於今年4月初開始廣徵受國科會、中研院、教育部及衛福部補助的學研計劃成果報名的2024年「未來科技獎」，在經過初、複審的評審意見交流與嚴謹把關，最後評選出82件關鍵指標技術。其中，有超過三分之一與生技醫療相關，本文介紹其中7件與生技新藥和AI精準醫療相關的創新技術。

圖片來源 : shutterstock、達志影像

食安新利器：高靈敏經濟可靠拉曼光譜篩檢晶片

食品安全是我們日常生活中不可忽視的議題。從抗菌劑、瘦肉精到防腐劑過量，許多食品問題往往在不經意間爆發，對消費者健康構成威脅。然而，現有的檢測技術無法滿足大量樣本的快速篩檢需求，這使得市場對於更高效的解決方案充滿渴求。

國立成功大學機械工程學系教授鍾震桂及其團隊，針對這一痛點開發出了一項嶄新的檢測技術 — 基於表面增強拉曼散射（SERS）技術的晶片。這項技術的核心在於突破了傳統晶片設計的限制，採用了二維奈米孔洞結構，顯著提升了檢測的靈敏度、穩定性和時效性。同時，這樣的設計還能避免傳統奈米顆粒因氧化造成的性能衰退，使得晶片能在長時間內保持穩定且高效的表現。

與傳統質譜（HPLC）技術相比，SERS晶片在許多方面展現了強大的優勢。首先，它無需前處理即可直接進行樣本檢測，這不僅大幅縮短了檢測時間，還能有效減少背景污染。此外，該晶片的製作成本較低，使用的是陽極氧化鋁技術，成功避免了昂貴且複雜的半導體製程。這些特性讓SERS晶片成為食品安全檢測領域的一項革命性技術。

在實際應用中，SERS晶片可以快速篩檢抗菌劑、瘦肉精、四環黴素等多種物質，尤其適合食品廠或海關等需要處理大量樣本的場景。這項技術既能高效地識別問題樣本，又能與傳統質譜技術形成互補，為深入分析提供支持。值得一提的是，該技術還可整合資料庫並搭配月租模式，為中小型食品廠商提供經濟實惠的解決方案，進一步降低檢測門檻。

團隊在研發過程中，不僅與台灣本地業界緊密合作，也成功吸引了國際夥伴的注意。瑞典某知名醫學院在了解到這項技術後，主動與成功大學展開接觸，並最終簽訂了技術轉移協議。目前，這項技術的多項專利已在美國、日本等地進入審查階段，未來前景令人期待。

心肌梗塞治療策略革命性突破：奈米醫學與光流體導管的融合

計畫主持人台灣大學教授張維典指出，心肌梗塞目前是國內心血管疾病中的重要死因之一，而心血管疾病更是國人僅次於癌症的第二大死因。心肌梗塞的主要成因在於急性冠狀動脈阻塞，導致心肌壞死。目前的治療重點在於儘早打通血管，但很少人注意到，血管再灌流後可能伴隨嚴重的再灌流傷害，包括氧化壓力增加和細胞凋亡的誘發。研究顯示，在缺血後初期灌流的過程中，氧化壓力大量增加，可能會進一步觸發細胞死亡機制，使得本已受損的細胞進一步惡化，進而影響心臟功能和患者的預後。

基於這樣的挑戰，研發圑隊的治療策略聚焦於兩個關鍵點：第一是利用抗氧化劑來減少氧化壓力的傷害；第二是誘發抗凋亡的保護機制，阻止細胞進一步死亡。為了實現此一目標，圑隊選擇了一種內生性物質S-亞硝基穀胱甘肽（GSNO）作為核心藥物。GSNO可以分解為穀胱甘肽和一氧化氮，其中穀胱甘肽是一種有效的抗氧化劑，可以清除再灌流初期的大量氧化物；而一氧化氮則能誘發抗凋亡機制，進一步保護心肌細胞。此研究在技術創新上主要體現在兩方面：首先是基於奈米技術的藥物設計，其次是光學流體心導管的應用。

在藥物設計上，團隊採用了FDA認證的PLGA材料，內層包覆GSNO，外層使用奈米金進行封裝，形成一種類似金沙巧克力的結構。這樣的雙層設計在未激活時可穩定保存藥物，避免提前釋放。當導管送至冠狀動脈口並受到光刺激時，奈米金外層會被觸發，GSNO隨即釋放出穀胱甘肽和一氧化氮，不僅有效降低氧化壓力，還能誘發抗凋亡反應。同時，奈米金本身也參與反應，進一步提升抗氧化能力。

為了實現精準投藥，團隊開發了一種結合光纖的心導管技術。這種光學流體導管可以將藥物準確送達心肌梗塞的關鍵部位，並藉助光刺激在需要的時刻啟動藥物釋放。在實驗階段，團隊使用了豬的心肌梗塞模型進行驗證，發現經過治療後，冠狀動脈的直徑明顯增加，氧化壓力的指標顯著下降，心肌壞死的範圍明顯縮小，且細胞凋亡也大幅減少。同時，治療後心臟功能得以維持，纖維化情況也有顯著改善。

這項技術不僅在急性心肌梗塞治療中展現了出色的效果，還具備在其他血管阻塞疾病中的應用潛力，例如急性腦中風或周邊血管阻塞。此外，由於導管技術能夠精準投藥和局部釋放，此一解決方案也可能應用於癌症的光動力治療等需要精準控制藥效的醫療領域。隨著技術的進一步發展和臨床試驗的推進，此技術平台有望成為未來各類疾病創新治療的一大突破，為患者帶來更安全有效的治療選擇。

ToFEye：應用於浴廁環境之人工智慧飛時測距異常姿態辨識系統

「適用於浴室和廁所的AI異常行為識別系統，利用飛時測距感測器（ToF Sensor）來解決浴室安全問題。」是高科大團隊的作品。

高雄科技大學電子系教授張萬榮指出，在浴室或廁所中，異常行為通常包括浴室久留、久坐馬桶、滑倒、跌倒或昏倒等情況。這些問題過去很難解決，因為浴室環境不適合使用帶有影像視野的感測器，同時穿戴式設備也因不方便而不被接受。因此，團隊的研發目標是開發一套既能有效監測，又能保護隱私的解決方案。

根據世界衛生組織WHO的統計，浴室跌倒事件是全球意外事故的第二大原因，每年導致的醫療成本高達20億美金。在台灣，這類事件也是醫院病案報告中的第二大問題。然而，如果能夠及早偵測並及時通報這些異常行為，患者的康復率可以提升50%以上。

ToFEye系統基於ToF感測技術，感測器捕捉的影像僅顯示輪廓資訊，而不會暴露身份特徵，充分保護使用者隱私。這些影像會傳輸至NVIDIA邊緣運算平台，透過團隊自行設計的AI模型進行姿態辨識。模型能提取人體的關節點，判斷是否發生跌倒、久坐或其他異常行為，並及時通報相關人員。

目前，這套系統已經在全台至少10家醫院建置，包括台大醫院；並應用於浴室、臥室以及公共照護場所。此解決方案不僅克服了傳統穿戴式設備的限制，也超越了其他紅外線或毫米波技術的準確性和隱私保護能力。團隊期望未來能與更多醫療機構、養老院、輔具廠商合作，將這項技術應用於更多環境，提升老人和病患的生活安全。

ERAfilm速效生物膜清除組合，助解決導尿管感染問題

導尿管在醫療現場是非常常見的器材。全球約有25%的成年人在住院期間需使用導尿管，而在台灣，有約48萬名長輩因行動受限依賴導尿管生活。然而，高達75%的導尿管使用者面臨導尿管相關性尿路感染（CAUTI）的風險。這種感染不僅會延長住院時間、延誤治療，甚至可能引發菌血症等嚴重併發症，使死亡率上升至32.8%。

感染的根本原因是細菌在導尿管和膀胱表面形成生物膜（Biofilm），這層屏障阻礙抗生素滲透，削弱免疫系統攻擊，是反覆感染與治療失敗的主因。

為了解決這一問題，台大團隊研發了ERAfilm速效生物膜清除組合。此一技術由小分子化合物SC5005和二十二碳六烯酸（DHA，已通過FDA認證）組成。研究顯示，ERAfilm可在極低濃度下迅速清除生物膜，10分鐘內即可完全去除導尿管表面的細菌和真菌，且不受細菌種類及抗藥性影響。實驗證實，它的效能遠超現有的後線抗生素，即使對多重抗藥性病菌，仍具有卓越表現。

在安全性方面，經細胞毒性測試，ERAfilm對人類腸道及腸管上皮細胞無毒性影響，適合長期使用。長達35天的測試中，ERAfilm未誘發抗藥性，確保安全可靠。

在臨床應用中，ERAfilm利用導尿管原有的灌溉功能進行操作。將含ERAfilm的生理鹽水注入膀胱進行沖洗，再將沖洗液排出體外。整個過程僅需10分鐘，無需添加額外醫療器材，操作簡便，適合居家患者每日使用。

現有的處理方案，如氯己定酸，雖能清除生物膜，但對患者有較強的刺激性副作用；而無菌水則完全缺乏清除能力。相比之下，ERAfilm結合了速效性、無毒性、無抗藥性與操作簡便的優勢，是現有方案的理想替代。

根據估算，全球導尿管使用人數的不斷增加，將使這項技術的市場規模達到39.7億新台幣，未來產品毛利率預期超過80%。ERAfilm技術已在多篇國際期刊上發表，並取得美國、歐盟、中國與台灣專利。它不僅獲得了第20屆國家金創獎，也入選了國科會創新激勵計畫，成為長期照護領域的重要突破。

全球首創視網膜細胞高效轉化技術：帶來視力恢復新希望

中央研究院團體研發出全球首創的視網膜細胞轉化技術，此一技術為視力恢復帶來了前所未有的希望。團隊的研究目標是解決失明此一全球性問題，其核心技術是利用體細胞轉化成視神經細胞，這些體細胞主要來自成纖維細胞（fibroblasts）。中央研究院基因體研究中心副研究員呂仁指出，此一技術與傳統的誘導性多能幹細胞（iPS）技術有所不同，iPS細胞的轉化過程需要大約120天才能完成，但中研院的技術僅需5天時間，屬革命性的突破。

與目前的競爭者相比，中研院的技術在治療視覺障礙方面具有顯著的優勢。首先，現在的競爭者尚未完成動物實驗的基礎研究，而中研院的技術不僅可以處理黑白視覺的問題，還可以解決彩色視覺的恢復。根據中研院團隊的研究結果，其轉化效率達到了42.8%，這意味著技術成功率相當高。且已經在動物實驗中取得了良好的成果。在盲鼠的實驗中，研究員將轉化後的細胞注射到盲鼠體內，結果這些盲鼠成功恢復了視覺，表明此技術具有很大的潛力來治療人類的視力問題。

團隊的目標市場主要集中在三個領域：黃斑性病變、糖尿病引起的視網膜病變以及夜盲症（視網膜病變）。這些疾病都對患者的視力造成了重大影響，特別是夜盲症；它屬於孤兒藥的一類，因此對於藥物和治療方法有著強烈的需求。在病患數量方面，黃斑性病變的患者數量大約為2億，糖尿病視網膜病變有9300萬人，而夜盲症則有200萬名患者。根據預測，這些疾病的市場價值到2030年將達到200億美元。

如果將目光放眼未來，考慮到細胞治療的市場潛力，數字會更加驚人。如果黃斑性病變、糖尿病視網膜病變以及夜盲症的晚期患者數量總合達到1200萬，那麼這一領域的市場價值將有望高達4800億美元。假設有10%的患者選擇團隊的治療方式，則其市場價值將接近45億美元，是一個非常可觀的數字。

AI應用領域：數位病理影像與基因表現預測技術

國立成功大學資訊工程系教授蔣榮先團隊的研究目標，簡單來說，就是希望能從數位病理影像中，獲得更多的基因表現訊息，並利用這些數據來預測病患的預後。在傳統的臨床情況下，醫師通常會對疑似腫瘤的病患進行切片檢查，然後病理科醫師會在顯微鏡下進行分析，並給出診斷結果。然而，隨著近年來科技進步，特別是在影像數位化和AI技術的發展下，這些檢查過程已經得到了顯著改善。團隊希望進一步利用AI技術來分析腫瘤及其他細胞組織，以達到更精確的診斷。

然而，當前的數位病理影像解析度非常高，這使得每一幅影像都非常龐大，直接使用這些影像進行分析會面臨不少挑戰。因此，需要建立一個新的AI訓練框架，來幫助解決這個問題。

當拿到一幅完整的數位病理影像時，由於影像太大，團隊的技術平台會先將其切割成多張較小的圖像。而且，此時會遇到一個問題：每一張小圖像本身並沒有標註過的病理訊息，這意味著無法僅依賴人力去一一標註所有小圖。為了解決這個問題，圑隊提出了「多實例學習」的方法，這是一種新的訓練框架，能夠幫助AI模型從大量的小圖像中整合出關鍵訊息，進而完成病理診斷。

團隊的首要目標是希望能夠基於多組學的數據來預測病患的集體表現，並進一步預測病患的預後。除了預測病情的發展外，也希望能夠為醫師提供更多的參考資料，協助他們作出更準確的診斷。團隊還根據公開的資料和一些組織數據來訓練模型，從而能夠準確地識別不同小圖像中主要由那些組織構成。

在實際應用方面，團隊的模型已經取得了一些突破。舉例來說，即使是初期的腫瘤病患，也能夠根據團隊的模型，區分出不同預後的患者群體，並預測他們的短期與長期生存概率；這對醫師來說是一個非常重要的輔助工具，因為有時候，儘管病人被診斷為相同的腫瘤階段，實際上不同的患者可能有不同的預後。有些病人可能只剩下幾個月的時間，而有些則能夠存活多年。

團隊的模型能夠幫助醫師識別出那些生存時間較長的患者群體，並且同樣可以幫助找出那些可能面臨較短生存期的病人。此外，其技術還能幫助醫師了解患者在接受治療後，腫瘤的進展情況。例如，對於一些病情得到控制、腫瘤無法在臨床上被發現的患者，也能預測他們是否會進入緩解期。

I-Fiber：多維奈米銀鍍層可拉伸導電纖維應變感測器技術

南臺科技大學的多維奈米銀鍍層可拉伸導電纖維應變感測器技術是一種全新的導電纖維技術，稱之為I-Fiber，具備多維奈米銀鍍層，並能夠進行拉伸應變感測。現今穿戴式電子技術已經非常發達，許多人擁有智慧型手錶、眼鏡等裝置。最近，除了AR眼鏡和VR眼鏡成為熱議話題，具有智慧功能並能夠傳遞訊號的衣物，也已經成為科技界討論的焦點。隨著未來智慧衣物應用的快速發展，此一領域將會變得愈加重要。

南臺科技大學教授周盈年指出，在智慧型衣物的發展中，動作偵測技術是至關重要的，而這正是團隊的應變感測器（Strain Sensor）技術的核心；其應變感測器能夠廣泛應用於運動科學、健康照護，甚至未來的元宇宙等領域。

這種新型的應變感測器可以偵測到不同形狀的變化，且具備拉伸與彎曲的能力。傳統的導電纖維僅能進行彎曲偵測，無法進行拉伸感測，而團隊的技術解決了這個問題。利用具有彈性的Spandex紗線，並通過奈米銀鍍層技術，製作出直徑僅200微米的超輕薄紗線，並能夠將其拉伸達200%，且能夠重複超過1萬次不會損壞，這樣的技術讓感測器在各種運動或穿戴場景中更具應用潛力。

團隊的專利技術能夠在彈性紗線上成長不同維度的銀結構，包括奈米球、片狀銀或一維銀線。這樣的三維銀結構使得團隊的導電纖維具備優異的拉伸與彎曲能力，並且能夠反映細微的電阻變化，為動作偵測提供準確數據。

目前南臺科大的技術已經在多個領域中實現應用。例如，在長照單位中，團隊開發了一種智慧型束縛帶，用於偵測病人的呼吸狀況，幫助解決人力不足的問題。當呼吸異常時，系統會自動向照護人員發出警報，確保病人得到即時照顧。

此外，團隊也與成大護理系合作，開發了一種智慧型止血帶，可以監測止血帶是否被及時移除，並將警報訊號傳送至中央護理站。這項技術已經通過專利，並準備進入臨床測試階段。

未來，此一技術還將應用於智慧手套、智慧衣物、智慧護膝等領域，並且預計能夠在運動科技中發揮重要作用，幫助運動員提高表現。團隊相信，這項技術將會在未來的元宇宙應用中發揮巨大的潛力。

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