探索为医疗产业打造生物芯片安全解决方案

针对医疗装置可能遭遇的安全威胁日益增加，来自美国纽约大学(NYU)等研究机构的研究人员们日前在一场“安全可靠的生物芯片研讨会”(Workshop on Secure and Trustworthy Biochips)齐聚一堂，共同探索为该医疗产业打造的安全解决方案。

融合生物化学和电气工程的芯片实验室(lab-on-a-chip)微流体元件及其相关技术最易于遭受网路攻击、诈骗、骇入、窃取IP以及伪造等破坏。根据统计，在医疗保健应用普及的带动下，微流体领域预计将在2020年达到40亿美元的规模，对于相关防御措施的需求也随之增加。

预计在2020年，医疗用微流体装置市场将达到40亿美元的规模（来源：Lux Research)

纽约大学电子与电脑工程教授Ramesh Karri表示，“对于医疗装置的攻击面相当庞大。”Ramesh Karri同时也是这场研讨会的主办方之一，此外还有美国陆军研究办公室(Army Research Offic；ARO)共同赞助了这场活动；此次活动是针对生物芯片安全展开研究计划的第一场会议。

Karri说：“我们已经拥有保护软体和无线安全的方法了。目前的挑战在于如何确保生物学、流体学和化学的安全性，以及电子产品如何以安全的方式进行连接——当务之急是解决这些问题。”Karri同时也是NYU网路安全中心的联合主席和共同创始人。

美国杜克大学(Duke University)电子与电脑工程系主任Krishnendu Chakrabarty补充说：“我们一部份的研究计划是举办研讨会以及建立社群。一开始我们只有两个人，以及一笔小额赞助款。我们的想法是从运算微流体和生物学等不同领域的社群中，邀请到志同道合的研究人员。”

来自各地的研究人员们在研讨会上深入探讨对于数位微流体的威胁。数位微流体是在硅芯片上蚀刻的微小毛细管中，采用操纵微流体液滴的过程。

微流体生物芯片可处理微量的流体，经常与传感器和智慧控制演算法等“连网”元素结合，以提高性能和可靠性，但也因此遭受安全威胁（来源：NYU)

IBM Research苏黎世实验室研究员Yuksel Temiz预期，“在不久的将来，我们将会看到可用于控制传染病、生物危害、新药以及农业等的小型医疗器械。它将催生一个多样化的应用领域。”

他指出，装置伪造者可能会使用原始容器和更换新试剂的方法，直接操纵怀孕测试结果。他说：“我们曾经听说有人把之前使用过的试剂清洁后重新包装——你甚至可能在阿里巴巴(Alibaba)或eBay上找到这些东西，而且几乎无法分辨它是真的还是假的。”

IBM正致力于研究在检验中实施的安全程式码，而不仅仅是包装。他补充说，这些动态程式码是用水溶性墨水写入，因此会根据样本的变化而改变。

加州大学河滨分校(University of California in Riverside)教授William Grover则介绍其于确保电气与非电气连接介面的创新。该创新途径是在芯片上使用一组微型泵建立非电子电脑，并在气阀中使用气动逻辑来检测错误。

Baebies Inc.则为即时诊断打造一款小型数位微流体平台。该公司资深技术总监Scott Norton说：“我们的重点在于为婴儿提供可靠的筛查。整合防范恶意操纵的保护措施对于实现这一目标非常重要。”

纽约大学Tandon工程学院、ARO和杜克大学也展开合作，利用嵌入式DNA链，确保全血生物测定化学安全。杜克大学医学院研究教授Kristin Scott解释，双链DNA之一可作为巨集分子条码，另一条与DNA相匹配的遗传物质链则作为关键或引子。

她介绍了一种系统，其中作为有机条码的DNA段可以注入样本，并与样本一起密封在溶液中。她说：“条码不会改变样本，而只是密封在一起。无论是谁在实验室中进行研究，都可以为每个样本找到一连串独特的引子。”

圣克拉拉大学(Santa Clara University)的研究人员则探讨生物医学中用于实现机械感测和驱动的微流体技术。纽约大学的研究人员提出了一种打造器官芯片(organ-on-a-chip)的安全方法。此外，波士顿大学(Boston University)的的研究人员则探讨合成生物学中如何确保微流体的方法。