血汗淚的交織史—用眼淚感測血糖的智慧型隱形眼鏡

本文與 美商德州博藝社科技 HEART 合作，泛科學企劃執行。

提到台灣令人焦慮的交通，多數人會想到都市裡的壅塞車潮，但真正致命的「塞車」，其實正悄悄發生在我們體內的動脈之中。

這場無聲的危機，主角是被稱為「壞膽固醇」的低密度脂蛋白（ Low-Density Lipoprotein，簡稱 LDL ）。它原本是血液中運送膽固醇的貨車角色，但當 LDL 顆粒數量失控，卻會開始在血管壁上「違規堆積」，讓「生命幹道」的血管日益狹窄，進而引發心肌梗塞或腦中風等嚴重後果。

科學家們還發現一個令人困惑的現象：即使 LDL 數值「看起來很漂亮」，心血管疾病卻依然找上門來！這究竟是怎麼一回事？沿用數十年的健康標準是否早已不敷使用？

膽固醇的「好壞」之分：一場體內的攻防戰

膽固醇是否越少越好？答案是否定的。事實上，我們體內攜帶膽固醇的脂蛋白主要分為兩種：高密度脂蛋白（High-Density Lipoprotein，簡稱 HDL）和低密度脂蛋白（ LDL ）。

想像一下您的血管是一條高速公路。HDL 就像是「清潔車隊」，負責將壞膽固醇（ LDL ）運來的多餘油脂垃圾清走。而 LDL 則像是在血管裡亂丟垃圾的「破壞者」。如果您的 HDL 清潔車隊數量太少，清不過來，垃圾便會堆積如山，最終導致血管堵塞，甚至引發心臟病或中風。

因此，過去數十年來，醫生建議男性 HDL 數值至少應達到 40 mg/dL，女性則需更高，達到 50 mg/dL（ mg/dL 是健檢報告上的標準單位，代表每 100 毫升血液中膽固醇的毫克數）。女性的標準較嚴格，是因為更年期後]pacg心血管保護力會大幅下降，需要更多的「清道夫」來維持血管健康。

相對地，LDL 則建議控制在 130 mg/dL 以下，以減緩垃圾堆積的速度。總膽固醇的理想數值則應控制在 200 mg/dL 以內。這些看似枯燥的數字，實則反映了體內一場血管清潔隊與垃圾山之間的攻防戰。

那麼，為何同為脂蛋白，HDL 被稱為「好」的，而 LDL 卻是「壞」的呢？這並非簡單的貼標籤。我們吃下肚或肝臟製造的脂肪，會透過血液運送到全身，這些在血液中流動的脂肪即為「血脂」，主要成分包含三酸甘油酯和膽固醇。三酸甘油酯是身體儲存能量的重要形式，而膽固醇更是細胞膜、荷爾蒙、維生素D和膽汁不可或缺的原料。

這些血脂對身體運作至關重要，本身並非有害物質。然而，由於脂質是油溶性的，無法直接在血液裡自由流動。因此，在血管或淋巴管裡，脂質需要跟「載脂蛋白」這種特殊的蛋白質結合，變成可以親近水的「脂蛋白」，才能順利在全身循環運輸。

肝臟是生產這些「運輸用蛋白質」的主要工廠，製造出多種蛋白質來運載脂肪。其中，低密度脂蛋白載運大量膽固醇，將其精準送往各組織器官。這也是為什麼低密度脂蛋白膽固醇的縮寫是 LDL-C (全稱是 Low-Density Lipoprotein Cholesterol )。

當血液中 LDL-C 過高時，部分 LDL 可能會被「氧化」變質。這些變質或過量的 LDL 容易在血管壁上引發一連串發炎反應，最終形成粥狀硬化斑塊，導致血管阻塞。因此，LDL-C 被冠上「壞膽固醇」的稱號，因為它與心腦血管疾病的風險密切相關。

高密度脂蛋白（HDL） 則恰好相反。其組成近半為蛋白質，膽固醇比例較少，因此有許多「空位」可供載運。HDL-C 就像血管裡的「清道夫」，負責清除血管壁上多餘的膽固醇，並將其運回肝臟代謝處理。正因為如此，HDL-C 被視為「好膽固醇」。

過去數十年來，醫學界主流觀點認為 LDL-C 越低越好。許多降血脂藥物，如史他汀類（Statins）以及近年發展的 PCSK9 抑制劑，其主要目標皆是降低血液中的 LDL-C 濃度。

然而，科學家們在臨床上發現，儘管許多人的 LDL-C 數值控制得很好，甚至很低，卻仍舊發生中風或心肌梗塞！難道我們對膽固醇的認知，一開始就抓錯了重點？

傳統判讀失準？LDL-C 達標仍難逃心血管危機

早在 2009 年，美國心臟協會與加州大學洛杉磯分校（UCLA）進行了一項大型的回溯性研究。研究團隊分析了 2000 年至 2006 年間，全美超過 13 萬名心臟病住院患者的數據，並記錄了他們入院時的血脂數值。

結果發現，在那些沒有心血管疾病或糖尿病史的患者中，竟有高達 72.1% 的人，其入院時的 LDL-C 數值低於當時建議的 130 mg/dL「安全標準」！即使對於已有心臟病史的患者，也有半數人的 LDL-C 數值低於 100 mg/dL。

這項研究明確指出，依照當時的指引標準，絕大多數首次心臟病發作的患者，其 LDL-C 數值其實都在「可接受範圍」內。這意味著，單純依賴 LDL-C 數值，並無法有效預防心臟病發作。

科學家們為此感到相當棘手。傳統僅檢測 LDL-C 總量的方式，可能就像只計算路上有多少貨車，卻沒有注意到有些貨車的「駕駛行為」其實非常危險一樣，沒辦法完全揪出真正的問題根源！因此，科學家們決定進一步深入檢視這些「駕駛」，找出誰才是真正的麻煩製造者。

LDL 家族的「頭號戰犯」：L5 型低密度脂蛋白

為了精準揪出 LDL 裡，誰才是最危險的分子，科學家們投入大量心力。他們發現，LDL 這個「壞膽固醇」家族並非均質，其成員有大小、密度之分，甚至帶有不同的電荷，如同各式型號的貨車與脾性各異的「駕駛」。

早在 1979 年，已有科學家提出某些帶有較強「負電性」的 LDL 分子可能與動脈粥狀硬化有關。這些帶負電的 LDL 就像特別容易「黏」在血管壁上的頑固污漬。

台灣留美科學家陳珠璜教授、楊朝諭教授及其團隊在這方面取得突破性的貢獻。他們利用一種叫做「陰離子交換層析法」的精密技術，像是用一個特殊的「電荷篩子」，依照 LDL 粒子所帶負電荷的多寡，成功將 LDL 分離成 L1 到 L5 五個主要的亞群。其中 L1 帶負電荷最少，相對溫和；而 L5 則帶有最多負電荷，電負性最強，最容易在血管中暴衝的「路怒症駕駛」。

2003 年，陳教授團隊首次從心肌梗塞患者血液中，分離並確認了 L5 的存在。他們後續多年的研究進一步證實，在急性心肌梗塞或糖尿病等高風險族群的血液中，L5 的濃度會顯著升高。

L5 的蛋白質結構很不一樣，不僅天生帶有超強負電性，還可能與其他不同的蛋白質結合，或經過「醣基化」修飾，就像在自己外面額外裝上了一些醣類分子。這些特殊的結構和性質，使 L5 成為血管中的「頭號戰犯」。

當 L5 出現時，它並非僅僅路過，而是會直接「搞破壞」：首先，L5 會直接損傷內皮細胞，讓細胞凋亡，甚至讓血管壁的通透性增加，如同在血管壁上鑿洞。接著，L5 會刺激血管壁產生發炎反應。血管壁受傷、發炎後，血液中的免疫細胞便會前來「救災」。

然而，這些免疫細胞在吞噬過多包括 L5 在內的壞東西後，會堆積在血管壁上，逐漸形成硬化斑塊，使血管日益狹窄，這便是我們常聽到的「動脈粥狀硬化」。若這些不穩定的斑塊破裂，可能引發急性血栓，直接堵死血管！若發生在供應心臟血液的冠狀動脈，就會造成心肌梗塞；若發生在腦部血管，則會導致腦中風。

L5：心血管風險評估新指標

現在，我們已明確指出 L5 才是 LDL 家族中真正的「破壞之王」。因此，是時候調整我們對膽固醇數值的看法了。現在，除了關注 LDL-C 的「總量」，我們更應該留意血液中 L5 佔所有 LDL 的「百分比」，即 L5%。

陳珠璜教授也將這項 L5 檢測觀念，從世界知名的德州心臟中心帶回台灣，並創辦了美商德州博藝社科技（HEART）。HEART 在台灣研發出嶄新科技，並在美國、歐盟、英國、加拿大、台灣取得專利許可，日本也正在申請中，希望能讓更多台灣民眾受惠於這項更精準的檢測服務。

一般來說，如果您的 L5% 數值小於 2%，通常代表心血管風險較低。但若 L5% 大於 5%，您就屬於高風險族群，建議進一步進行影像學檢查。特別是當 L5% 大於 8% 時，務必提高警覺，這可能預示著心血管疾病即將發作，或已在悄悄進展中。

對於已有心肌梗塞或中風病史的患者，定期監測 L5% 更是評估疾病復發風險的重要指標。此外，糖尿病、高血壓、高血脂、代謝症候群，以及長期吸菸者，L5% 檢測也能提供額外且有價值的風險評估參考。

隨著醫療科技逐步邁向「精準醫療」的時代，無論是癌症還是心血管疾病的防治，都不再只是單純依賴傳統的身高、體重等指標，而是進一步透過更精密的生物標記，例如特定的蛋白質或代謝物，來更準確地捕捉疾病發生前的徵兆。

您是否曾檢測過 L5% 數值，或是對這項新興的健康指標感到好奇呢？

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《聰明的隱形眼鏡，替眼睛做健康檢查！》
• 作者 / 郭雅欣｜科技大觀園特約編輯

戴隱形眼鏡可以幹嘛？除了矯正視力，或讓虹膜看起來變大變漂亮，現在隱形眼鏡還能幫你的眼睛做健康檢查！交通大學電機工程系教授邱俊誠的團隊開發出一款智慧型隱形眼鏡，只要戴上，就能檢測眼球溫度、淚液蒸散速率、滲透壓、眼壓等數據，可提供眼科醫生做為診斷依據，協助研判病患是否有輕微或嚴重的乾眼症或青光眼症狀。

眼疾的檢測更準確，治療方法升級

這項研究對於眼睛的檢測帶來很大的突破，因為它可望讓眼疾的檢測變得方便快速，還能讓治療變得更加精準。乾眼症的成因不只一種，可能是淚液分泌不足，也可能是淚液成分中的油脂不足造成淚液蒸散過快，但過往的檢測方法並不能很有效的區分，因此醫生在給藥時，常常只能用自身經驗，做主觀的判斷。但有了智慧型隱形眼鏡協助檢測，能依據醫生的需求提供更精準的科學數據，也就能讓判斷與投藥更加正確。

而針對青光眼的患者，醫生也可以使用智慧型隱形眼鏡的數據，找出容易眼壓高的時間點，針對這些時間點給予藥物治療。邱俊誠進一步解釋：「這些檢測數據是珍貴的大數據資料，等到累積夠多數據，醫生或藥物開發商就可以分析出更準確的藥物配方。」因此這項研究成果一公布，立刻引起了各界關注。

另一個引起大家注意的重要原因，在於這是第一個可以戴得舒服的智慧型隱形眼鏡。目前全世界大部分的智慧型隱形眼鏡研發，都是以硬式鏡片做為基礎，但邱俊誠說：「我們一開始就是從『可配戴』的角度當出發點，因此是以現有的軟式隱形眼鏡材料矽水膠去做設計。」他們將可測量溫度、濕度、壓力等各種特性的感測器、處理晶片，以及傳輸資料用的天線等元件，就像三明治的內餡一樣夾在鏡片的夾層裡，因此配戴時的感覺，就和普通的隱形眼鏡一樣。

一度產生懷疑……真的做得出來嗎？

從 2011 年開始研發，到 2019 年宣布成功，這條路走了八、九年，邱俊誠表示：「其實並不是沒想過放棄，因為中間有太多困難，讓我一度沮喪，覺得看不到答案。」 

要做出這款智慧型隱形眼鏡，其中一個困難點在於元件的整合，儘管感測器都已經設計得非常精巧，靈敏度也夠高，但要整合在小小的曲面鏡片裡，還要能有效運作，有許多細節需要考量。邱俊誠舉例說，這些元件的檢測及訊號傳遞，需要從外界以無線電方式提供能量，能量過低無法啟動元件，能量過高可能造成鏡片溫度上升，因此光是能量的傳遞就花了許多時間研究。

另外，「隱形眼鏡是要戴在人眼上運作的，一旦牽涉到人，就會增加許多變異。」邱俊誠以裝在鏡片內的天線舉例，天線的設計必須將人戴上隱形眼鏡後的實際狀況納入考量，因為人眼會帶著隱形眼鏡移動，要如何讓天線的傳輸沒有死角，不因隱形眼鏡轉了一個角度就無法傳輸，讓團隊花費了不少心力。

幸好，邱俊誠的團隊裡有許多優秀的學生，不斷嘗試各種可能，堅持不放棄，邱俊誠說：「最後終於成功的那一刻，真的是五味雜陳。」

智慧型隱形眼鏡還有更多潛力與可能

目前，這款可以檢測眼睛的智慧型隱形眼鏡已經通過動物實驗，在相容性、毒性、敏感性、刺激性的測試都通過考驗，邱俊誠說：「接下來會進入人體實驗，希望在四、五年內讓產品上市。」換句話說，不久的將來，我們到醫院檢查眼睛，或許不再需要點散瞳、打麻醉、把試紙插入眼睛，而是戴上隱形眼鏡，坐等數據自動傳輸到醫師電腦就好。

而邱俊誠對這款智慧型隱形眼鏡，也希望繼續做更好的調整與設計。目前的鏡片裡沒有電池，能量由外界傳輸提供，因此在檢測時，除了戴隱形眼鏡外，還得戴一個如同一般眼鏡般的裝置來搭配提供能量。邱俊誠說：「我們正在研究如何把電池也整合在隱形眼鏡裡，這樣一來檢測會更方便，看起來也更簡單美觀。」

在未來，邱俊誠還希望讓智慧型隱形眼鏡有更多功能，舉例來說，如果有一副隱形眼鏡，戴上就能自動調校視力，不論近視幾度，它都會自動改變曲率、厚度，來符合你的度數，這有多好！邱俊誠表示，這種鏡片的困難度在於內部必須要有動力來源才能改變並維持隱形眼鏡的形狀。「雖然困難，但我們已經著手在研究了。」

更甚者，未來在 5G 網路的發展下，智慧型隱形眼鏡可望做到擴增實境（AR），透過隱形眼鏡，可以將世界各角落的即時美景盡收眼底，也能隨時與親朋好友「視訊」，而且就彷彿對方直接在你眼前般真實。相信不久後，我們就能親身體驗到智慧型隱形眼鏡對我們的生活及這個世界帶來的巨大改變。

• 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