一、表皮微流體診斷優勢與分類

表皮微流體診斷(Epifluidic diagnostics)為利用微流體技術從表皮或皮膚上採集汗水、組織液(interstitial fluid, ISF)、唾液或淚液，並且即時進行檢測與分析之新興診斷技術。相較於傳統的血液與尿液檢驗，此技術能使病患不必承受挨針之苦，且具備檢測迅速、不受檢測地點限制等優勢。

穿戴式感測器需求增加以及微流體、微感測器、3D列印等技術之迅速發展，為表皮微流體診斷市場成長的重要驅動力。如3D列印能製造出複雜微流體通道；金屬奈米粒子提升檢測的敏感度；以紡織纖維或紙為基礎的裝置具備靈活輕巧且具成本優勢等。本文將針對目前主要的兩項表皮微流體診斷技術，分別為汗液表皮微流體診斷以及組織液表皮微流體診斷(圖一)，介紹其技術特性、研發動態與創新應用案例。

二、汗液表皮微流體診斷

(一) 技術說明
汗液表皮微流體診斷主要透過微流道，以非侵入方式收集及分析汗液中的分子，具備即時、非侵入性、連續監測且管理容易等優勢，並且能克服傳統血液檢測的缺點，包括扎針的不適感、樣品收集及運輸成本高、無法即時取得檢驗結果等。另外，依照檢體蒐集方式，汗液表皮微流體診斷可進一步細分為：主動式汗液蒐集，為利用離子電泳法(Iontophoresis)等技術刺激表皮出汗；以及仰賴人體自然流汗的被動式汗液蒐集。
此技術目前面臨的挑戰涵蓋：被動式汗液蒐集在沒有充分運動下，較難收集到足夠的汗液進行分析；不同部位的流汗量有所不同，因此需要設計相對應的診斷裝置，以滿足精準度的需求。

(二) 研發動態
近期研發重心包括：新的微流體設計、製造及材料，以縮小裝置體積並降低生產成本；以及開發更高靈敏度和專一性的檢測技術，以滿足各種臨床應用及診斷需求。美國德州大學研究員與EnLiSense公司展開合作發展新型穿戴式裝置，以從汗液中檢測病毒感染之生物標誌物(如IP-10、TRAIL)；另外，加拿大卡加利大學(University of Calgary)的研究人員正在研發皮質醇等與壓力相關之生物標誌物的汗液診斷技術，以找出前述生物分子與腦震盪患者康復程度的關聯性；南韓漢陽大學(Hanyang University)研究人員則致力於開發汗液檢測貼片，此貼片能夠分析人體的出汗模式，來預防低血糖休克(症狀之一為大量出汗)。

(三) 創新應用案例
1. 具備優異毒品檢測靈敏度的汗液檢測手環
開發商：美國Levi Diagnostics
Levi Diagnostics致力於開發奈米材料感測器與檢測技術，並於2020年獲得美國國家衛生院(National Institutes of Health, NIH)資助，開發針對毒品檢測的汗液檢測手環。此手環含有多種以奈米複合材料為基礎的感測器，能檢測汗液中的不同鴉片類藥物，並且具備優異的靈敏度(ng/mL)，同時能將檢測結果傳輸至使用者的手機與電腦。此技術具備取代現有毒品檢測方式的潛力，如成本較高的毛囊檢測與血液檢測、須臨床醫師在場才能採用的尿液檢測，以協助執法單位應對藥物濫用危機。

2. 能適時提醒水分補充的汗液表皮微流體診斷裝置
開發商：美國Epicore Biosystems
Epicore Biosystems開發以汗液表皮微流體診斷貼片為基礎的穿戴式裝置Connected Hydration。此裝置能監測於惡劣條件下工作的工人、運動員或軍人的汗水和體溫等生命體徵，並且會在使用者脫水時，透過手機應用程式提醒補充水分與電解質，從而降低熱傷害的風險。Connected Hydration還能進一步擴充其功能，進而檢測乳酸、傷口滲出液等生物標誌物。

三、組織液表皮微流體診斷

(一) 技術說明
組織液表皮微流體診斷為利用微針陣列穿透皮膚數百微米的深度，並且取得此深度的組織液進行分析。相較於汗液，組織液存在更大量且更完整的生物分子與疾病資訊，因此適合用於檢測疾病生物標誌物；且相較於血液，組織液可連續取得且不易凝結，適用於連續性監測，尤其是監測加護病房的患者。除了前述特性之外，此技術還具備無痛、安全等優勢，並且具有同時檢測多種生物標誌物的潛力。目前臨床上已經使用組織液表皮微流體診斷進行連續血糖監測，然而目前長時間使用仍會引起皮疹並且感到不適。另外，微針陣列製造複雜，且微針堵塞亦可能造成分析錯誤，為此技術迄今面臨的主要挑戰。

(二) 研發動態
近期的研究焦點包括：探索新型材料與微針製造技術，以提高組織液的萃取效率並且減少使用者的不適；與多種感測器整合的整合並且縮小設備尺寸；探索各種疾病檢測應用的可能性。美國加州大學研究團隊設計了一款多檢驗模式的微針平台，可同時利用酵素電流測量(Enzymatic amperometric)和非酵素伏安法(Nonenzymatic voltametric)來檢測帕金森氏症的左旋多巴胺(Levodopa)；美國萊斯大學(Rice University)研究團隊開發以抗體檢測為基礎的微針貼片，能夠在20分鐘內檢測瘧疾相關之蛋白質；法國格勒諾布爾大學(Grenoble-Alps University)研發出整合3D列印微針技術以及溶液閘極式場效電晶體(solution-gated field-effect transistor, SGFET)技術的微針貼片，可用於測量牛的黃體酮和雌二醇激素，以判斷牛隻的排卵時間。

(三) 創新應用案例
1. 能連續監測血糖與乳糖的智慧手錶
開發商：法國PKvitality
PKvitality開發出一款能全天候連續監測血糖的智慧手錶K'Watch Glucose。此手錶外觀上與一般智慧手錶無異，但背面含有採用組織液表皮微流體診斷技術的一次性貼片(稱為SkinTaste)，且貼片可在連續使用七天後更換。同時，K'Watch Glucose還具備追蹤步數、計算卡路里、量測心率等功能，協助糖尿病患者進行健康管理。目前該產品預計將於2024年上市。另外，PKvitality亦採用同樣的技術，研發出能用以監測乳糖值的智慧手錶K'Watch Athlete，以協助運動員檢視身體疲勞程度，並且提高運動表現。

2. 能同時檢測多項生物標誌物的疾病檢測貼片
開發商：澳洲Nutromics 
Nutromics整合了DNA生物感測器與微針陣列發展出先進的疾病檢測貼片，稱為lab-on-a-patch。lab-on-a-patch的不同根微針上含有能檢測不同生物標誌物的DNA生物感測器，因此，此創新貼片具備同時檢測多項生物標誌物的能力。目前Nutromics的首要目標是將lab-on-a-patch應用於萬古黴素(Vancomycin)的劑量檢測。萬古黴素為美國醫院最普遍使用的靜脈注射抗生素，常用於加護病房。然而萬古黴素毒性高，因此需要精準的監測使用劑量，以避免施打過量。

四、結語

目前表皮微流體診斷業者與研究團隊正積極發展融合先進感測器、訊號處理、藍芽與人工智慧等數位科技的創新解決方案，以提供使用者更精準的健康與疾病資訊以及個人化建議，並且改善用戶體驗，預計到2026年時，表皮微流體診斷裝置將可進一步與微型藥物遞送裝置整合，根據檢測結果遞送最佳劑量的治療藥物。