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Take Home Message
• 合成生物學可建立出特定功能的生物系統，在物理學家費曼提出微小化工程的概念後，微型工程裝置已逐漸在合成生物學中扮演重要角色。
• 微型工程涉及微機電系統與微流體技術，前者為轉換物理量的微型系統；後者能應用在小尺度的流體行為控制。
• 微型工程與合成生物學的結合可應用在各領域，例如模擬癌症生長的器官晶片、偵測作物健康的生物感測器等。

 
合成生物學藉由基因編輯創建具備特殊功能的生物系統，發展至今已展示了許多重要的應用。儘管如此，合成生物學的潛力遠遠不止於此，它仍有許多未被開發的應用和發展空間。而得利於微小化工程的發展，小體積且功能豐富的微型工程系統不僅已經廣泛應用於日常生活中，在生物醫學領域的潛力也備受重視。當合成生物學與微型工程系統相遇，跨領域的技術相互結合，為彼此開闢了更多的可能性。
 

合成生物學的推動

合成生物學的特色在於創建「新型半合成生物系統」的能力，這些系統不僅能夠改變生物現有的能力，還能賦予生物系統全新的功能。被改變的生物系統從而執行自然狀態下無法實現的任務，以滿足特定的需求，例如生產藥物、生物燃料或淨化水質。
 
合成生物學的核心在於對生物系統的理解和再創造，因此須具備生物分子的理解、基因設計與編輯能力，涉及生物學、工程學、計算機科學等多個學科。而合成生物學中完整的生物設計週期循環包含目標規格訂定（specify）、設計（design）、建構（build）、測試（test）、學習（learn），過程緩慢、昂貴且費力。
 
早期這些工作需要數月甚至是數年的時間才能完成，不過目前已發展出許多自動化演算法和軟體輔助，用於加速前述的「規格」與「設計」過程，快速建構生物迴路和代謝途徑。而後續生物系統的「建構」與功能的「測試」，都需要許多生化反應步驟與生物分子檢測，也涉及到多種工具及設備的實際操作。雖然許多設備的自動化有助於降低手動操作的不穩定與失誤，但目前各式設備仍獨立運作，而且必須消耗大量材料、時間、人力成本，這些問題仍然是合成生物學在發展的過程中必須面對的重要課題。

合成生物學的微型工廠－微機電系統

微型化、集成式的系統具備自動化、反應速度快、低材料消耗等優勢，在合成生物學領域備受期待。此類微型化裝置涉及兩個重要的工程技術，分別是微機電系統（micro-electro-mechanical systems, MEMS）與微流體（microfluidics）技術。微機電系統的發展可以從美國理論物理學家費曼（Richard Feynman）的演講：「在底部留有足夠的空間」（There's Plenty of Room at the Bottom）說起。1959年美國物理學會（American Physical Society, APS）舉辦的年會上，費曼在演講中談到了在原子和分子層面操作與控制物質的可能性，以及此操控對科學和技術潛在的影響。費曼提出縮小機器、設備至微觀尺度的觀點，也成為日後微機電技術和奈米技術發展的基礎。……【更多內容請閱讀科學月刊第650期】