一、BioMEMS介紹

COVID-19流行、慢性病患者增加、人民健康意識興起等因素，推動了穿戴式裝置與遠距居家照護系統的發展與普及，例如:以智慧手錶監測心律、利用可攜式正壓呼吸器治療呼吸中止症、透過手持超音波檢測疾病等。上述裝置得以實現輕便化與微小化，生物微機電(BioMEMS)為不可或缺之關鍵技術。BioMEMS技術係指將半導體製程或微流體技術製作的微機電裝置與系統，如微感測器、微反應器、微流道等，應用於生化檢驗、治療、診斷等醫療照護領域。BioMEMS因具有微小化、低功耗、易與資通訊裝置整合等優勢，在目前遠距醫療與數位健康之市場發展趨勢中，成為業者關注的技術焦點。

二、BioMEMS創新應用與代表性案例

BioMEMS於醫療照護領域之應用廣泛，主要應用與代表性廠商請參閱圖一。以下將針對創新之應用與代表性案例作介紹。

(一) 生命體徵感測之多功能助聽器/耳塞

耳道為適合量測生命體徵(如心率、血氧等)的人體部位。這是由於耳道的皮膚薄，易於精準地量測。且相較於手腕等其他部位，耳道不具有活動性，因此助聽器/耳塞可長時間穩定地置入，不易受到活動干擾。同時，助聽器可與穿戴置裝置或手機應用程式整合，進一步提升助應用價值並改善患者體驗，例如助聽器可透過藍芽與手機連接，使患者可藉由手機調整助聽器設定。

目前市面上頂尖的助聽器公司都在開發助聽器的新功能，例如: Sonova為國際知名的聽力解決方案大廠，其所開發的多款助聽器除具備降噪、免持聽筒、可根據使用者偏好設置音量音質等基本功能外，部分型號還具治療耳鳴之功能，或者具備移動偵測器，可感測使用者的頭部移動，自動調整聲音的輸出。此外，另有新創公司投入多功能之醫療耳塞開發。例如德國Cosinuss投入醫療級耳塞開發，其所開發的技術Earconnect Technology，支援生命體徵分析與遠距患者監測，包括呼吸監測、癲癇發作預測、術後監測等，可免除同時穿戴多種生命體徵裝置以及數據解讀之困擾。

(二) 無導線心臟節律器

傳統心臟節律器植入手術需從胸口的鎖骨下切開置入節律器，並將電極導線安置在心臟內，而後持續透過電流刺激心臟來維持心跳穩定。然而，此治療需留意血管穿刺造成的後遺症，以及植入後的感染與導線脫落等併發症。近年來，隨著製程技術的進步(如三軸加速規的微小化)，已開發出膠囊大小的無導線心臟節律器，能透過導管置於心臟內，除了不會於體表留下明顯傷口外，亦有較低的併發症風險，因此正逐漸取代傳統的心臟節律器。目前無導線心臟節律器僅能置於右心室中，預計未來將朝向可適用於不同腔室的裝置開發，以使更多心臟疾病患者受益。

代表性廠商為國際大廠Medtronic所開發Micra AV，於2020年獲得FDA許可，尺寸不到傳統心臟節律器的1/10。該裝置具有先進的加速計與演算法做搭配，能根據心臟的跳動頻率自動調整刺激，同時亦具有遠端監控功能，並且能調整節律器的刺激模式。除了Medtronic以外，國際知名大廠亞培也積極投入無導線心臟節律器Aveir的開發，並於2022年4月獲得FDA許可，用以治療心律過低的患者。該裝置有較長的電池壽命，並且有易於回收的特殊設計，方便醫生取回與更換。

(三) 多疾病檢測微流道平台

自動化與多疾病檢測為目前微流道技術的主要發展趨勢。越來越多廠商(如Bosch、Boehringer Ingelheim、Qorvo Biotechnologies、Genalyte等)正在開發能夠及時處理大量參數，與可適用於多種檢測模式(如分子檢測與生化檢測)的微流道平台，以節省疾病篩檢所需的時間。

以下舉兩家廠商為例: 美國半導體廠Qorvo的子公司Qorvo Biotechnologies，開發即時護理(Point-of-care, PoC)診斷平台 Qorvo Omnia。該平台利用體聲波 (bulk acoustic wave, BAW)感測技術，搭配特殊設計的微流道卡匣，可以在單一檢驗中實現分子檢測和免疫分析的雙重測試，並且可適用於血液、唾液等不同類型的檢體。Qorvo Omnia於2021年取得FDA緊急使用授權(EUA)許可，作為COVID-19抗原檢測，並且於2022年受美國NIH資助開發可同時量測流感與COVID-19的多合一抗原檢測。

另一家代表性廠商Genalyte則利用光子環形共振器技術(Photonic Ring Resonator Technology)搭配微流道晶片，開發出可同時處理4份檢體，並可對1份檢體進行26項免疫測試的Maverick免疫分析儀。

(四) 小型/微型超音波檢測器

MUT(micromachined ultrasonic transducer)技術的成熟，為使超音波檢測器實現小型化的關鍵。MUT有著易於微小化、成本低等優勢，且可發射的超音波頻率廣，能適用於多數的醫學檢驗，不須一直更換探頭，逐漸取代傳統的單晶或陶瓷材料的超音波探頭，代表性廠商有Butterfly Network。

小型/微型超音波檢測器未來有兩個主要發展機會，一個做為內視鏡使用，另一個則作為手持式/穿戴式監測裝置。OtoNexus Medical Technologies為超音波內視鏡的代表性廠商，其開發出可輔助中耳炎診斷的超音波耳鏡。中耳炎難以直接以肉眼做診斷，且多數中耳炎不需使用抗生素治療。該產品可評估中耳發炎程度，以協助醫師給予適當的治療，並降低抗生素濫用之機會。

另一代表性廠商為以色列公司Pulsenmore，其開發了手持式超音波檢測裝置，可用於遠距居家胎兒檢測。該裝置可與手機對接，並且在醫師線上指導下進行超音波掃描。檢測影像透過雲端提供予醫師診斷，以確認胎兒健康狀態。該裝置能有效減輕孕婦之心理負擔，降低醫院往返之風險，且目前已於歐盟與以色列上市。

(五) 神經探針

神經探針為量測單顆神經元活動的植入式裝置，可協助科學家了解腦細胞之間的溝通模式，甚至治療神經系統疾病。隨著探針製程技術與生物相容性材料(如石墨烯)的發展，神經探針得以實現微小化，減少對組織的傷害，並可提升針尖電極陣列之密度，以取得較多的神經訊號，進而改善解析度。

神經探針代表性廠商有NeuroNexus，其開發了多種創新的薄膜神經探針以及電生理記錄與刺激系統，例如: 與微流道技術結合的藥物輸送神經探針；與光纖結合的神經探針，可用於觀察神經在特定光線刺激下的活動；與核磁共振相容的神經探針，可減少造影時渦電流的生成，降低對神經的傷害並克服影像失真的問題等。

另外，加州大學聖地亞哥分校近期開發出柔性且透明的神經電極陣列貼片，該電極陣列可與大腦的表面起伏貼合，且微小的電極探針不會刺穿大腦的表面血管，可用於量測大腦表面皮質層的訊號，未來將可望應用於腦機介面(brain-computer interface, BCI)的研究。目前該研究已初步於齧齒類動物上完成試驗，且在接近200天的植入期中，皆可持續量測到穩定的神經訊號。

三、機會與挑戰

儘管BioMEMS為醫療檢驗裝置實現微型化之關鍵，但其技術發展迄今仍面臨著諸多挑戰，例如: 設計與整合複雜度高(如材料選擇、元件設計)；製造難度高(如多材質整合、生物相容性材料層積控制)等。當前的BioMEMS參與者，仍多將消費性電子所使用之微機電(MEMS)元件，與IOT等資通訊技術做搭配，應用於健康保健領域。未來隨著感測與製程技術的精進，以及生物相容性材料的發展，預計上述挑戰能逐漸克服，有更多符合醫療需求與規格(如高量測精準度與可靠度)之BioMEMS元件可望被開發出來，並且將進一步擴展BioMEMS之應用範疇。