風雲人物詹維康,在「70正青」年紀創辦瀚源生醫,整合電子與生醫技術,希望為臺灣生技領域打造獨角獸公司。

臺灣生技界無人不知的風雲人物詹維康,在人生近70歲時創立瀚源生醫,帶領跨領域的人才,仔細拆解電性感測系統的技術瓶頸,並一一克服,不僅實現了電子技術與生醫技術的整合,還獲漢民科技策略投資、台積電將共同衍生新產品開發。瀚源以電學檢測為原理,開發出場效電晶體構成的半導體生醫晶片,成為精準醫療不可或缺的工具,可檢測蛋白質、核酸(如miRNA)、細菌和細胞等生物標的物,靈敏度高出了現有方法100倍之多。其中,心血管疾病肌鈣蛋白檢測,今年內就會有成果出爐。

撰文/王柏豪、劉馨香   攝影/劉馨香


去年,瀚源生醫一口氣獲得台灣生物產業發展協會頒佈的「2021 Taiwan Bio Award 傑出生技產業獎」之「潛力標竿獎」,以及「2021臺北生技獎」之「跨越卓越獎」銀獎。

上台頒獎的瀚源生醫創辦人、董事長暨執行長詹維康,一出場總是特別獲得在場人士的掌聲。

香港籍的詹維康在生技製藥產業擁有超過40年的經歷,他在1997年與馬海怡來臺共同創辦了台灣神隆,帶領神隆一步步成為臺灣最大的原料藥廠,寫下臺灣生技史上奇蹟的一頁。爾後,前後擔任天福生技總經理、泰福生技執行長,是臺灣生技界無人不知的風雲人物。

睽違多年,稱自己是「高級外勞」的詹維康,原來在退休享清福的「70正青」年紀,於2015年和2016年開始埋頭投入新創,緊鑼密鼓地連續創辦了有聯生技、奈力生醫和瀚源生醫三間公司。

其中,有聯於2020年11月與安基生技合併,交由國內另一位新藥研發專家黃文英博士,專攻特色新藥。

奈力生醫專注奈米藥物傳輸技術,也在2020年3月和台灣泰福團隊合作投入開發COVID-19病毒抗原重組蛋白疫苗。

詹維康自己最多時間、心力主要花在瀚源生醫上。

老將新創自是不同凡響。短短5年,瀚源生醫攻克了半導體與電感測技術的整合,開發出一套以「直接」感測分子電性為原理的「Bio-FET生醫感測晶片系統」,能檢測蛋白質、核酸、細菌和細胞等生物標的物,掌握分子等級的動態變化,高靈敏度、檢測結果即時,為人類追求精準醫學邁進了一大步。

這套感測系統由於無需標定、也無需放大微量的生物分子,操作流程更加簡便,同時,晶片微小的尺寸未來也適於開發用於定點照護檢驗(POCT)的產品。

「我希望能開發出一個自己Domain (版圖)的檢測技術平台,能自己決定產品,應用於改善病人的治療和命運。」詹維康說。

感測電訊號「直接」測量分子生理

詹維康觀察,「人類基因體計畫」(Human Genome Project, HGP)早在將近二十年前就已完成,不過,有了基因序列資訊仍然不足,一個人的基因表現、蛋白調控、細胞代謝等生物現象,才是真正影響疾病的根源。一個精準且快速檢測這些生物標的物的工具是不可或缺的。

自2015年美國前總統歐巴馬提出「精準醫療計劃」(Precision Medicine Initiative)以來,精準醫療也已成為全球生技醫藥界的顯學,「藉由將生理資訊、生活習慣、環境因素等,與健康、醫療資料結合,才能為每個人找到最適合自己的治療方案。」

「但是這麼大量的生理資訊和數據,如何測量、技術該怎麼解決?沒有一個工具是現成可用的。」詹維康說。

而現行常用的生理檢測方式,其實也還是一種「間接」量測,例如酵素免疫分析法(ELISA),會需要標定螢光分子、酵素或放射性物質,透過測量標定物質來推導待測物質的含量。「間接」的量測方法通常還有操作程序繁瑣、費時、無法即時偵測等缺點,而且每多間隔一個步驟,也會多一分風險。

擁有美國威斯康辛大學麥迪遜分校生物化學博士學位的詹維康,後來從生物角度找到了分子最共通的特色――「分子電荷」,「任何生物分子都帶有電荷,即使原先為電中性,只要調整環境(如酸鹼值)便可改變電性,感測電訊號是最『直接』的分子生理測量方式,而且電的轉變是非常即時的。」他說。

看準了這個檢測技術的缺口,「臺灣什麼電子都做得出來」,詹維康接著鎖定臺灣具全球優勢的電子、半導體業。

2016年詹維康與中央大學化學工程材料系陳文逸教授、交通大學生物科技系楊裕雄教授技術合作正式創立瀚源生醫,開始投入了結合半導體電感測的生物晶片技術平台開發。

漢民、台積電助攻研發國人自主生物檢測晶片 

團隊以場效電晶體(Field Effect Transistor, FET)為核心,這是一種藉由電場或電位改變導電通道的特性,進而控制電流大小的電子元件,已經廣泛應用在積體電路(Integrated Circuit, IC)中。

瀚源又將針對特定標的物的奈米探針固定在晶片表面上,當待測物質專一性地與探針鍵結,便會改變通過晶片之電流大小,透過運算晶片之電流即時量測出待測物質的含量。

「然而,過去電子晶片很難成功用在生物檢測上,是因為晶片必須是Dry (乾性)的,但生物沒有Dry 的,如何讓每個探針在跟生物標的物結合同時,還能保護電子材料不受潮濕?」

此外,生物晶片小量、多樣,跟半導體業追求規格化產能規模完全不同,研發過程中的一大障礙,常來自於晶片大廠無法接單。

「很幸運地,4年多前,漢民科技提供了一個閒置的6吋廠給瀚源盡情使用,在研發過程中,陪同來來回回修改產品設計達30、40次,最後還成為瀚源生醫的策略投資股東。」

詹維康進一步表示,後來疫情爆發後,全球晶片產能吃緊,連老舊的6吋廠都排滿訂單,但瀚源和漢民不僅已經完成奈米線場效電晶體(Nanowire FET)以及奈米板場效電晶體(Nanoplate FET)兩大技術平台,接著又從眾多生技企業脫穎而出,成為台積電最後留下未來計畫共同開發衍生產品的新創公司。

「一直以來,臺灣電子業雖然強盛,但厲害之處在於代工生產、量產,(包括目前幫Illumina代工生物晶片),至於生產的內容,卻都由他人決定。」

如今,瀚源掌握關鍵技術,打造能不斷延伸新用途的生物檢測晶片,未來,臺灣自主開發生醫檢測晶片產品,將不再受制大廠。

由於漢民科技是國際半導體設備領航者,幾乎參與了所有臺灣及東南亞地區晶圓製造廠的建廠與設立;台積電則掌握世界晶片製程關鍵技術。同時能獲得兩大半導體大廠助攻,讓詹維康至今仍一再強調瀚源「遇到貴人、非常幸運」。

 

靈敏度高出現有100倍 心肌梗塞、胰臟癌、敗血症檢測開發中 

瀚源的奈米線 FET檢測平台具有即時偵測、高靈敏度與高穩定度等多項優點,適合測量極微量的物質。在蛋白質檢測上,相對於市場現有方法,瀚源晶片的靈敏度高出了100倍之多。

目前,瀚源將奈米線FET晶片應用於檢測心血管疾病的肌鈣蛋白(Troponin),與胰臟癌等難診斷癌症的生物標記,「未來,也計劃應用於傳染性疾病的分子診斷。」

詹維康說:「當心肌受損、缺氧時,肌鈣蛋白會被釋放到血液中,若能即時偵測到微量的肌鈣蛋白,將能提早判斷患者是否發生心肌梗塞或預測其心血管問題,與時間賽跑搶救生命。」

而奈米板FET的特色是多工(Multiplexing),例如一次可有很多種miRNA探針,量測miRNA表現圖譜,因此適用於疾病檢測或藥效監測。

miRNA是細胞中調控基因表現、細胞凋亡與分化等功能的重要分子,已被證明與癌症、神經退化性疾病、心血管疾病等多種疾病有關。詹維康表示,藉由檢測患者的miRNA表現圖譜,是趨向正常人的類型,還是疾病類型,可作為疾病篩檢或是判斷藥物有沒有作用的依據。

此外,細菌感染造成的敗血症,也是瀚源開發中的快速篩檢的項目之一。敗血症是死亡率高達30%的急重症,但傳統上培養細菌、測試抗生素需要花費三、四天,醫師為了救急會先給予廣效性抗生素,等報告出爐再調整用藥。

詹維康表示,由於細菌的代謝過程會產生電性變化,以其晶片快速檢測細菌是否存在、哪一種抗生素有效,可避免錯誤對待非敗血症患者,並避免抗生素濫用造成抗藥性增加。


瀚源生醫開發的半導體生醫感測晶片,成為精準醫療不可或缺的工具。圖左為奈米線FET晶片,右為奈米板FET晶片。

跨域人才激盪 解析技術瓶頸

打從創立瀚源之初,詹維康就放眼全球市場,在晶片製造、晶片改質修飾、檢測開發分析、生物資料分析等技術和製程上,他都布局了全球性專利。

目前,瀚源的Bio-FET系統也與多個國際知名大藥廠與檢測廠合作開發中。

預期進度最快的心血管疾病肌鈣蛋白檢測,今年內就會有成果出爐。

一路走來,詹維康率領涵蓋製藥、診斷醫學、生物科技、半導體、IC設計、化工、化學等多樣領域的人才,在瀚源生醫這個舞台中辯論、衝撞與激盪,仔細拆解了電性感測系統的技術瓶頸,並一一克服,持續實現電子技術與生醫技術的整合。

「其實,整合電子與生醫,已是幾十年來常常被提出的舊概念了,」只是,迄今成功商品化開發的產品仍少之又少,「因為半導體和生物學兩方的人,拉、推不在一條線上溝通。」詹維康笑說。

現在,瀚源證實了半導體晶片可以應用在生物感測,並開拓了多個領域的應用方式,「臺灣半導體業不再僅是代工,而能根據實際需求設計出晶片,這對於臺灣很具有指標性意義!」

而今年剛滿75歲的詹維康,「人生經驗帶給我『自由』了,我不怕被人笑、也不怕失敗,」他抱持著「幫助他人健康」的熱情,以及想回饋二十多年來從臺灣社會收到的照顧,希望為臺灣生技領域打造獨角獸公司。

不過,心態豁達的詹維康,儘管期待瀚源有一天成為獨角獸,但認為「功成不必在我」,只要捫心自問「是否有比昨天走得更遠」……。


詹維康率領涵蓋製藥、診斷醫學、生物科技、半導體、IC設計、化工、化學等多樣領域的人才,仔細拆解了電性感測系統的技術瓶頸,並一一克服。

Profile: 瀚源生醫 Helios Bioelectronics, Inc.

項目 內容
成立時間 2016年6月
創辦人 詹維康
實收資本額 新臺幣132,768,456 元
主要業務
開發應用導向、具高靈敏度的Bio-FET平台,可檢測任何具電性差異的標的物,包含蛋白質、細菌、核酸(如miRNA)和細胞等,即時監測健康狀態,以提供精準醫療所需的資訊。

>>本文刊登自《環球生技月刊》Vol. 95