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电子「致癌」变「治癌」
MEMS感测技术将成绝症杀手

【作者: 朱致宜】2011年03月03日 星期四

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癌症是蝉联多年首要国人死因。根据卫生署统计,每13分钟就有一个人因癌症过世,癌症的杀伤力放诸四海皆准,世界各国无不积极寻找治癌良方。


癌症特有蛋白质气味 嗅得出来

美国、日本正在发展「癌症探测犬」,透过狗儿灵敏的嗅觉,早一歩嗅出癌细胞所产生的蛋白质气味。这是因为生物体的嗅觉结构相当复杂,人可以藉由气味味源物质与嗅觉感应细胞的结合,判断出350不同的气味。人体中约有4000万个嗅觉感应细胞,而狗则有10亿个,难怪狗的嗅觉判断非常灵敏。


要设计出逼近生物嗅觉能力的感应设备,并不是直接检测分子,而是读取部份的分子结构。以色列科技学院研发的「电子鼻」,就是一种强调逼近生物嗅觉能力的奈米感测器阵列,在矽基板上采用金奈米粒子(gold nanoparticle),电极上覆盖的奈米粒子会因为吸附呼吸中的癌细胞分子而改变电流传导,并依照不同传导来区别癌症种类、甚至是早期症状。


其实,现在实验室中的气相色谱分析已经算是普遍,但是由于在机体中需要安装气罐,体积一直无法有效缩减。如果使用MEMS(微机电系统)技术,就可以有效缩减感测器的体积。如瑞士学者就利用MEMS技术开发含原子力显微镜的悬臂,气体吸附于高分子膜上会造成变形,藉由不同的变形弧度、可侦测出浓度。在同一封装内如置入多个悬臂,就可以达成感测多种气体的目标。



《图一 MEMS传感器可根据涂布吸收性聚合物的微结构振动变化识别气体(Sorce:IMEC)》
《图一 MEMS传感器可根据涂布吸收性聚合物的微结构振动变化识别气体(Sorce:IMEC)》

癌细胞微观世界

除了透过气味检测揪出「异味蛋白质」,在肿瘤检测时,常需要使用内视镜,无论对医生或者病人都是高度耗时耗力的挑战。而且,各器官并非固定不动,会随着人体的姿态或坐或躺而改变位置,这样一来,不仅不易定位、也较难判断放射线是否以预期的浓度照在肿瘤之上。


此时MEMS技术同样能派上用场,普渡大学把米粒大小的MEMS侦测器植入体内,作为体内指挥的探测骑兵。可以透过麦克风振动膜侦测声音的反射波,借以传输讯息给量测器。不仅能够正确定位,还能够侦测肿瘤所接收到的辐射波量。不过,目前这款侦测器还未达到真正的微型化,仅能作到硬币大小。


另外一种作法则是MEMS整合CMOS的显微图像传感器,镜头可以小达8毫米,可放大的细胞则小至10-20微米,用更小的镜头检视更大倍率的微小结构。玻璃纤维束的尖端可以发射雷射光束,照亮探测可疑患部组织,再将反射光束传输到外部的传感器。


3D MEMS分辨好坏细胞


《图二血液细胞分选系统 (Source:www.layaoba.com)》
《图二血液细胞分选系统 (Source:www.layaoba.com)》

MEMS与CMOS技术的整合备受瞩目,由于可以在高精度、小尺寸和低功耗方面表现好成果,现在连消费性电子都开始布局。不过,要量产就得降低成本,要降低成本,3D-MEMS封装技术则是位于枢纽之位,主要是透过矽通孔技术(Through-Silicon Via;TSV),把晶片堆叠起来制成3D封装,当解析度达到10:1时,就能有效应用在生命科学领域。


过去,传统放射线治疗最让人诟病之处,就是破坏式治疗总是一并杀死正常细胞,明显的例子就是患者治疗后常有大量落发的现象。目前矽谷新创公司正在研发一项3D封装的MEMS技术,可以打造「细胞分选平台」,透过高速电池驱动,以光学的折射、反射作用替血液做分类,再进行连续且精确的监测。不仅对癌症有效,细胞治疗部份,对于免疫系统失调、慢性心脏病…等疾病都有疗效。


过去,电子产品所产生的「电磁波」一直是民众避之唯恐不及的致癌物,不过,现在可能要反其道而行,因为透过更精密细微的零组件,「电子致癌」可能要转化为「电子治癌」了。


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