• 高翊賢、冷明翰、童筱妍、蘇琬婷、葉曜華

隨著血糖浮動的心情，靠它終於可以舒緩了

號外！號外！大家照過來喔～這款超酷的智慧型隱形眼鏡，不僅輕、薄、短、小，結合了時下最新科技，對於糖尿病患者來說，更是個福音。

憑什麼這樣說呢？就憑它能即時並無痛的監測淚液中的葡萄糖濃度，讓人們不需要時時刻刻擔心在進食或是運動時，可能造成的血糖劇變。糖尿病患者也不用再為了測血糖而挨針受罪了。這款能夠偵測淚液裡葡萄糖濃度的隱眼，除了使用非侵入性的方式外，也不再需要透過鏡片和笨重的儀器連結才能測得數據，可說是方便了不少。

南韓科學家創新設計，突破舊有智慧隱眼的困境

其實利用隱形眼鏡作為偵測器並非新想法。在 2014 年一月，Google便宣布要研發「Google Contact Lens」，希望能透過淚液監測葡萄糖濃度。但最大的問題在於，融合了電子元件的智慧隱眼，其不透明、硬度高的元件不僅會影響視野，隱眼也容易變形而損壞。

為了解決這個問題，來自南韓蔚山國家科學技術學院（UNIST）及成均館大學的研究團隊，提出了新型智慧隱眼的構想，並於今年一月發表在《Science Advances》期刊中。此隱眼（如下圖Ａ）整合葡萄糖偵測器、LED顯示像素以及無線電力傳輸系統，利用LED視覺化即時的血糖濃度，便不需要額外的裝置了！

利用混合結構與折射率的配合，避免傷害並提供更清晰的視野

針對電子元件容易損壞的問題，研究團隊改良了部分隱眼的結構：

將電子元件置於加固基板（reinforced islands），天線及電路則置於彈性層（elastic substrate）中。加固基板鑲嵌入彈性層，形成混合結構（hybrid substrate）。（如下圖B）

當隱形眼鏡形變時，彈性層會吸收受力，將電子元件保護在加固基板中，便解決了元件容易損壞的問題，也增加了隱眼的壽命及穩定性。

其中，加固基板是由光感化合物聚合（photo-patternable polymer）所形成；彈性層則選用軟式隱眼的常規材料──矽膠彈性體。研究團隊最大化彈性層的面積，以提供更高的透氧性，避免智慧隱眼對使用者的傷害。

針對視野的清晰度的改善，研究團隊從兩方面著手：

第一，利用銀奈米纖維製作天線及電路。這種材料相當透明，不會遮蔽使用者視野，同時具有出色的延展性，可以降低使用者眼睛的異物感。

第二，研究團隊使用折射率相仿的加固基板與彈性層製作隱眼，避免因折射率差異造成的光線散射，藉此降低霧度，讓視野更清晰。（如下圖C）

隱眼中的偵測器：即時提醒血糖濃度異常

要了解葡萄糖偵測器，先來看看反應式：

Glucose + O₂ → H₂O₂ + Gluconolactone

偵測器中的氧化酶，可以氧化淚液中的葡萄糖。產生的過氧化氫再被分解，生成的氧、質子與電子會影響偵測到的電阻，藉此監控葡萄糖濃度。為了避免偵測器因過氧化氫累積而變得不敏感，研究團隊更將過氧化氫酶置於偵測器中，即時分解過氧化氫，讓偵測器的靈敏度可以維持，不出現延遲的狀況。

因此只要眼睛正常分泌淚水，眨眼時便能將淚液收集於隱眼中，利用非侵入性的方式持續偵測淚液中的代謝物。而此團隊設計的隱眼，在正常情況下，綠色的 LED 顯示器會一直亮著；但若葡萄糖濃度超過閾值，則會關閉 LED 顯示，提醒使用者血糖濃度異常。

此外，這款隱眼可透過無線的操作穩定其溫度，不會突然加熱傷害使用者的雙眼，以確保穿戴者眼睛的安全。此團隊的研究中，也有使用活兔進行活體測試，證明其無明顯的不良影響。

儘管淚液葡萄糖濃度與血液葡萄糖濃度的關係還有待更近一步的研究，但這款智慧隱眼，仍為醫學臨床領域與物理新科技的結合譜出了新的樂章，希望能夠無線、持續、非侵入性地監測生理狀況，同時可用以偵測有關眼睛或是其他疾病的生物標誌物，也提供了應用在其他領域的可能性，像是擴增實境（AR），或是透過鏡片來投藥，避免使用者可能忘記吃藥的麻煩。

參考文獻

• Jihun Park, Joohee Kim, So-Yun Kim, Woon Hyung Cheong, Jiuk Jang, Young-Geun Park, Kyungmin Na, Yun-Tae Kim, Jun Hyuk Heo, Chang Young Lee, Jung Heon Lee , Franklin Bien, Jang-Ung Park. soft, smart contact lenses with integrations of wireless circuits, glucose sensors, and displays. Science Advances  24 Jan 2018. vol. 4 no. 1

• 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？
• 德國紅點大獎 — 兩顆球對準，讓磁鐵相互吸引，觸發開關點亮燈！
• 帶你看見看不見的世界，科學實驗室EP.4 — 史上最小顯微鏡！
• 25 的 16%是多少？ 帶你一起更靈活思考！
• FinTech 持續發燒，玩出 Baas 金融生態圈！
• 夢想覺醒！探索自我潛能、打造夢想藍圖！

為什麼有些人吃不胖，有些人沒抽菸卻得肺癌，有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢？這一切都跟我們的基因有關！無論是想探究生命的起源、物種間的差異，乃至於罹患疾病、用藥的風險，都必須從了解基因密碼著手，而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％ 是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％ 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％ 的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％ 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容，請見「科技魅癮」：https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

• 日常隨手的物品，看起來像是海底世界！？
• 德國紅點大獎 — 兩顆球對準，讓磁鐵相互吸引，觸發開關點亮燈！
• 帶你看見看不見的世界，科學實驗室EP.4 — 史上最小顯微鏡！
• 25 的 16%是多少？ 帶你一起更靈活思考！
• FinTech 持續發燒，玩出 Baas 金融生態圈！
• 夢想覺醒！探索自我潛能、打造夢想藍圖！