下一波世界「核爆級」產業 臺灣Semi-Bio半導體生醫一觸即發!?(一)

撰文記者 吳培安
日期2022-11-09
下一波世界「核爆級」產業 臺灣Semi-Bio半導體生醫一觸即發!?

臺灣被譽為「矽盾」的半導體產業鏈,全球高度依賴,結合半導體+生醫Semi-Bio,也為生醫帶來精采用途,生理檢測、基因定序、神經調控晶片、CDMO、醫療AI······未來數位醫療顛覆性創新,半導體+生醫的Semi-Bio成為「核爆級」引擎。
Semi-Bio潛力無窮,被半導體人形容為「美麗新世界」。許多人還在開發醫療AI ?有團隊一個「黑盒子」,讓醫療設備就地AI!
更有團隊默默掌握下世代生醫晶片交錯組合系統技術 Total Solution,繼Bio ICT後,Semi-Bio可能才是臺灣真正能領先世界的優勢新藍海!
不過,即使是半導體製程世界第一的臺灣,至今仍沒有創造取得完全批准的上市產品,台灣Semi-Bio已在冰山下,一觸即發,等待即刻引爆!
但兩個專業領域碰撞,究竟遇到哪些困難?如何衝破冰封大山?
本刊為您帶來全臺首次、最完整的Semi-Bio大調查!

撰文:吳培安、劉馨香
採訪整理:吳培安、劉馨香、王柏豪、彭梓涵
資料研究:吳培安、劉馨香、王柏豪
攝影:吳培安、劉馨香、彭梓涵、羅翊方
美術設計:黃黛鵑


一場COVID-19大流行,讓世界再度看見臺灣······。

不僅在於各國淪陷時,只有臺灣成功守住邊境防疫,隨之而來的晶片供不應求,以及中美局勢變化,全球產業鏈大震盪,更讓世界體認到掌握半導體先進製程技術的臺灣,是全球晶片供應鏈的關鍵樞紐。

臺灣半導體坐穩被全球譽為「矽盾」的稱號,各國對臺灣半導體供應量能的依賴,甚至成為臺灣在國際外交上的談判籌碼,成為名符其實的「護國神山」。

不只是半導體產業自身,半導體更能透過晶片創造異業結合的加乘優勢,為其他產業帶來顛覆性創新,生技醫療也不例外。

近年來,在政府倡議下,國內生醫+資通訊(Bio-ICT)大行其道,多家電子業大哥也大鳴大放,成為新一波Bio顯學。

但事實上,半導體晶片和生醫的整合應用,早已在檯面下翻滾十幾年、並汰選出一批來勢洶洶且身懷絕技的醫材新創,相對低調的他們,也正積極透過臨床合作,希望一旦浮上檯面,能在未來10年內,一舉成為頭角崢嶸的國際新秀。

立法院在去(2021)年底三讀通過《生技醫藥產業發展條例》,將舊版的《生技新藥產業發展條例》所定義的補助對象擴大,除了新劑型新藥、精準醫療、再生醫療、數位醫療外,更加入了「創新技術平台」,也讓半導體有了絕佳的切入點。

這些結合半導體和生醫的「Semi-Bio」新兵,儘管目前規模還不大,但因為掌握Semi-Bio「掐喉」技術,有望為臺灣在全球的生技產業帶出下一波「核爆級創新」!

為此,本刊編採團隊進行了全臺首次、最完整的Semi-Bio大調查。

截至目前為止,臺灣已經累積有將近50家業者,從不同的角度,將半導體的知識與經驗導入生醫應用。


不只是半導體產業自身,半導體更能透過晶片創造異業結合的加乘優勢,為其他產業帶來顛覆性創新,生技醫療也不例外。(圖/freepik)

Semi-Bio之一:小而美、快又準的生醫檢測工具

POCT檢測應用  創投的吸睛選題

來到比鄰新竹科學園區的交通大學,這裡是孕育臺灣積體電路(IC)設計及半導體製程人才的重鎮。

2021年2月與陽明大學合併為陽明交通大學後,更加速了生醫電子跨領域結合的腳步。

陽明交大副校長李鎮宜,現在同時是行政院科技會報辦公室科技政策諮詢委員,正是國內鑽研生醫感測晶片10餘年的先驅級學者。其專長包括積體電路設計、低功耗晶片系統、機器學習、智慧感測、智慧終端裝置等,交大學子間相傳,修過他的課程,等同拿到一線IC廠的入場券。(參見《環球生技月刊》Vol. 96)

提到生醫晶片,談吐溫和的李鎮宜都難掩自信。他表示,半導體晶片能讓生物分子檢測裝置的體積大幅縮小,甚至是變成只有手機一般大小、用電池就能驅動的可攜式裝置,就能將其應用在定點照護檢測(Point-of-Care Testing, POCT)上,而這正是目前連國外生醫創投都眼紅的吸睛選題。

陽明交大衍生公司瑞禾生技(NEAT Biotech),同樣也是利用半導體製程的晶片,投入不限於疾病檢測的POCT應用。其研發之「介電泳免疫分析生物感測平台」,能將免疫分析、介電泳與電化學安培檢測法,整合在可拋棄式小面積晶片的無標記定量生物晶片感測器平台(Label-Free Biosensor Platform)上。

目前,瑞禾生技正與陽明交大、亞洲大學、屏科大等大專院校,進行細胞、食品安全、動物醫療等相關檢測技術的技轉研究; 並同時和業界合作,與安肽生醫和泉沂醫學分別合作開發臨床疾病之檢測。又為了後續POCT及晶片產品自動化量產,協同漢民科技、聯毅科技進行製程開發。


陽明交大副校長李鎮宜,現在同時是行政院科技會報辦公室科技政策諮詢委員,正是國內鑽研生醫感測晶片10餘年的先驅級學者。(攝影/羅翊方)

高度靈敏、簡便迅速的急重症生醫檢測晶片

再來到內湖科技園區內的永加利醫學科技(VSense),則是國內最早投入半導體生醫感測晶片的代表性業者之一,公司經過多年鑽研,已經將生物探針成功鍍上經過表面加工的晶片。

曾在網路科技創業成功獲利出場的VSense董事長瞿志豪,現在雖然是穿梭在新創圈的知名業師,但他目前親自專注經營VSense。他說,半導體生醫應用的最大優點就是快又準,其透過電訊號代替傳統的光學感測,不僅可以將靈敏度提升到非常高,還可以將篩檢出爐的時間縮到很短,使得POCT變成半導體生醫應用最適合的題目。

瞿志豪舉例,急診室最為致命的心肌梗塞檢測,經常使用在心肌壞死時會釋入血流、使得血中濃度上升的心肌旋轉蛋白(Troponin,又稱為肌鈣蛋白)作為生物標記。 

雖然,目前醫院已經普遍採用醫材檢測大廠的心肌旋轉蛋白檢驗設備,但即使是測出陰性,醫師常常還是不敢確定,會把患者留管在繁忙的急診室,間接占用急診有限的醫療資源。

「這時如果有一項靈敏度極高、又能快速提供結果的檢測方式,對患者或醫院來說都是好事。」瞿志豪說,心肌旋轉蛋白之半導體生醫晶片檢測,也因此成為VSense積極開發的項目。

但除了VSense,國內還有數家開發半導體生醫感測晶片的新創也投入這個熱門選題。其中,包括由曾共同創辦台灣神隆的生技老將詹維康所創辦的瀚源生醫(Helios Bioelectronics)。

曾寫下臺灣原料藥新扉頁的詹維康,當他再披上創業戰甲,「希望能開發出一個自己Domain (版圖)的技術平台,能自己決定產品,應用於改善病人的治療和命運」時,他看上了臺灣具全球優勢的半導體業。

詹維康與中央大學化材系陳文逸教授、交通大學生技系楊裕雄教授合作,運用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」。「臺灣能自主開發生醫檢測晶片產品,將不再受制大廠,不再僅是代工,這對臺灣很具有指標性意義!」他說。(參見《環球生技月刊》Vol. 95) 

詹維康表示,這項關鍵技術最大的優勢,在於無須經過標定步驟,也不需要像是核酸PCR必須放大微量生物分子,使得操作流程更加簡便,就能檢測任何具電性差異的標的物,包括蛋白質、核酸、細菌、細胞等。

瀚源生醫現已開發出兩種不同的半導體生醫感測晶片:奈米線FET用於心血管疾病的心肌旋轉蛋白檢測,以及難以診斷的胰臟癌之生物標記偵測;奈米板FET,則是具有多工特色,一次可以量測多種微小RNA(miRNA)的表現圖譜,可應用在疾病檢測或藥效監測。

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。詹維康笑說,「臺灣什麼電子都做得出來。」


詹維康開發出一套能直接感測分子電性為原理的「Bio-FET生醫感測晶片系統」。圖為瀚源生醫董事長兼執行長詹維康。(攝影/劉馨香)

精準治療、傳染性疾病檢測新利器

半導體晶片也被驗證是傳染性疾病的檢測利器。例如臺灣在新冠肺炎疫情期間,許多成功拿到衛福部食藥署(TFDA)緊急使用授權(EUA)資格的業者,產品製程都有著半導體的色彩。

2021年底取得EUA資格的矽基分子電測科技(Molsentech),就是半導體生醫感測晶片開發的最佳案例。

在曾任職於中研院物理所研究職的褚家容博士帶領下,團隊成員也多半來自中研院量子電子元件實驗室團隊,他們憑藉掌握了半導體晶片設計製作、自動化系統整合、生物探針分子表現修飾等技術核心,並始終相信具高靈敏的生醫晶片會實現讓疾病「早期發現,早期治療」,於是踏上創業之路。

團隊也成功克服漏電以及製程穩定度挑戰,讓晶片能夠直接接觸檢體溶液執行檢測分析,成為目前唯一真正以半導體感測原理,開發出新冠病毒核酸快速檢測晶片,又獲得EUA的檢測廠商。

其他取得EUA資格的檢測業者中,瑞磁生技(Applied BioCode)、博錸生技(PlexBio),皆在製程中採用以矽晶圓半導體製程和獨家條碼技術,大量生產能夠與核酸或抗原結合的晶片。兩家公司也持續深化傳染性疾病檢測和癌症檢測開發。

由台灣精準醫療產業協會理事長李鍾熙創辦的奎克生技(Quark Bio),則是採取晶片實驗室(Lab-on-a-Chip)概念,透過半導體技術結合微流道設計開發晶片,在晶片上預先裝載引子和探針進行反應,再透過偵測螢光訊號,快速完成核酸擴增反應,並專注開發精準腫瘤醫學、疾病診斷和生育治療之解決方案。


由褚家容執行長帶領的矽基分子電測科技,成功在2021年底為其半導體生醫感測晶片取得新冠肺炎緊急使用授權(EUA)資格。(攝影/吳培安)

高靈敏、輕量化裝置開發新戰場

臺灣開發精密設備的長處之一,就是將大型儀器小型化,運用半導體晶片的高靈敏度優勢,以打造更小的POCT裝置,就是一個良好的切入點。

例如,奈捷生技(INSTANT NanoBiosensors)利用光纖結合奈米粒子與微流體做為快捷感測器,也同樣在創新技術產品化上擦出火花。

在生化儀器銷售闖蕩20年的奈捷執行長鍾尊智,當他遇見了中正大學化學暨生物化學系王少君、周禮君兩位教授所發明,集結了光纖、奈米微粒、微流體晶片三大技術,他以銷售人的市場嗅覺,「這就是臺灣精密製造工藝的充分展現,應該被世界看見的臺灣優秀技術!」

這套檢測原理跟瑞磁生技的Biocode如出一轍,只是光源以光纖作為媒介,將特定抗體透過奈米金鑲嵌在光纖上,再將LED光源打入光纖、產生多次全反射,誘導奈米金產生共振,只要光纖外側的受體與分析目標結合,就會產生訊號變化,進而測得分析物濃度的高低,並同步取得抗體-抗原間動力結合曲線與親和力資料。

這項技術可使檢測設備的體積大幅縮小,並將靈敏度拉得更高,只要3個簡易操作步驟、等15分鐘,就能做到大型實驗室頂級設備的分析偵測水準。「就像把醫院握在手掌上。」鍾尊智形容。

近期,奈捷鎖定阿茲海默症的檢測需求市場,正和臺灣、美國、英國、荷蘭積極合作臨床試驗進行中,據了解,今年奈捷將有望與某國際知名醫材大廠建立合作。

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>>本文刊登於《環球生技月刊》Vol. 100

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