【人物】臺大光電所黃升龍開發晶體光纖 寬頻光源世界之最

2020/07/18
【人物】臺大光電所黃升龍開發晶體光纖 寬頻光源世界之最
近日,囊獲兩岸多項創新創業大賽冠軍得主的安盟生技,其非侵入式高解析活體光學影像系統ApolloVue® S100,完成向美國FDA送件申請510(k) 醫療器材上市許可。這是目前國際最高解析的光學同調

People | 人物 2020年 Vol. 75

全球最高解析OCT影像技術在臺灣

臺大光電所黃升龍開發晶體光纖 寬頻光源世界之最

撰文、 攝影 / 劉端雅


近日,囊獲兩岸多項創新創業大賽冠軍得主的安盟生技,其非侵入式高解析活體光學影像系統ApolloVue® S100,完成向美國FDA送件申請510(k) 醫療器材上市許可。這是目前國際最高解析的光學同調斷層掃描儀(Optical Coherence Tomography, OCT),透過儀器,不必切片,只需光照皮膚表皮層,便有機會讓早期皮膚癌得到精準診斷。該核心技術靈魂人物――臺大光電所教授黃升龍,24年深耕獨創高亮度晶纖寬頻光源,此一重大技術突破,讓臺灣OCT技術領先全球。

臺大光電所教授黃升龍,24年深耕獨創高亮度晶纖寬頻光源,此一重大技術突破,讓臺灣OCT技術領先全球。

臺大光電所教授黃升龍,24年深耕獨創高亮度晶纖寬頻光源,此一重大技術突破,讓臺灣OCT技術領先全球。(攝影/劉端雅)

 

Profile:黃升龍

現職

安盟生技研發長

國立臺灣大學電機工程學系教授

學/經歷 

國立臺灣大學光電所所長

國立中山大學教授兼光電所所長

美國馬利蘭大學電機博士(1993)

美國馬利蘭大學電機碩士(1990)

國立臺灣大學電機學士(1986)

 


 

具有非侵入性診斷優勢的光學同調斷層掃描儀已廣泛應用於眼科疾病的診斷,可檢查眼睛的精細部分,了解眼角膜、視網膜、視神經之解剖及生理構造。
根據Global Information公布的產業分析預測,2020~2024年,全球OCT市場規模將達3.23億美元,年複合成長率(CAGR)為8%。
目前,眼科OCT市場主要由國際廠商包括:德國光學大廠蔡司(Zeiss)、Optovue、Nidek、Optopol、Bioptigen、Heidelberg、Topcon等所佔據。
與現有的非侵入式檢測技術如:超音波,一般OCT雖然具有更好的空間解析度(<20 µm),可得到清楚的組織影像資訊。
只是,解析度不足提供病理診斷以及活體立體影像 (In Vivo 3D) 的需求,也成為OCT臨床研究及儀器開發上持續待克服的挑戰。不過,大家期待OCT能完美展現細胞級解析度且高速的成像技術,已經由臺大光電所教授黃升龍取得領先全球的原創重大突破。
他同時也是行政院科技會報辦公室「科技決策支援與科技計畫管理模式精進」計畫的領域專家。

臺灣醫學界創新的技術  預判與診斷

畢業於臺灣大學電機系的黃升龍,自1993年獲得美國馬利蘭大學(University of Maryland, College Park)電機工程學系博士學位後,鑽研OCT技術以及雷射及非線性晶體在光通訊、光電、生醫等領域之應用,研究生涯已有27年。
他帶領研究團隊研發出「高亮度晶纖寬頻光源 (Single-crystal Fiber Light Source)」技術,據此開發出非侵入式的「高速次微米三維斷層掃描儀」,比超音波、電腦斷層的解析度強一百倍,可對比癌細胞與正常細胞差異,進行更早、更精準的疾病診斷,替臺灣醫學界帶來創新的預判與診斷技術。2015年,此一獨創技術技轉予新創公司――安盟生技,他並作為安盟研發長。
安盟以此為核心技術,又進一步開發出非侵入式高解析活體光學影像系統ApolloVue® S100,已於6月完成美國FDA送件申請510(k) 醫療器材上市許可,預計最快今年第四季取證,正式進軍國際。
當時技轉記者會上,時任臺大校長楊泮池甚至表示,這項技術是跨領域的突破性發展,不只癌細胞檢測,甚至醫美、藥物與細胞的作用、開刀手術都可以應用。

超寬頻光放大器技術 世界之最


黃升龍和團隊的研究室,位在臺大水源校區側邊內的一排舊舍內,推門一進,實驗室內像一座小型工廠,陳列著各種自製光學儀器、器材、元件,黃升龍拿起一個透明圓柱管,燈光下隱約才看到裡面有條直徑僅290微米,相當頭髮直徑兩倍的晶體光纖,而實驗室內所生長的十微米直徑晶體光纖,需用顯微鏡才看得到。
「一般玻璃纖維的原子是散亂排列,我們把晶體拉成絲,用另外一層玻璃把晶體光纖包覆起來,再做拋光研磨。晶體光纖原子呈週期性排列,這種材料特別強壯,可有效散熱並大幅提昇寬頻光源效率,放到成像系統,就可做各種高速、高解析應用,包括高功率雷射。」黃升龍說。
黃升龍任教於中山大學光電所時,自1996年就開始研發這個創新的晶體光纖技術,2006年來臺大任教後持續精進此一技術並產出20項、40件以上之專利,開發出全球領先之超寬頻光放大器技術,比產業技術高出5~10倍頻寬,迄今,依然是世界紀錄。
光纖,是一種利用全反射來傳導光線的高透明玻璃細絲,其直徑是微米級。1965年,華裔科學家高錕發表「以石英基玻璃纖維進行長距離信息傳遞」論文,為通訊科技帶來一場革命性的變化,因而獲得2009年諾貝爾獎。
黃升龍指出,直到1980年代仍是玻璃光纖世界,但其實晶體光纖技術比玻璃光纖更早問世。晶體光纖原子是由不同折射率的介質週期性排列而成的人工微結構,因此可製造規則的光學結構。
1967年代由美國貝爾實驗室(Bell Labs)發明,之後美國史丹佛大學(Stanford University) 和北京清華大學教授霍玉晶及周炳琨(1991年當選為中國科學院院士),也曾嘗試將晶體光纖技術發揚光大。
科學或技術都講求創造力,但任何發明往往建基於前人既有的發現和理論,然後再進一步研究,發揚光大,黃升龍的光學之路也不例外。
黃升龍笑說,自己從學生時代就喜歡去不同的實驗室觀摩,博士班時聽了一場演講,發現晶體光纖是一項相當有趣且想像空間無限的技術。未料,他主動請教的學者卻認為該技術沒有前景,個人興趣因而轉向,但是黃升龍仍決定一探究竟,以消除該技術是否真有瓶頸的疑慮。
「學術界重視基礎研究,所以沒有考慮過晶體光纖的應用,只是一心一意埋頭研究如何讓晶體光纖生長得更好。」回到臺灣中山大學任教的他,也開啟了自己的晶體光纖之路。

>>本文節錄自《環球生技月刊》Vol 75

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