1、Looking at the Modern Bio-technology 近代生物科技漫談 鄔 詩 賢 博士 國 立 中 興 大 學 教 授 國立勤益技術學院校長,生物科技並非單純代表一種產業或商品，其所涵蓋的學門包括生物學、生物化學與工程、化學工程、醫學、醫學工程、工業工程、機械與航空工程等等，故其是跨領域而以生物為主體的科學。正因其所涉及的範圍很廣，故其定義也就因人、因領域而有所不同。,所謂生物科技,國人通常誤以生物科技的範疇就是藥品、生機食物的發明與製造。其實，這種狹窄的觀念應當改過來喔！,達爾文學說、宗教哲學、外星移民、地球的多次文明理論。,生物進化論,理論力學 應用科技 資訊科技,醫
2、學科技 綜合研究,奈米化,近代生物科技的出現,根據美國國家研究委員會(National Research Council) 在1994年對生物科技所作的定義： 生物科技是利用各種技術，作用在活體生物以製造或修改產物，以改良之動、植物及微生物之發展作為特定的用途 。,生物科技的定義,生物科技能廣泛應用到不同領域，例如 :（1）醫學生物技術 （2）農業生物技術（3）環境生物技術 （4）海洋生物技術（5）工業生物技術 （6）製藥生物技術,生物科技的應用領域,2002年政府公佈之十八大新興工業,半導體工業 生物技術工業 消費電子工業 特用化學品工業 特殊合金材料工業 航太工業 高性能塑橡膠材料工業 高
3、級纖維材料工業 資訊軟體工業,通訊工業 資訊硬體工業 電子材料工業 精密結構陶瓷材料工業 精密機械與自動化工業 製藥工業 高性能複合材料工業 環境保護工業 醫療保健工業,上列工業大多數與生物科技均有關連,醫學工程是一個非常年輕的工程領域，其較早的發展多偏於機械式的器材開發 ; 一直到近三十年以來，由於現代科技的蓬勃發展，尤其是微電子零件的開發，刺激帶動醫學工程為一個新興的領域。最近又由於國際形勢的急遽轉變，加上人類與生俱來對人體健康的重視，各國紛紛將縮減國防省下的龐大經費轉而投資在維護促進人體健康相關的奈米工業上，醫學工程無形中又被刺激帶動到另一個高峰。國內之微電腦與電子零組件的製造與開發有著
4、相當的水準，必然帶動台灣產業昇級促進台灣經濟的持續發展！,醫學工程,生物工程為醫學工程的其中一個精華領域，其發展的背景各方說法不一。每本書敘述的也都不太一樣，弄的人霧煞煞的。我比較有把握的是，美國生物工程的玩家比較多的是工學院尤其是機械系與化工系的教授，當然還有生物科系的行家。最熱門的時候應當是在1980年左右。美國北佬玩生物工程玩的比南佬好，相關的研究機構大多設於北方，研究計畫也大多都是南佬向北佬要的。歐美許多的生物工程期刊大都是那個時候陸續發行的。八年代，機械系可能找不到特殊的研究主題，所以在生物力學方面玩得比較熱衷。近幾年，台灣的生物力學專家們也陸續崛起了！,生物工程,人體組織、結構的進
5、化完全是以奈米為基礎的，製造的相當精密與準確，對今後大多數生活科技產品的研發製造具有非常大的參考價值。體內的器官及肌肉、骨骼、液相等組織都是完美而標準的奈米結構體，凡是只要涉及會動的部份，無論是固相、液相或是氣相，都會有力學現象產生，我們可以藉由精密儀器或是電腦分析來了解這些力學現象。了解這些力學現象，對日後的臨床診斷行為或是開發新科技產品的思惟途徑都有非常大的助益。,生物力學,科技產品的研究、設計、開發、製造的過程必須仰賴相關力學上的輔助。生物科技產品亦如是。實驗求解與電腦分析在生物力學領域裡是兩個產品設計與製造主要的媒合介質。實驗室裡，由於各項設備成本高，專業人力需求大，開發成品的投資大，
6、對國內發展生物科技產業確實有所障礙。事實上，對台灣生物科技業界而言，不得不謹慎為之。電腦分析雖然沒有上述這些需求，可是，專業軟體的開發與應用仍然需要部份實驗資料的輔助。國內生物科技業界在這方面確實有相當困難的一條路得走。,進入生物力學的領域,生物力學領域的 電腦模擬,人體工學是一門與人類生活有密切關係的學識。論其起源可說是在第二次世界大戰中由美國軍方所倡導發展出來的。當時美國軍方為應付戰場上的需要，大最發展高性能、威力強的新式武器，期能以科技的優越來決定戰爭的勝敗，然而由於過份重視新武器的性能和威力，忽略了使用者的人體特性以及操作能力的極限，導致了像飛機駕駛員誤讀高度儀表板侕意外失事，座艙位置
7、安排不當，致戰鬥時操作不靈活，命中率降低等意外現象。,人體工學 1/3,經過檢討之下，工程師及科學家們深切地體會到人體因素( Human Factors)在應用科學研究上的重要性。 因此包括心理學家、生理學家、人類學家和醫師等各種行為科學家們乃聚合在一起，研究人體與這些新式、複雜機械的統一調和問題，設立人體工學 (Human engineering) 研究機構，探討如何使人的條件與物理環境圓滿地結合在一起，然後再應用於各種軍事裝備的設計上。經由這些專家的努力，人體工學遂成為一種特殊的學識。,人體工學 2/3,戰後，這方面的專家將人體工學的體制和系統不斷地增修、擴充，並把戰時的各項研究資料、成果
8、廣泛地應相到工業界，同時他們有的受僱於軍中、民間各研究機構；有的開設顧問公同，對各類交通工具、電子傳播機械甚至家用器具以人體工學觀點進行改善設計、研究。他們所處理的業務包羅萬象，上至複雞的太空飛行系統下至一般的的公路號誌、電話、打字機、各類工具、廚具、家具、日用品等。嚴格而言，工業化社會中數目龐大而結構複雜的機械乃是人體工學興起及茁壯的主因。,人體工學 3/3,人體工學旋轉椅,在人體工學正式參與系統的設計和發展的約四十年間，其基本哲學業日改變了好幾次。首先是以機械為中心的設計哲學 ( Philosophy of Machine-oriented design)在此種理念下所強調的是機械性能，認
9、為人應適應機械，因此要求操作者必需經過人員甄選、適當訓練使之配合機械，嚴格而言此種理念並不能稱之為人體工學，僅可稱之為前導人體工學( Pre-Human Engineering) 。,人體工學的哲學 1/3,二次大戰後，工業受到技術性的改進，使人力與技術關係必需重新調整，因此而有以人為中心的設計哲學( Philosophy of Man-oriented design) 的興起，轉而強調機械的設計必需適應人的特性，研究人的能力與限制，就設備、機械與工作環境等條件加以設計，以使人們能方便、舒適且有效率地操作機械。最近第三種哲學再度興起，是所謂的以系統為中心的設計哲學( Philosophy of
10、 System-oriented design),人體工學的哲學 2/3,其思想異於前二者的是它認為設計的過程既不是人配合機械，也不是機械配合人，而是一種系統，右其中能提供人與設備、程序與工作之間的最佳配合，進而獲得有效的預期目標，此種理念乃是希望能充分利用人與機械之專長，使之完成不同的功能，而近年來由精神文明與物質文明的消長，人體工學又興起另一種哲學強調的是基本的人類價值以及個體在系統、工具環境等設計上的重要性。由以上人體工學理念的發展過程，吾人可獲得一結論，隨著科技的進步，人類福祉的重視，人體工學所扮演的角色將益形重要。,人體工學的哲學 3/3,人類工業革命史 第一次工業革命：18世紀蒸汽
11、機時代。 第二次工業革命：19世紀電機時代 原子時代 太空時代 第三次工業革命：20世紀資訊機電時代。 第四次工業革命：21世紀奈米科技時代。,奈米科技時代的來臨,奈米科學是由物理、化學以及生命科學三大基礎科學共同促成的。蓮葉表面不沾汙泥，鴨子翅膀不會滲水，正是奈米現象。探討物質奈米現象，稱之為介觀物理學。物質縮小十億倍的神奇世界，連科學家也沒見過。 十年內，奈米將與半導體並列全球兩大產業。 如果我們將物體表面奈米化，可使之更加抗熱、抗磨損及抗宇宙射線，且可提高各項元件的耐腐蝕性、吸波性和散熱性。由於各種材料奈米化後能產生全新的效能，因此高科技、傳統產品、生化、醫療等，幾乎不得不投入奈米相關研
12、究。,奈米科技,米 10 0 公尺 厘米 10 3 公尺 微米 10 6 公尺 奈米 10 9 公尺,奈米？,厘米,微米,奈米,美國：2003 年投資達六億八千萬美元發展國家奈米 技術創新計畫。 歐盟：預計自2002年至2006年共投資一百五十億美 元發展奈米科技。 日本：2002 年日本政府的奈米科技研究經費達二億 六千萬美元，居亞洲之冠。 中國大陸：自2001年至2005年預計投資三億美元發 展奈米科技。 台灣：政府預計五年內投資三億美元發展奈米科技。,各國的奈米科技發展,當物質被加工到奈米尺度時，實驗證實其物理和化學性能將隨之改變。將原子構成，具有奈米尺度的分子個體，添加於現有的產品或物
13、質中，使其功能改變，並提高其使用性（例：奈米碳管 Nano carbon tubes)。奈米材料的應用，在通信，電子，環保，化工等領域，皆可印證。目前，奈米研究在生物科技領域包含組織工程 (Tissue Engineering)，藥學工程(Pharmacolo gical Engineering)，生物機械 (Biomechanical Engineering) 等。,奈米與生物科技 1/3,1. 生活必需品由於奈米化，細菌將遭到隔離撲殺。 2. 人體奈米組織：去氧核糖核酸，DNA。 3. 奈米的進步將會帶來新產品的創新、改造生產 模式，超高真空的挑戰，探針怪手、奈米電源 器、保護設備產業、以
14、及奈米機械人的發生。 4. 全球經濟衰退、能源危機、環境污染、使得奈 米成為綠色革命介質。 5. 奈米科技是知識經濟的最佳典範。 6. 發展奈米科技是競爭力的保證。 7. 奈米科技的發展應當予以規範。,奈米與生物科技 2/3,1. 奈米生物科技產業，才有初步的成果問 世，就得面對外界接踵而來的質疑，這 一連串問號的背後，顯示出奈米生物科 技的發展，創新的代價可能相當驚人。 2. 落實商品化，長路漫漫。 3. 發展奈米生物科技，要忍得住寂寞、孤 獨與無奈。,奈米與生物科技 3/3,奈米生物科技的應用,奈米技術可應用於分子電子學、生物化學觸媒、基因組與醫學、有機化學、高分子化學、物理化學及感應器等
15、領域，全球奈米粒子主要市場涵蓋電子、磁學及光電，生醫、醫藥及化妝品，能源、觸媒及結構體，二年約創下四億美元商機，預估二五年將達到十五億美元，到二一年更將超過一二五億美元。,奈米生物科技的發展,1959年，英國物理學家費曼提出微物質操作控制概念。 1974年，日本學者谷口提出奈米科技名稱。 1981年，IBM發明掃描式穿透顯微鏡，成為奈米技術發展的主要工具。 1986年，奈米複製理論成為熱門辭彙。 1991年，NEC發現奈米碳管（I C內需）。 1998年，荷蘭成功地將奈米碳管製成電晶體。 2000年，柯林頓宣佈美國國家奈米創新計畫。 2002年，民生需要的奈米產品陸續上市。 2010年，電腦與
16、半導體將因奈米而突破。 2020年，奈米生物科技將會有突破性發展。,國際奈米研究成果,根據美國貿易與專利局的資料顯示，2001年的前六個月，全球奈米專利取得件數情況如下： 美國：234 法國： 22 日本： 21 德國： 21 加拿大：10 台灣： 6 愛爾蘭：6 瑞士： 6 高麗： 5 荷蘭： 5 澳洲： 4 比利時： 4 英國： 2 以色列： 2 中國： 1,美國生物科技策略聯盟,生技業界及學術機構密切的合作網路活絡於美國及歐洲的生技市場，其中以美國體制最為完整。因為美國生技公司大部份沿著大學校區衍生，因此擁有世界級的教育環境，開明的高科技轉移政策，佈建出智慧、創新的生技園區。這對實驗室科
17、學發明的商業化頗有助益。從美國生技產業在各州的發展，不難發現大學研究機構及政府支援對產業形成及擴展的必要性。,美國生物科技發展現況,美國從第一個科學研究園區在60年代由史丹福大學設立以來，科學園區在各國就不斷的發展。而美國第一個生技園區則是出現在東部的生技走廊，這個走廊是指從北卡羅來納州到波士頓之間的區域。在1990年代這裡形成了生技方面的聚落區，包括有波士頓、紐約、費城、新澤西州、馬里蘭州、維吉尼亞州及北卡羅來納州。如今超過40的美國生技公司在這一帶落腳。,我國的生物科技現況,我國的生物科技發展與歐美國家相較之下，大約晚了二十年。歐美國家對這項科技領域的認知與研發是全面性的。我國由於起步較晚
18、，研究人員對生物科技專業的認知差距頗大，個人研究又急於追求績效，在這方面的發展層面確實有待調整。生物科技並非單一學門，所涉獵的專業相當地廣。國科會及其他政府機構在這項科技上雖然不斷地倡導、投資，但是所得到的成果畢竟有限。對整個國家生物科技發展來說，國內仍有相當大的空間得以開發。在國力有限的情況下，私人企業的遠見、投資才是成功的要件。歐美在這方面行之有年，成效甚佳。台灣值得學習。,我國生物科技的顧盼,台灣到底有沒有發展生技產業的條件？這是許多企業投資人的疑問。從經濟部工業局的輔導計畫來看，短期內要趕上先進國家，其技術門檻似非一般企業所能克服，包括法令面、投資面以及資金面，都須有配套規劃，才不致一
19、腳踏入黑洞而不自知。,學界生物科技人員的訓練,國內與國外訓練生物科技人員的方法，都差不多。只是國人到了美國求學，通常都非常用功，再加上國人的數理基礎比較好，美國學校的圖書館館藏完整而先進。當然，學習的成效自然比在國內要高了。 不過，自強號攻擊機以及經國號戰鬥機是兩種性能享譽中外的低中空鬥士。這些飛機的設計與製造大多數都是靠國內所訓練的科技人才所完成的。還有喔！第一顆華人製造的中程地對地飛彈，就是約三十年前台灣研製成功的 Green Bee。仰賴的幾乎全都是國內自己訓練出來的科技人才。,華夏民族一向獨占鼇頭。五千年前，中國的醫學及生物科技就是站在世界之頂，未來也必定如此。台灣深植中華傳統，應自勉之。, End of Talk。 See you。,結語,
