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台大開發能早期發現癌症的平價檢測裝置

上網時間: 2016年01月22日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:癌症  檢測  台灣大學  MEMS  半導體 

如果有一種廉價的桌上型檢測裝置能被醫療院所廣泛採用,或許癌症的早期發現將成為常態──而且其關鍵在於,該種裝置能在病灶還只有5mm大小、大多數時候能輕易用外科手術切除的時候就被偵測出來。

上述技術是台灣大學電機資訊學院(Electrical Engineering and Computer Science,EECS)的開發成果,台大電機系教授田維誠表示:「這種可攜式微型氣相層析系統(micro-gas chromatography system),能檢測出顯示肺癌患者的揮發性有機化合物,以及癌症的發展階段。」

該微型氣相層析系統的軟體是由台大資工系教授曾宇鳳(Yufeng Jane Tseng)編寫,其他參與此裝置研發的人員還包括台大電機系教授李嗣涔、聯發科技-台大創新研究中心主任/台大電機系教授呂學士,以及台大研究生郭峻延(Chun-Yen Kuo)、王三源(San-Yuan Wang)、黃柏愷(Po-Kai Huang)、郭柏宏(Po-Hung Kuo)、謝維哲(Wei-Che Hsieh)、黃彥銘(Yen-Ming Huang)、游世安(Shih-An Yu)與曾德軒(Te-Hsuen Tzeng)。

台大團隊開發的肺癌檢測裝置
台大團隊開發的肺癌檢測裝置
(來源:EE Times)

這種微型氣相層析系統的作用像是酒測器(breathalyzer),能讓病患呼氣來偵測典型肺癌的生物標記化學成分;而由於該裝置的檢測能力達到15PPB (part per billion),因此可以在惡性腫瘤仍能以手術切除的階段就發現它的存在。

市面上也有其他類似的層析系統,但體積通常很大、價格高昂,並需要經過特殊訓練的檢測員,很難成為醫師日常執行的檢查項目;而事實上,另一種在檢測癌症的敏感度上能媲美該微型氣相層析系統的「小型探測器」,是經過訓練的狗狗(當然,牠們恐怕也沒辦法一直待在醫師的診間)。

台大校長楊泮池在接受EE Times美國版編輯訪問時表示:「我們相信若能利用這種廉價的桌上型微型氣相層析系統,在非常早期的階段檢測出肺癌的生物標記,將造福國際社會。」

微型氣相層析系統的內部架構
微型氣相層析系統的內部架構
(來源:台灣大學)

微型氣相層析系統在尺寸上的終極限制,是進行精確檢測所需的長飛行路徑(flight path)──也就是量測一個分子到達探測器的時間,以計算其原子重量──台大的微型氣相層析系統採用一個長微流體通道,能在小尺寸裝置中放進更長的距離。田維誠指出:「我們的終極目標是讓微流體裝置能縮小到可放進智慧型手機。」

目前台大團隊開發的桌上型尺寸微型氣相層析系統,內部的關鍵零組件包括一個微機電系統(MEMS)預濃縮器(pre-concentrator)、用以將呼氣樣本凝結成液體,一個以微流體製作的獨立圓柱體、能在小尺寸裝置內放進更長的飛行路徑。

還有一個CMOS通用氣體檢測器與校準電路,一個能讀出每個被檢測到的生物標記之高解析度量測值的低雜訊電路,以及由台積電(TSMC) 350奈米製程生產的系統單晶片(SoC),內含特製數位訊號處理器(DSP)單元,能識別、量化生物標記。

層析系統的輸出顯示典型肺癌的化學成分,曲線的高度代表其嚴重性
層析系統的輸出顯示典型肺癌的化學成分,曲線的高度代表其嚴重性
(來源:台灣大學)

編譯:Judith Cheng

(參考原文: EEs & CSs Create Early Stage Lung Cancer Detector,by R. Colin Johnson)





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