成大資訊系黃琮蔚在世界競賽奪冠 揚威國際

設計液珠繞線演算法，能提高數位微流體生物晶片效能，國外評審驚豔

發展國際頂尖大學，國立成功大學師生同心努力卓然有成，不僅教授學術研究紛紛在國際嶄露頭角，學生更接二連三在各種國際競賽中締造佳績。該校資訊工程學系大四學生黃琮蔚，以『設計數位微流體生物晶片液珠繞線演算法（Droplet Routing Algorithms for Digital Microfluidic Biochips）』為題，於美國計算機學會（Association for Computing Machinery，簡稱ACM）所舉辦的「國際學生研究競賽（Student Research Competition，簡稱SRC)」，擊敗世界各國上百位好手，拿下第一名的佳績。台灣囝仔的傑出表現，不僅寫下人生的新紀錄，也讓國際人士刮目相看。

黃琮蔚於今年六月中旬，前往美國加州阿那罕姆市(Anaheim)參加「國際學生研究競賽」，參賽者包括國際知名大學的博、碩士生，如伊利諾大學香檳分校（UIUC）、德州大學奧斯汀分校（UT Austin）、加州大學柏克萊分校（UC Berkeley）…等等。經過嚴謹的資料審查、海報展示、研究成果發表等過程，成大黃琮蔚技冠群雄，過關斬將，擊潰數百名位各國名校好手，一舉拿下第一名成績，更是獲獎學生中，唯一一位大學身分的學生。國際學生研究競賽主席、美國布朗大學Iris Bahar教授並在頒獎典禮中稱讚黃琮蔚是『從來沒有看過研究這麼厲害的大學生』。

對於在國際競賽獲獎，黃琮蔚感到開心、興奮之餘，他把功勞歸功於指導老師成大資訊工程學系何宗易助理教授的教導。他說，「很感謝何宗易教授帶領我投入此研究領域，針對這次SRC，他不但提供我這競賽資訊，也一直在各個競賽關卡，給了我非常紮實的訓練以及指導方向，讓我能夠為成功大學、甚至於台灣，在國際舞台上爭取榮耀。感謝父母親給我的支持。日後我將繼續留在系上念研究所，也將繼續針對此晶片平台做更進一步的研究工作，希望有機會爭取更多榮耀。」

黃琮蔚競賽作品『設計數位微流體生物晶片液珠繞線演算法』堪稱是目前全世界最新、最前端的科學研究，主要在探討如何在奈米尺度下的數位微流體生物晶片平台上，開發出有效的液珠微流體繞線系統，使其能夠精準無誤地完成所有生化反應，達成檢測最佳化的處理，提高微流體晶片檢測運作效能。

黃琮蔚本次競賽作品主要生物晶片液珠繞線所面臨的三個棘手的問題，分別是可繞度的控制方法設計、交叉感染避免，以及生產成本控制，提出有效的解決方法，達到最佳化的目標。他利用三套數學演算模式，解決現有微流體晶片設計的缺失，達到生化反應零失敗、避免樣本(Sample)交叉感染(Cross Contamination)等問題，並且有效降低成本。

其中，可繞度的控制方法設計針對在微觀尺度下，如何自動的控制液珠移動，使其能夠完成各自的反應，而不會產生執行時間過久所引發出的問題；交叉感染避免則是針對許多生醫檢測晶片上，必須嚴加避免不同樣本之間的交叉感染，導致出錯誤的反應結果；而生產成本控制則藉由設計液珠繞線，使用最少的供電訊號來控制微流體晶片的訊號源數目，同時也能夠掌握正確的反應結果。

針對三個解決方案的內容，在可繞度的控制方法設計的部分，黃琮蔚提出一個動態規劃 (Dynamic Programming) 為基礎的演算法，能夠使液珠執行生化反應完成度達到100% 的成功率；另外，針對臨床醫學反應或蛋白質檢測的微流體晶片，則利用網路流 (Network Flow) 的最佳化模型，考量不同樣本之間交叉感染的問題，使得所有反應均能夠正確無誤並在極短的時間內執行完畢；最後，運用整數線性規劃(Integer Linear Programming)的方法，改變晶片電路系統的設計，解決晶片製成過程中供電訊號源過多的問題，有效地減少晶片生產成本。

數位微流體生物晶片為一個微小化生化反應的新興科技，可應用於諸如環境檢測、生醫檢測、空氣品質檢測…等等。此晶片最大的優點在於微小化生化反應的樣本以減少反映成本，以及達到高感應度的反應；此外，全局的自動化控制使得執行反應更有效率、更不會有人為操作的誤差，是下一波新興生物晶片的主流，尤其在生醫及電子業，受到許多科學家及臨床醫療人員的青睞。

自大二下開始便跟隨何宗易教授進入數位微流體生物晶片液珠繞線的研究領域的黃琮蔚，雖然年紀輕輕，卻已是許多國際學術會議學生論文發表的新秀，目前他針對微流體生物晶片液珠繞線相關問題已發表了三篇論文於國際會議上，分別於2009 IEEE International Conference on Computer Design (ICCD)，2009 ACM/IEEE International Conference on Computer-Aided Design (ICCAD)，以及2010 ACM International Symposium on Physical Design (ISPD) 會議上；其中ICCAD和ISPD分別為電子設計自動化（EDA）領域及實體設計 (Physical Design) 中最頂尖的會議。

黃琮蔚也將這些研究成果投稿至電子設計自動化領域中最頂尖的期刊IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems (TCAD) 上，並已獲得接受刊登的佳績，創下台灣最年輕學生發表論文在該頂尖期刊的紀錄。

數位微流體生物晶片簡介：
在微流體實驗室晶片的技術發展中，流體已經成功地微小化、數位化至奈米尺度，也就是所謂的液珠，而運作此液珠實行生化檢測的平台，又稱之為數位微流體生物晶片。實驗檢測上，液珠操控因具有反應體積小、可自由操控、不像傳統生物晶片所需要切換的閥門、幫浦等可動元件之優點，逐漸受到生醫相關領域研究人員的矚目。藉由微液珠系統可以把攜帶 DNA、蛋白質或檢測試劑等的微量液珠，經由數位流體系統的運輸、試劑混合、分子分離、液珠分散等過程，在晶片上完成生醫檢測或化學分析的工作，相當於把整個生化實驗室的功能建構在小尺寸單元中。其優點在於自動化整個檢體操作處理過程，不僅減少人力需求，更避免人體直接曝露於化學試劑下所造成的傷害。

生物晶片當前為學術單位重要的研究工具之一。在未來，除提供實驗室進行生物學與醫學的研究外，隨著技術的成熟與新知識的進展，在諸如新藥開發、醫檢辨識、疾病篩檢、病原檢測、環境檢驗、食品檢驗，乃至於國防軍事偵防等領域，都將是生物晶片發揮的舞台。

美國計算機協會（Association for Computing Machinery，簡稱ACM）簡介：
計算機協會（Association for Computing Machinery，簡稱ACM）是一個世界性的計算機從業員專業組織，創立於1947年，是世界上第一個科學性及教育性計算機學會。ACM每年都出版大量計算機科學的專門期刊，並就每項專業設有興趣小組。興趣小組每年亦會在全世界（但主要在美國）舉辦世界性講座及會談，以供各會員分享他們的研究成果。截止20世紀末，ACM在全球擁有75,000個以上的成員，包括遍及學術界、工業、研究和政府領域的學生和計算機專業人員。

成功大學 2010/07/14

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