▲人物特寫
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我把基因「變大」了
◎黃秀花
傳統的生化病菌檢驗時間需要二至七天,
鄧俊男研發的「AI-Cycler」診斷儀卻只要三小時,
關鍵在於他把基因「變大」了!




慈濟大學醫學研究所學生鄧俊男帶著他發明的「E世
代快速醫療診斷儀──AI-Cycler(人工智慧循環)」
,參加行政院國家科學委員會舉辦的「第三屆全國大
專院校學生創意實作競賽」;九月二十七日他從一百
五十四隊參賽隊伍中脫穎而出,榮獲創意獎第二名(
第一名從缺)及實作能力特別獎。

評審之一的台灣師範大學設計研究所教授吳千華讚歎
,鄧俊男能以簡單的電子電路設備,把複雜的生化特
性表現出來,實是不可多得的創作。

現今醫學正朝著分子診斷的方向前進,鄧俊男的這項發明若能與臨床醫學
結合,將可使醫師在短短三小時之內,檢測出病患究竟感染何種病毒或細
菌,俾便儘早進行診斷和治療,對未來醫療科技發展將有很大的助益。



就地取材


取名為「AI-Cycler」的診斷儀,簡單說是部「基因放大器」;它能將微乎
其微的遺傳分子基因DNA透過連續複製方式放大,以利判讀。其原理就
像影印機一樣,能將一張紙複製成十張、一百張,甚至上千萬張。利用此
技術將基因放大,不僅專一性高、少雜訊,且所需時間短,造價又便宜,
優點多多。

鄧俊男表示,基因放大的理念來自於一九九三年諾貝爾醫學獎得主  Kary
Mullis,他發現了DNA聚合H連鎖反應( Polymerase  Chain  Reaction,簡
稱PCR)和DNA定點指向的突變誘發。

PCR的原理即是仿效大自然中的DNA合成機制,如同每個人身體中的
染色體DNA需要經過複製,才能將遺傳物質傳予每個細胞及下一代;而
AI-Cycler診斷儀就是將大自然的複製過程,從生物體內移轉到機器上,進
行自動化的複製。

PCR必須經過三個步驟,才能進行DNA的增殖:即DNA雙股分離(
Denaturation)、粘合上一小段引子(Annealing  of  primers)、引子的延長
(Extension  of  primers )。這三個關鍵點分別由高、低、中等三個溫度層
作為控制樞紐,經過加熱後,原本微量的DNA就會以2的n次方進行放
大增殖。

而AI-Cycler診斷儀,其作法是取檢體的DNA,與特殊酵素一同置入試管
內,經過基因放大器進行兩小時六十次熱循環後,原本肉眼看不到的微小
基因,經過染色,就會像發亮的斑馬紋,而後再對照所列的菌種標記,就
能判斷出感染那種細菌或病毒。

與一般醫療院所常使用的檢測儀器PCR相較,不論德製的  MWG Primus
legal  PCR ,或美製的 MJ Research PTC-200、AB GeneAmp PCR System9700
,售價約需九至二十萬元;而以簡單市售半導體材料組裝而成的AI-Cycler
診斷儀,成本卻不到四千元,且操作介面更簡單,目前正申請專利中。

鄧俊男談及,很多材料都是他就地取材而得。如風扇是電子零件行買來的
,銅塊是在五金材料行撿來的,再加上熱電半導體(或稱致冷版)、電源
供應器、溫度計、感應器及組裝的塑膠外殼等,整組儀器花費還不到四千
元。



熬夜實驗


「從去年暑假開始,經一、兩個月的實驗,都沒有任何結果,修改了好幾
個星期,失敗達三、四十次才有結果出來。」慈濟大學神經科學研究所所
長、亦是鄧俊男的指導教授郭博昭說:「即便有影像出現,剛開始也只是
模模糊糊一片,難以辨識。後來經過生化學科副教授李展平的檢驗,確定
那真是放大的基因,他便愈做愈有信心了!」

鄧俊男表示,每做一次實驗失敗,他都會
詳細檢討失敗的原因,作為下回改進的參
考,諸如散熱速度太慢、酵素使用不對等
。剛開始機器每運作一次,加上電泳及照
相,都得花上十個小時,使得他經常以實
驗室為家。

當時他還是慈大生命科學系四年級學生,

畢業在即,既要顧及課業,又要著手準備研究所的甄試,雙重壓力交相考
驗,負荷實在沈重。

雖然實驗做得辛苦,失敗的次數也多,卻
從未擊垮鄧俊男的鬥志;面臨一次又一次
的失敗,有著堅忍沈著性格的他,總是不
服輸地一次又一次的嘗試,終於獲得成功
的果實。

「那天看他氣喘吁吁地跑來找我,臉上可
是散發著光彩!」郭博昭形容當鄧俊男發
現實驗有結果時,那種喜悅是不可言喻的



郭博昭讚賞愛徒,說他是「初生之犢不畏虎」,並稱他那「不服輸」的個
性和自己很像;做研究就必須具備有如此百折不撓的精神,非得要達成目
標,否則絕不放棄。

而鄧俊男也果不負師望,不但研究做得好,課業也一路扶上青雲。畢業後
,他同時甄試考上台大醫學工程研究所、慈大醫學研究所及神經科學研究
所,最後他選擇在慈大醫學研究所繼續進修。



主動學習


談起郭博昭和鄧俊男這對師徒,一位是神經科學研究所的教授,一位是醫
學研究所的學生,研究領域不同,又是如何搭上線的呢?

早在鄧俊男還是大三學生時,就曾上過郭博昭一門「生理學實驗」課程,
他在參觀過郭教授的實驗室後,驚見很多新奇有趣的創作,從此對發明產
生了興趣。

前年年底,他找上郭博昭,提起想研究「手機對人體造成的影響」。當時
郭博昭認為,要研究「手機」需有相關的檢測儀器做輔助,但慈大並無相
關科系及設備,有需要的話可以協助他去其他相關單位進行研究。

事隔半年,郭博昭主動告知鄧俊男可做PCR的研究,理由是:台灣各醫
療院所使用的PCR檢驗儀器,全來自國外進口,目前國內尚無任何一所
教育機構或醫院有做相關設備的研發;再者PCR的原理還算簡單,相信
以鄧俊男的能力絕對可以勝任。

設定研究目標後,鄧俊男便開始著手進行準備,但生科系出身的他,雖有
生化科技的背景,卻從未涉獵電腦程式設計及電子電路的領域。於是,郭
博昭便熱心地傳授他這兩門學科的初步概念。為了彌補這方面的不足,鄧
俊男也買書自修研讀,甚至到東華大學電機所旁聽。

「起初是我帶著他一起寫程式,後來他學得很快,愈寫就愈駕輕就熟!」
郭博昭說,鄧俊男的學問有百分之八十是靠自己進修,而他灌輸給他的也
是「主動學習」的觀念;「與其一直帶著他做,不如告訴他一些竅門,這
樣的學習才有意義。以後他就能將揣摩所領會的心得,運用在其他的研究
上,如此才能不斷超越自己。」

而今研究有成,郭博昭已把鄧俊男推向國
家級的舞台。但師徒兩人並不以此為滿足
,他們還計畫進一步做改良,再次推出第
二代、第三代……目標是希望儘可能縮短
檢驗的時間,最好能讓病人吐一口痰,只
要經過一、兩個小時的檢驗,就可知道感
染什麼病菌。

鄧俊男指出,目前醫界有濫用抗生素的現象,主要是因檢驗時間拖得太久
;為避免患者病情持續加重,醫師只好在尚未取得正確的檢驗報告前,先
開立抗生素來緩解病情。但其實像很多小兒科病人,多數是病毒性感染,
而抗生素只能對治細菌;換言之,有將近半數以上的小朋友是不需要使用
抗生素治療的。一旦抗生素被過度氾濫使用,極可能讓細菌產生抗藥性,
而變得難以治療。

鄧俊男期望研究的成果,在不久的將來就能運用到醫療檢驗上,讓原本昂
貴的檢驗趨於平民化,甚至推廣到一般診所。如此病患就能在負擔最少、
最短時間內,獲得正確的檢驗結果,醫師也才能「對症下藥」,進行有效
的治療。



志工服務


動機強、韌性足,是鄧俊男之所以成功的原因。他把失敗當成是必然的過
程,把成功視為是再進階的原動力,因而才有源源不絕的創作精力;如同
他所喜愛的運動一樣,不論是馬拉松或空手道,他都以無比的信心和耐力
全力以赴。

談到空手道,鄧俊男還曾榮獲全國比賽第四名呢!瞧他長相斯文、個性溫
和、談吐謙遜有禮,實在很難令人將他和這項運動擺在一起;但或許就是
那分堅決又精準的沈穩淬練,才能造就他今日的成績。

繼AI-Cycler診斷儀研發成功後,他接續又與經濟部有項合作計畫,將進行
「定量PCR」的研究;此外,他還著手於基因晶片掃描器、遠端醫療監
控等開發運用的進一步研究,且受聘於一家基因科技公司,從事專案研究

除了研究領域外,他也不忘對社會投注關懷。大一時
,他曾到慈濟醫院心蓮病房當志工、幫忙種花卉;後
來又到畢士大教養院陪伴身心障礙的小朋友,持續至
今,他依然定期每週六、日前往幫忙餵食;九二一地
震發生後,還前往重建區關懷孩童;花蓮光復鄉大興
村因桃芝颱風造成土石流,他也捲起袖子加入清掃行
列……

「我覺得很詫異!怎麼前一晚實驗做到很晚,第二天
早上他就突然不見了!原來是跑到大興村去打掃了。
」郭博昭稱許鄧俊男是位愛鄉愛土、有熱情、有理想

的有為青年。除了做研究相當認真,課餘還去做志工,關懷人群,實是一
位不可多得的傑出青年。

郭博昭提及,相較於時下的年輕人,大多沈迷於現成的享受,對未來欠缺
方向,鄧俊男顯然已找到了奮鬥的目標。而鄧俊男則很感謝指導教授郭博
昭的提攜,是因他不斷地耐心教導,才使他獲致今日的成果。

「郭老師指引我一個明確的研究方向,又能抽絲剝繭地為我解說、分析,
是一位值得追隨和學習的對象!」鄧俊男說,他們師徒間有很多相似點,
同樣是高雄人、又都是高雄中學的校友,更重要的是,兩人做研究的執著
態度完全一致,不管遭遇多大困難,總會設法去克服。


※※※


對於同時甄試考上三所研究所,最後卻選擇留在花蓮慈大醫學研究所繼續
進修,鄧俊男強調,是源自於他對花蓮有分特殊的情感,在這埵釩雃h他
的故交,包括帶領他進入研究領域的郭博昭教授、協助他創作的同窗知己
鍾家珮和黃文彥、一起做生態研究的荒野保護協會成員、空手道的同好等
。在花蓮,他同時可延續友誼、興趣及研究,自是最好的落腳處。

喜愛大自然的他還說,花蓮的好山好水,也是令他不忍離去的原因。有時
實驗做累了,騎著機車到山上或海邊都很近,他很喜歡到那兒去沈思、放
鬆心情,在與大自然對話之中,更能激發他的創作靈感,何樂更甚於此呢