0

0
0

文字

分享

0
0
0

血汗淚的交織史—用眼淚感測血糖的智慧型隱形眼鏡

PanSci_96
・2016/03/06 ・1940字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 613 ・十年級

文/蔣維倫

「超薄、零觸感」並且「無痛、讓你完全感受不到它的存在」。不不不,別誤會,今天的話題不是限制級,我們要聊的是每位糖尿病患者指尖上的痛——測量血糖

對於普通人來說,一口麵包可能不代表什麼,但在糖尿病患者的眼裡,麵包什麼的,可是最討厭了啊!對他們來說,每口食物都可能會讓血糖飆高,而高濃度的血糖會引發中風、失明或性功能障礙等,因此每次用餐後,都得要扎破手指測量血糖,不僅是每天必作,更是終生都得如此。

測血糖對許多患者來講是個夢魘。圖/科學大爆炸EP.27 - 便當這樣吃就不用怕胖
測血糖對許多患者來講是個夢魘。圖/科學大爆炸EP.27 – 便當這樣吃就不用怕胖

雖然早在古埃及時就發現了糖尿病,但千年來的發展,仍需要鮮血才能夠測量血糖濃度,不僅惱人而且疼痛。那如果不用血,人體上還有什麼體液可供測量呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

感動落淚-用淚水寫下的科學發展史

古老的年代裡,電化學(electrochemistry)的科學家們就找到了方程式和糖氧化酶(glucose oxidase, GOD),能夠分析糖的含量

公式

而光是有方程式是不夠的,由於酵素容易被稀釋,迫使科學家只能用巨大的儀器取得數據。直到1995年,由東京大學(University of Tokyo)的Mitsubayashi學者等人將酵素固定化 [1],解決了酵素稀釋的關卡,使研究朝著正確的方向邁出了第一步。

而接續的難關是生理上的限制,淚水的血糖濃度遠比血液低 [2]。因此2003年南京大學(Nanjing University)的Jiuhong Yu學者利用二氧化鈦(TiO2)水膠將酵素包裹於內 [3],將反應的空間,從平面轉化為立體,大幅度地提高反應面積。且因為水膠的通透性極佳,其中的氫鍵又能固定住酵素,因此靈敏度也提升了許多。

2011年,在西雅圖的華盛頓大學(University of Washington),由Huanfen Yao學者組成的團隊,成功的直接在隱形眼鏡上繪製電極圖,他們集結了上述的研究成果,發表了以電化學原理來量測血糖濃度的隱型眼鏡 [4]。該團隊利用光阻材料(photoresist)在直徑不到1公分的鏡片上繪製金屬電極(Ti鈦/Pd鈀/Pt鉑),再將裹有酵素的水膠滴於電極板上,於是一支能感應血糖濃度發出電子訊號的隱型眼鏡就完成了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

數據的輸出-瞳孔變色片還是無線傳輸?

馬拉松最疲憊的就是最後一哩路,而量測血糖的隱形眼鏡最後一道關卡,怎麼樣才能將數據輸出呢?

時間拉回2003年,當電化學的科學家仍身陷泥沼,鑽研螢光化學的學者已經有了重大的進展了。馬里蘭大學(University of Maryland School of Medicine)的Ramachandram Badugu團隊發表的隱形眼鏡中 [5],帶有特殊的螢光物質,使隱形眼鏡能夠感應血糖,進而發出藍色的螢光(450 nm)。但也許是線性範圍不足,研究漸漸地停滯,反倒是電化學的科學家解決了傳輸的問題。

上述的華盛頓大學團隊,在2011年突破電極縮小化的關卡後,更在隔年解決了訊號輸出的問題,由Yu-Te Liao學者(廖育德,現任中正大學電機工程學系 教授)所主導設計,利用出了僅僅0.6mm × 0.6mm大小的晶片,使用無線傳輸的技術,將血糖濃度的數值傳給外界的接收器,不僅無須外接電源。組成後的成品更相當精巧,鏡片的直徑小於1公分 [6]。

以隱形眼鏡偵測健康狀態的裝置概念圖。圖/Yu-Te Liao
以隱形眼鏡偵測健康狀態的裝置概念圖。圖/Yu-Te Liao

一「眼」看穿未來的疾病

2014年1月17日,由google公布的智慧型隱形眼鏡-Google Smart Contact Lens,背後的技術就是源自於華盛頓大學的Huanfen Yao和Yu-Te Liao等人的研究。同年,瑞士藥廠Novartis(諾華),更宣布旗下的眼科品牌Alcon(愛爾康)獲得Google的授權,將以Smart Contact Lens的技術研究糖尿病、老花眼等疾病。醫療大廠諾華和Google的合作,代表著傳統醫療照護將有重大的革新,藉由微型化電子的技術,未來檢測疾病將可被一「眼」看穿,再也不用讓患者們經歷充滿血與淚的抽血打針了。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
Hand holding - zoomed in
Google研發的智慧型隱形眼鏡。圖/Google官方部落格

註:各種體液內的糖濃度 [6]

種類 糖濃度範圍
血液 2-30 mM
尿液 2.78-5.5 mM
唾液 0.008-0.21 mM
汗水 0.277-1.11 mM
淚水 0.1-0.6 mM

參考文獻

  1. Mitsubayashi, K.; Dicks, J.M.; Yokoyama, K.; Takeuchi, T.; Tamiya, E.; Karube, I. (1995) A flexible biosensor for glucose. Electroanalysis 7, 83-87
  2. Prashanth Makaram, Dawn Owens and Juan Aceros (2014) Trends in Nanomaterial-Based Non-Invasive Diabetes Sensing Technologies. Diagnostics, 4, 27-46
  3. Jiuhong Yu, Songqin Liu, Huangxian Ju (2003) Glucose sensor for flow injection analysis of serum glucose based on immobilization of glucose oxidase in titania sol–gel membrane. Biosensors and Bioelectronics, 19(4), 401-409
  4. Huanfen Yao, Angela J. Shum, Melissa Cowan, Ilkka Lähdesmäki, Babak A. Parviz (2011) A contact lens with embedded sensor for monitoring tear glucose level. Biosensors and Bioelectronics 26, 3290-3296
  5. Ramachandram Badugu, Joseph R. Lakowicz, and Chris D. Geddes (2003) A Glucose Sensing Contact Lens: A Non-Invasive Technique for Continuous Physiological Glucose Monitoring. Journal of Fluorescence, 13(5), 371-374
  6. Yu-Te Liao, Member, IEEE, Huanfen Yao, Andrew Lingley, Babak Parviz (2012) A 3-μW CMOS Glucose Sensor for Wireless Contact-Lens Tear Glucose Monitoring. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 47(1), 335-344

 

(本文由科技部補助「新媒體科普傳播實作計畫-智慧生活與前沿科技科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威

審校:陳妤寧

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度
PanSci_96
1293 篇文章 ・ 2683 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
文章難易度

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
隱形眼鏡、血壓計也有專屬身分證?3分鐘揭開醫療器材的隱形安全網
careonline_96
・2026/04/23 ・1786字 ・閱讀時間約 3 分鐘

醫療器材比你想得更接近你的生活!一篇看懂醫療器材的關鍵防線,守護安全與健康(圖文懶人包)

日常醫療器材背後藏著嚴密防線!本文帶您看懂醫材安全機制:從上市前的許可與履歷審查,到上市後的監測與支援,結合完善的異常通報機制,層層把關大眾健康。

早上起床量血壓、戴上隱形眼鏡出門、坐在診療椅上接受植牙手術,這些看似平凡的日常片段,都與醫療器材密不可分。唯有安全、可靠的醫療器材,才能在診斷、治療與日常健康管理中穩定發揮,協助醫療行為順利進行。醫材的可靠不只來自器材本身的功能,更來自背後一整套嚴謹的安全把關與管理機制。

上市前:嚴格准入審查與可追溯性

每一件醫療器材在進入診間、手術室與家庭之前,都必須先經過一道道嚴格的審查與把關,確保產品來源清楚、合法合規。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

首先,每一件醫療器材都必須取得衛福部核發的「醫療器材許可證」。這張許可證代表該醫材的安全性、有效性及品質控管均符合國家標準。不僅如此,為了進一步降低風險,合法原廠醫材須具備嚴謹的可追蹤紀錄,從原料採購、生產製造、品質檢驗到物流運送,每一個環節都有清楚的紀錄與編號。這種具備「履歷」的管理方式,能在發生異常的第一時間迅速追溯源頭,也可嚴絕來源不明的零件混入。

此外,醫療器材也附有專業且詳盡的產品說明與使用指引,可視為安全使用的重要依據。內容會清楚標示適用情況、操作方式、禁忌事項及可能風險。當專業團隊能清楚掌握「該怎麼用、不該怎麼用、什麼時候可以用、什麼時候不能用」時,便能有效避免因使用不當產生的醫療風險。

上市後:專業技術支援與持續監測

醫療器材進入市場後,相關的安全監測仍會持續進行。為了將人為操作疏失降至最低,原廠會針對醫事人員提供標準化的訓練課程,內容涵蓋設備組裝、參數調整與維護規範。在臨床端遇到技術疑慮時,原廠專業團隊亦會即時介入,提供明確的操作指引,確保醫療行為在安全狀態下完成。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

更重要的是,原廠通常也會在醫療器材上市後,持續建立安全監測與回饋機制,透過醫護人員在臨床第一線的使用經驗與回報,掌握器材在實際應用中是否出現副作用、異常狀況,或其他需要注意的風險。這些從教育訓練、技術支援,到上市後監測與異常通報的機制,並不是特定類型業者才有,而是任何重視品質管理與使用者安全的醫材廠商都應具備的基本責任。

完善安全網:區分不同醫材的通報機制

最後提醒大家,守護醫材安全需要醫、病與廠商三方的共同參與。所有醫療器材都有對應的通報管道,但依據產品屬性與使用情境,通報責任與方式有所區別:

針對「一般(院內)醫療器材」,若在臨床使用上涉及嚴重不良事件,根據《醫療器材嚴重不良事件通報辦法》規定,醫療機構與廠商具備法律義務,必須於法定期限內主動向食藥署(TFDA)進行通報。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

至於民眾在居家使用的血壓計、血糖機等「家用醫療器材」,若發現產品異常或疑似不良反應,則仰賴使用者主動通報。民眾可利用食藥署「全國藥物不良反應通報中心」系統或撥打諮詢專線,讓管理單位能及早阻斷風險,維護全民健康。

●合規准入審查:醫材須取得許可證,並具備可追溯生產履歷與專業操作說明書。

● 上市後專業支援:原廠提供醫護培訓與即時技術諮詢,並建立持續監測機制以優化安全性。

●通報法規責任:醫事機構及廠商發現嚴重不良事件時,須依法定期限向主管機關通報。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

●民眾參與守護:居家醫材若有異常,民眾可主動透過網路通報系統或專線(02-2396-0100)反映。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
告別「不能做雷射」的遺憾!EVO ICL 再創視力矯正新里程碑
careonline_96
・2025/12/12 ・825字 ・閱讀時間約 1 分鐘

如果因為高度近視、角膜厚度不足或乾眼而無法接受近視雷射手術,就只能一直戴眼鏡嗎?現在還有另一項選擇,也就是EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡!

EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡是一片柔軟、具高度生物相容性的專利膠原蛋白材質 Collamer 所製成的晶體,可長期在眼內與自然晶體和諧共處。可將晶體植入虹膜與天然水晶體之間,發揮矯正近視或散光的效果。適用於 21 到 60 歲的患者,可以矯正 300 度到 2000 度的近視,同時還能合併矯正 100 度到 400 度的散光,因此特別適合高度近視或無法雷射的族群。

手術過程不改變角膜結構、不易引發乾眼症,未來也可依需求將晶體移除或升級,不影響白內障手術,屬於可還原、可逆式的矯正技術。

EVO ICL 植入式隱形眼鏡,憑藉 30 年豐富國際臨床經驗,全球累積植入數已突破 300 萬片,能提供良好的視覺品質。術前會進行多項精密的檢查,以提升手術安全與手術品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

植入式隱形眼鏡手術,是利用眼藥水麻醉。醫師會在角膜邊緣製作一個筆尖大小的微小切口,放入捲曲的晶體,然後將晶體固定於正確的位置。手術過程約20分鐘,當天即可返家休息。許多患者在術後隔天,視力便能達到理想視力,迅速恢復日常生活與工作。

EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡,屬於後房型植入式晶體,搭配微中央孔設計,讓房水可自然流通,維持眼內代謝循環,視覺品質更穩定。 EVO ICL「新型」植入式隱形眼鏡是視力矯正的新選擇,幫助擺脫眼鏡的束縛,維持高品質視力!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

討論功能關閉中。