生物工程聯(lián)姻電子技術——個人化醫(yī)療新時代即將到來

學術領域的專家認為，生物工程研究人員與嵌入式系統(tǒng)設計工程師開始為個人化醫(yī)療新時代開發(fā)設備的時候到了。

在近日于美國舉行的嵌入式系統(tǒng)大會(Embedded Systems Conference，ESC)上，美國加州大學柏克萊分校生物工程教授Luke P. Lee表示，各種開發(fā)中的奈米級零件將激活可提供客制化健康照護服務的手持式設備，這類系統(tǒng)會是創(chuàng)新的生物工程組件與現(xiàn)有的計算機、消費性電子技術的共同結晶。

Luke Lee,加州大學伯克利分校生物工程教授

“我預測──或者說是希望，我們已經(jīng)邁向生物科技基礎研究的最后階段，并將實現(xiàn)結合IT、生物科技與奈米科技的個人化、預防性與預測性新應用。”Lee實際是在十年前才投入學術領域，在此之前曾任職于美商TRW等電子公司；他想象中的未來醫(yī)療設備可每周檢測個人的生理信息，并以非常敏感的生物標記為基礎，指導人們采取適當?shù)纳罘绞健?/p>

“舉例來說，這類裝置可以提醒你，如果用現(xiàn)在這種方式節(jié)食，你可能會有50%的機會罹患癌癥。”Lee并詳細介紹了過去十年來的多個研究計畫，這些成果已經(jīng)為分子級活體細胞量測技術帶來新視野。

Lee表示：“如果將這些奈米級傳感器與可拋棄式的微流體芯片(microfluidic chip)整合在一起，其它所需要的就只有光學式或是電子式的探測子系統(tǒng)，像是iPhone等可攜式裝置內(nèi)建的CMOS攝影機。”借用當紅iPhone的命名創(chuàng)意，他把這種結合手機與分子診斷系統(tǒng)的裝置昵稱iMD。

“很多人已經(jīng)做過這類的零組件等級實驗，現(xiàn)在該是把這些零件整合到嵌入式系統(tǒng)的時候了；”Lee強調：“我個人相信，如果我們能通力合作，這是可實現(xiàn)的。”

他并表示，在柏克萊等地都有許多研究人員正在開發(fā)所謂的“生物ASIC”；這類組件通常是在高/低電壓微流體信道中采用流體脈沖(fluid pulses)，有時候也結合微機電系統(tǒng)架構。生物ASIC是電子與自然科學領域概念的結晶；例如這些組件通常采用三層不同奈米級光罩蝕刻刻的信道。

還有一種裝置的設計，是模仿活體組織中的細胞存在條件，替生物性實驗創(chuàng)造一個比傳統(tǒng)皮氏培養(yǎng)皿(Petri dish)更具動態(tài)效果的環(huán)境。“我們需要為工程師打造一個做實驗的新平臺，以控制各種條件；因此我們需要創(chuàng)造新的培養(yǎng)皿。”Lee表示。

這類的生物ASIC基本上就是單芯片實驗室(lab-on-a-chip)，與傳統(tǒng)實驗室動輒數(shù)日的研究時間相較，這種裝置能在幾分鐘、幾小時之內(nèi)得出分子級測試的結果。

Lee并介紹了數(shù)個制作奈米級顯微鏡的方法，這種裝置可用來擷取活體細胞中分子元素的光譜圖紋。這類裝置所使用的結構，有部份是借用大自然中昆蟲的眼睛，能以流體壓力為基礎創(chuàng)造出穹頂式的數(shù)組；其它還有使用特制的、插入到細胞的充電架構。