編譯／潘楠慕
美國軍方正與科學家合作開發新技術，將在士兵體內植入特殊晶片；這項計畫的目的並非創造超級士兵，而是打造能在人體內部持續製造藥物的「活藥房」，解決時差、作息紊亂等問題，幫助士兵改善健康。
美國國防高等研究計畫署（DARPA）今年五月與西北大學（Northwestern University）簽署一項價值三千三百萬美元的協議，共同研發「生理時鐘規律正常化」（NTRAIN）無線植入式設備。
主持這項合作案的西北大學研究員瑞夫奈（Jonathan Rivnay）指出，NTRAIN能控制生理時鐘，消除時差、疲勞或胃腸道問題。初步的使用對象是士兵，未來也可能把應用範圍擴及輪班工人、急救人員和慢性病患者。瑞夫奈認為，這種裝置具有顛覆疾病療法的潛力。
瑞夫奈表示，疲勞和腹瀉是士兵常面臨的問題，可能導致嚴重的身體不適和認知障礙；目前較普遍的應對方式是服用興奮劑或止瀉藥物，但NTRAIN可在人體內持續依照需求提供藥物。瑞夫奈指出，這種裝置整合基因改造細胞和生物電子學，產生稱為肽（peptides）的微小蛋白質。醫學研究顯示，肽有助增強人體免疫能力，緩解疲勞，增進睡眠，改善記憶，還能調節人體的膽固醇代謝，降低膽固醇。
瑞夫奈指出，人體內部原本就有活性肽的存在，NTRAIN植入手臂或身體其他部位後，可透過晶片中的微米級LED燈觸發基改光敏細胞，產生與人體相同的肽，並能控制時間和劑量，進行客製化的治療，調節睡眠周期。若使用者跨越時區導致生理時鐘混亂，體溫出現變化，NTRAIN搭配的溫度感測器偵測後，會啟動LED燈，讓基改光敏細胞產生的肽輸送到血液中，調節生理時鐘的控制樞紐視交叉上核（SCN）。
一些專家對於基改細胞進入人體心存疑慮，但瑞夫奈強調，這些基改細胞並不會與人體相互作用，「基改細胞扮演的角色，類似管弦樂團的指揮；他們會告訴肽何時該去何處，但不會親自行動」。他指出，這些合成細胞的細胞膜，採用新型的生物材料製造，且與使用者的免疫系統隔離。
NTRAIN無線生物晶片涉及的安全及隱私權問題，則由參與這項研究的電腦工程師海斯特（Josiah Hester）負責，包括使用者的身分及健康狀況資訊，都有嚴格的儲存及使用規範。
牛津大學睡眠和生理時鐘神經科學研究所（Sleep and Circadian Neuroscience Institute）負責人佛斯特（Russell Foster）表示，NTRAIN晶片最大的好處，是精準釋放藥物。如果相關技術成熟，或許將是慢性病患的一大福音，例如，糖尿病患者將不需每日注射胰島素或定時服用藥物。
生物工程師維謝（Omid Veiseh）則說：「這是難得的機會，儘管這是侵入式的技術，卻不會傷害人體。這種未來療法，將開啟更多可能性。」
水溶性植入物
冷卻神經化解疼痛
疼痛是神經系統引發的正常感覺，急性疼痛通常是由突發疾病、炎症或者組織損傷引起，慢性疼痛會長期持續，且不易以藥物治療。目前對疼痛的療法，包括藥物、針灸、電療、手術、心理治療、物理治療等，但美國的生物工程研究人員開發的水溶性裝置，能夠冷卻神經以緩解疼痛，免除藥物成癮的風險，改善患者的生活品質。
華盛頓大學醫學院（Washington University School of Medicine）的麥伊旺（Matthew MacEwan）博士表示，研究團隊開發一種小型、柔軟的植入物，這種水溶性裝置能包覆神經，提供精確的冷卻效果，阻止神經向大腦發出疼痛信號。當疼痛消除後，這個裝置會被自然地吸收到體內，不需進行手術移除。
麥伊旺解釋，這種新設備的原理相當簡單：蒸發。如同汗水蒸發可降低皮膚溫度，這項裝置使用微流控技術（microfluidic）冷卻神經，降低傳導效率，大腦接受到的疼痛感就會大幅減輕。
參與這項研究的醫學材料暨生醫工程專家羅傑斯（John Rogers）在發表於《科學》（Science）期刊的報告中表示，該設備非常適合接受手術及需要術後藥物治療疼痛的患者；醫師能在手術過程中植入設備，幫助控制患者的術後疼痛，不必依賴嗎啡等鴉片類高成癮性止痛藥物。
羅傑斯說：「鴉片類藥物的止痛效果極佳，但成癮性較高，對病患健康有長期影響。身為生物工程師，我們一直希望開發出不使用藥物治療疼痛的方法。這種微型設備能夠捲曲纏繞在神經上，精準地將神經冷卻，且厚度大約跟一張紙相同，是治療高度敏感神經的理想方案。」
微型貼片 體外執行超音波掃描
麻省理工學院（MIT）的工程師團隊開發一款超音波貼片，大小約與郵票相當，可貼在皮膚上，連續四十八小時提供心臟、肺部等器官的超音波影像，協助使用者自行檢查身體狀況。研究人員宣稱，這項設備未來將「像在藥房購買OK繃一樣簡單」。
傳統的超音波成像檢查，需由技術人員先將液體凝膠塗抹在患者的皮膚上，再利用超高頻率的音波穿過人體。由於不同組織對音波的反射程度不同，超音波設備收集這些反射波後，經由電腦的精密計算，將信號轉化為視覺圖像，呈現出體內組織的構造，供醫師判斷。
研究團隊指出，超音波成像常用於分辨胎兒性別、發育狀況，以及觀察結石、腫瘤和血流阻塞、腎臟疾病等問題；超音波檢查目前需在醫院或診所使用龐大且專業的設備進行，有些檢查可在幾分鐘內完成，有些則需要長時間監測，他們開發的貼片則可大幅簡化檢查過程，並且能長時間使用，未來可望廣泛應用於臨床診斷。
MIT的研究生王崇和（Chonghe Wang，音譯）表示，超音波貼片的尺寸為兩平方公分、厚度零點三公分，可長期配戴。貼片由兩層彈性夾層製成，中間包覆水凝膠。他說：「這種設計使設備能貼合皮膚，並固定感測器的相對位置，生成更清晰、更精確的圖像。」
目前，研究團隊已招募志願受測者，進行坐、臥、站立、慢跑、騎乘自行車等活動的測試；這款貼片在使用過程中的附著力極強，也順利獲得所需的超音波影像。
研究團隊現階段的研發重點，是讓這款貼片可無線操作，成為穿戴式裝置；一旦商業化生產，使用者將可使用智慧手機或電腦觀察超音波影像，並透過人工智慧（AI）研判結果，提供醫療建議。