面對癌症或重大疾病，你是否會陷入一種兩難：想要越早發現越好，但想到篩檢過程，心中卻又充滿抗拒。

試著回想一下傳統的檢查經驗，往往是漫長的等待、冰冷的儀器，以及必須忍受的疼痛。如果是做切片檢查，那是直接對身體的侵入；即使是最常見的抽血，對於許多長輩或孩童來說，那種針頭刺入皮膚的恐懼感依然揮之不去。更別提，許多檢測需要數天甚至數週才能看到報告，那段等待宣判的焦慮時光，往往比疾病本身更折磨人。

這樣的焦慮與恐懼，未來有可能降低許多。因為臺灣科學家們正在努力讓大眾可以在家或是到診所，透過非侵入式、快速且準確的檢測方式，了解每個人的「健康密碼」。

你問怎麼辦到的？秘密武器就是一種原本用來幫 AI 算力加速、協助資料中心傳輸海量數據的尖端科技—矽光子

光線照一照，就能知道身體有沒有生病？

目前全球在矽光子生醫感測的研究上，主要分為兩個方向。一種是常見的液體檢測，科學家在晶片上設計微米等級的「光波導」。可以想像光波導就像是光的跑道，當血液或唾液流過時，液體成分的改變會讓光線走得稍微慢一點或快一點，導致光波行進的節奏（也就是相位）發生偏移。這就像兩個人原本並肩賽跑，其中一人被路況影響而腳步錯開了，儀器只要偵測到這個微小的落差，就能辨識出生物標記。

但這種方式在實務上有其挑戰：液體檢體容易污染晶片，需要精密清洗才能再用，加上光線要精準對準波導本身就有難度，以及波導表面需額外加工以提升針對待測物之分辨性，導致成本與普及化面臨瓶頸。

因此，目前國內有一條更具前瞻性、也更適合居家應用的路徑——氣體感測，由國立臺灣大學光電工程學研究所林清富教授率領的團隊進行研究中。

「我們不做液體接觸，而是去捕捉氣體分子的『震動』。」林清富教授點出了這項技術最關鍵的差異。

林清富教授解釋，這項技術的核心在於利用中紅外光的特性。在微觀世界裡，每一個氣體分子（例如二氧化碳、一氧化碳或甲烷）都有自己獨特的「震動能量」（如圖 1）。

想像這些氣體分子像是一個個正在跳舞的小精靈，每一種精靈喜歡的音樂節拍（頻率）都不一樣。當矽光子晶片發射出特定波長的中紅外光時，如果剛好對上了某種氣體分子的震動頻率，這束光就會被分子吸收掉，導致光線訊號減弱。

這就像是幫每一種疾病建立了一套獨特的「光學指紋」。感測器只要偵測哪一段波長的光變弱了、被吸收了，就能精準判定是哪一種氣體分子存在，以及它的濃度是多少。

這種技術最大的優勢在於實現了真正的「非侵入式檢測」。以呼氣檢測為例，人體呼出的氣體其實隱藏著豐富的生理資訊。林清富教授舉例，呼氣中的甲烷濃度與腸胃道健康息息相關，若超過特定濃度，就可能判定有腸胃疾病的風險。

透過矽光子氣體感測，民眾只需要吹一口氣，就能取代部分侵入性的檢查，這也是該技術最具市場潛力的切入點（如圖 2）。

傳統的呼氣檢測往往只能針對單一氣體，例如酒測器專測酒精。但人體的疾病訊號往往是複雜的，矽光子晶片擁有一個強大的優勢：多工（Multiplexing）。

林清富教授指出，透過精密的晶片設計，我們可以同時發射多種不同波長的光，一次偵測多種氣體。這就像是一位能同時聽出交響樂團中不同樂器聲音的指揮大師（如圖 3）。

即使是化學結構很像、光譜特徵非常接近的氣體（例如甲醇與丙醇），容易造成混淆，但矽光子技術可以透過同時比對多個波長的特徵，排除雜訊干擾，精準地分辨出是哪一種分子在作怪。這意味著，未來的一次吹氣檢測，可能同時監測腸胃狀況、腎臟功能等多項指標，大幅提升篩檢的效率與準確度（如圖 4）。

然而，要讓上述的檢測技術從實驗室的大型機臺變成民眾家裡的居家健檢機，光有檢測原理還不夠，我們還必須解決體積與雜訊的物理難題。這正是國立陽明交通大學電子研究所曾銘綸助理教授的研究專長。

曾銘綸助理教授解釋，傳統光學依賴大量的透鏡、反射鏡與濾光片來聚焦與分光，這些元件都需要足夠的空間距離才能運作。

為了把這些龐大的光學桌塞進小小的晶片裡，曾銘綸助理教授團隊利用了超穎介面（Metasurfaces）技術。這是一種在矽晶片表面製作出的奈米結構，能直接在晶片表面將光有效集中，並在奈米尺度上增強光場強度。曾銘綸助理教授形容，矽光子技術的核心概念，就是把這些原本需要長距離的光學功能，壓縮並整合到奈米尺度的結構中。這不僅大幅縮小了系統體積，也讓高靈敏度的光學檢測不再只存在於實驗室，而在原理上有機會朝向居家與可攜式應用發展。

除了把儀器變小，曾銘綸助理教授還運用了一項特殊的物理機制來提升靈敏度——表面極化子（Surface Polariton）。

曾銘綸助理教授用了一個生動的比喻：一般的光就像手電筒的光束直直前進，但在深紫外光波段下，透過特殊設計，我們可以讓光變成「貼著材料表面流動的能量波」。

這種能量波將光緊緊鎖在極薄的表面層，當生醫分子靠近時，會感受到比平常強烈許多的電磁場。這就像是拿著放大鏡貼著分子看，能顯著增強光與物質間的交互作用，把原本微弱到看不見的光譜訊號（如分子的自發螢光）大幅放大。

或許你會擔心：把儀器縮得那麼小，雜訊會不會變多？準確度會不會下降？

「直覺上似乎如此，但實際上情況往往恰好相反。」曾銘綸助理教授打破了這個常見的迷思。他分析，傳統大型儀器因為光路長，容易受到環境震動、散射光與背景訊號的干擾；相較之下，晶片式檢測的光路非常短且高度可控，反而能有效降低這類外在雜訊。

此外，針對奈米級分子訊號微弱的問題，他也指出，奈米光學晶片的優勢在於能將光有效地收穫並集中在分子所在的位置。配合矽材料在深紫外波段下極低的背景螢光干擾，這種技術能有效提升分子與光的交互作用效率，使原本微弱的光譜訊號自然地「站」在雜訊之上。因此，設計得當的奈米光子晶片，反而能提供比傳統大型系統更乾淨、更靈敏的檢測環境。

從林清富教授的氣體光譜指紋，到曾銘綸助理教授的奈米光學微型化技術，臺灣的科學家們正在聯手攻克一道道物理高牆。

試想未來的某一天，疾病篩檢不再是令人恐懼的年度大事，而是像量血壓一樣的居家習慣。

你可能在早晨起床後，拿起一個像是隨身碟大小的矽光子感測器，輕輕吹一口氣。幾秒鐘後，晶片透過分析氣體分子的光譜吸收，告訴你腸胃道指數略高，建議調整飲食或就醫。

而臺灣正有一群科學家們，努力讓矽光子從冰冷的資料傳輸工具，轉型為有溫度的健康守護者。透過捕捉那微小的分子震動，那束穿透微觀世界的光，將成為我們聽見身體求救訊號的最早契機。