攜帶型生物感測器「嗅出」心臟病和癌症等疾病信號

帶有USB介面的攜帶型測量裝置連接到筆記本電腦。安裝在筆記本電腦中的軟體提供圖形用戶界面（GUI）來控制測量參數並顯示測試結果。插圖顯示了封裝後的AlGaN/GaN HEMT晶元連接到安裝在攜帶型設備上的microSD讀卡器上

據麥姆斯諮詢報道，一項發表在《ECS Journal of Solid State Science and Technology》期刊上的研究顯示，來自台灣國立清華大學（National Tsing Hua University）和成功大學（National Cheng Kung University）研究人員組成的科研小組開發出一種低成本的攜帶型醫療感測器套件，該套件能夠幫助提醒用戶相關醫學問題，包括嚴重的心臟病和癌症。

攜帶型醫療器件已經成為全面醫療保健不可或缺的一部分，在監控、醫學治療、診斷、健身和保健方面展現出巨大的潛力。配合醫院和緊急護理中心所使用的台式即時診斷儀器，個人既能增加預防護理措施，也能更全面地了解自身的健康狀況。

根據開放獲取的論文《基於場效應晶體管的生物感測器和攜帶型個人醫療保健設備》，研究人員已經在論文中描述了低成本晶體管器件的設計、開發、製造和原型，它能用於測量血液中的C反應蛋白（C-reactive protein，簡稱CRP），當CRP水平升高時，即表明炎症可能與即將發生的心臟病、中風、冠心病和其它醫療診斷類疾病相關。

國立清華大學兼研究論文的共同作者Yu-Lin Wang教授表示，「該器件將最終被製造成小型手持設備，並通過藍牙或Wi-Fi輕鬆連接至智能手機，數據可以被收集存儲到應用程序內，用戶也可以將數據發送給醫生。操作起來和血糖儀一樣簡單，任何人都可以隨時隨地用一滴血進行測試。」

由於血樣中含鹽濃度較高，基於硅基場效應晶體管（field-effect transistor, FET）的生物感測器的精度和性能經常受到影響。Wang及其研究團隊意識到這一問題，開發出一種基於GaN（氮化鎵）的高電子遷移率晶體管（HEMT）作為響應，GaN具有化學惰性，不會出現相同的性能下降。雖然GaN比硅更昂貴，但是微製造技術的進步幫助開發出小型HEMT，從而大大節省成本，成本下降為大批量生產鋪平了道路。

雖然基於場效應晶體管的生物感測器具有許多潛在優勢，但是進入應用領域仍需要克服諸多技術障礙。因為場效應晶體管非常靈敏，就有可能變得不穩定，因此開發一致性較高的感測器通常較為困難。為了讓他們的設備在物廉價美的前提下兼具可靠性，該團隊開始尋求新的創新方法，儘可能減少干擾。研究團隊利用非常短的脈衝測量系統得以實現。

Wang指出，「我們也開發出一種方法，來克服常見於場效應晶體管的電荷屏蔽影響。這種方法使得我們能夠檢測目標蛋白，而無需稀釋或將臨床樣本進行脫鹽處理。因此我們不需要在感測器或器件中使用任何自動裝置，可以使系統變得經濟簡易。操作本身就很簡單，每個人都可以做到，只需要滴一滴血滴後點擊即可。」

通過上述努力，研究團隊得以開發出一種精確且經濟實惠的系統，並且在感測器上整合了一種新方法。

Wang說道，「我相信我們所創造的技術未來將適用於數十億人。」

該裝置在CRP水平升高時做出提醒，未來將有可能挽救生命。目前，從這項技術中獲益最多的人群將是患有心血管疾病或有心血管疾病風險的人群，如心臟病發作或心力衰竭。例如，有些人心臟病發作時可能沒有典型癥狀，如劇烈疼痛感或感到不舒服。然而，攜帶型生物感測器可以立即檢測血液中特定的心臟標誌物，即使沒有癥狀顯示也能提醒患者心臟病的發作。另一種情況下，現場急救員也能使用該裝置快速且準確地診斷患者。

慢性心力衰竭患者可以使用該裝置監測生物標誌物，一旦升高，就能提醒你患有心力衰竭的風險。定期監測這些生物標誌物可以有效降低患者複診率，進而提高患者生活質量並降低醫院醫療費用。

Wang解釋道，「測試只需要5分鐘和1滴血，每個人都能直觀地知道如何使用該裝置。該裝置的成本非常低，所以它將適用於每個人。當受體被固定，如適體或抗體改變時，就可以檢測到不同的生物標誌物。該裝置可以檢測到多種疾病標誌物。」

由於其重要性，以及在該項研究中所展示出來的變革性工作，ECS將其指定為編者特選文章。這類文章通常展示出一個新的研究方向，一類新的概念和一種解決相關領域問題的新方法。

ECS雜誌固態科學技術欄目的編輯Fan Ren指出，「這項工作展示了一款低成本攜帶型醫療感測器套件，只需要一滴血，這款新型感測器套件就能檢測出心臟病發作甚至是腫瘤。」

該團隊已經開發出手持設備樣品，並成功展示出準確一致的結果。Wang相信不出一年，該裝置將與智能手機和雲計算相兼容。

Wang最後說道，「我們正在與醫院和產業界合作，試圖將該裝置轉化成真正的產品，我認為未來該裝置將收集到大量的數據，這些數據經由人工智慧分析成為物聯網（Internet of things）生態系統的一部分。該裝置將在上述環節中扮演至關重要的角色。」

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