林耿慧 ─ 勇敢地向陌生領域挑戰

摘錄自遠見出版《她們，好厲害》一書

「台灣傑出女科學家獎」新秀獎第六屆得主

林耿慧於一九九五年自台灣大學物理系畢業，二○○二年於美國賓州大學物理研究所獲得博士學位，隨即進入美國哈佛大學化學系擔任博士後研究員。而她，利用一根極細、幾十微米的微流體管，吹出一連串大小均勻適中的泡泡，就這樣神奇地創造三維均一孔洞的多孔材料，可以用來培養細胞，快速又便宜。這個創意無限的研究成果，讓她成為台灣生物物理學界受矚目的新星。

「吹泡泡、布丁、尿片加上一個物理學家」，猜一猜，這是搞什麼名堂？恐怕擠破頭也不會想像到，竟然是細胞培養的研究，這正是中央研究院物理研究所副研究員林耿慧所獨創的手法。
 

創意，締造嶄新領域

利用一根極細、幾十微米的微流體管，吹出一連串大小均勻適中的泡泡，液體中含有廚房製造布丁常用的吉利丁（用來固化），就這樣神奇地創造三維均一孔洞的多孔材料，這個多孔性材料可以用來培養細胞，快速又便宜。這個創意無限的研究成果，讓她成為台灣生物物理學界受矚目的新星。

「之前大為轟動的人造肉漢堡，就是用類似的細胞培養技術製造的，」林耿慧興奮地舉例。

這項突破性技術，也開創出一個嶄新的學術領域｜三維有序均一孔洞鷹架的各種性質研究與三維細胞培養。林耿慧正帶領著她的研究生，探究這個領域當中的各項性質。

物理學家不是該研究原子彈，不然就該研究宇宙的起源，物質最基本的組成嗎？怎麼會搞起細胞培養？

其實有很大一部分物理學並不是找尋最基本的物理定律，而是瞭解在已知的物理作用力下，但系統複雜度增高時，會產生的新奇現象，例如：凝態物理，就是這樣的物理學科，而近代更多物理學家試圖將生物也納入能用物理理解的範疇。透過物理學的研究方法，專家可以發現生物內在許多不一樣的樣貌，而林耿慧所做的，正是這個高度成長的跨學門領域｜生物物理。台灣現在已有一些相關系所，如：中央大學、中興大學生物物理所。
 

熱情，從對生命好奇開始

物理學家對生命的好奇由來已久，量子力學之父薛丁格一九四三年所寫的《生命是什麼？》一書，更啟迪許多物理學家投入生物研究，與華生博士一起發現DNA雙螺旋結構而獲得諾貝爾醫學獎的柯立克（F. Crick）正是受此啟發的一位物理學家。

對於生物學家與物理學家做細胞培養研究時的差異，林耿慧舉例，生物學家如果研究培養細胞，可能研究其生長樣態，然後打碎分析成分、比例；可是，物理學家會去瞭解細胞跟鷹架之間的型態、作用力關係，累積很多量化的描述，以利之後建立方程式來描繪。

即便生物與軟物質物理有相當的淵源，但林耿慧也是半路出家，學校生涯最後一次上生物課就是高一，之後當助理研究員，為了切入生物，利用暑假期間去台大上生物核心技術課程。她進入生物物理領域，是自己摸索的。

林耿慧的博士論文是做軟物質研究，而在哈佛大學兩年的博士後研究，則是做熱門的奈米線，現在獲得成績的是三維細胞培養，算起來是她回國後的重新再出發。樂觀、勇於接受未知領域的挑戰，是她的一大特質。「我如果有優點的話，就是敢問問題吧，反正我沒在怕，不懂就讀論文報告、找人問，沒那麼難，」她爽朗地強調。

未滿四十歲的林耿慧，畢業於台灣大學物理系、美國賓州大學物理博士（Ph.D., Dept. of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania），外表看起來清清秀秀、個頭小小，如今雖已是副研究員，出現在中央研究院物理所大堂，還會以為她僅是個研究生。出身南台灣的她，嬌小的身體內蘊含著爆炸式的活力，笑點特別低，老是大笑，就如同小太陽一般，熱力無窮，有極高的行動力，想到什麼馬上就去做。
 

行動力：想到就去做

大學時準備出國留學，有滿滿的準備經驗樂於分享，於是林耿慧當上了椰林BBS留學版的版主；一個版不過癮，還兼了數個BBS版，「我就是愛玩啊！」她燦爛地笑著說。

來到林耿慧的研究室，窗前吊著晶體結構模型。嗯！典型的物理學家，有意思的是，還放上一個北歐孟克（Edvard Munch）名畫作「吶喊」橋上那個扭曲痛苦的人偶模型。「那是我在芝加哥博物館買的，那時去找同時在芝大唸博士班的高英哲學長，捧臉吶喊的人偶，就是研究做不出來的博士班學生的寫照。一直到現在，研究想不出來怎麼解時的我，都還是這個樣子！」林耿慧誇張地捧臉張嘴模仿，說完又是一陣大笑。

回憶起求學生涯，林耿慧一路受惠於「資優教育」。國小、國中的資優教育讓她有機會接觸數理科學並產生興趣，而且習慣處在很多優秀同學的環境，成績沒很突出，就只是中上程度。高中時媽媽覺得她需要壓力才會用功，怕她會玩瘋了，考不上大學，因此把她送進私立高中受嚴格的管教，讓她耐下心來用功唸書，最後竟然意外得到跳級考大學的機會，也下了決心不管考得如何，就是要去唸大學，因為高中升學教育太不自由了，「我有機會提前離開，就趕快考試，幸運地考得不錯。」

學校課程之外，林耿慧高中時參加了「中山大學數學高中生計畫」，有機會近距離與教授接觸，她開始理解學術生涯是怎麼一回事，讓她心生嚮往。

「我選物理系還引起家庭爭執，媽媽擔心我以後不好找工作，所以不同意，後來還是爸爸唸台大電機時的同學、一位竹科很有聲望的人背書，說唸物理走半導體工業跟電機系一樣好，我媽才同意我的選擇，」林耿慧回憶道。

然而，儘管是跳級生，林耿慧在台大物理系求學卻並非一帆風順。物理系的課不容易，常常上完課只靠自己唸還是不懂，需要向人請教討論，「所以會和系上優秀的同學、學長姊請教。他們都是又聰明又勤奮的人，會被我們被稱為『神』級的人物，可望而不可即；有時覺得，有神級的人來參悟宇宙物理的道理就好，像我這種資質，可能沒資格做物理。例如：大我一屆的直屬學長金政，大學三年畢業，現在已經拿到芝加哥大學終身職。」林耿慧談起系上的高手時，無限仰慕跟讚嘆。

不過，有這些高手在身旁的環境，也督促林耿慧要努力，所以大學時代還是有認真學習物理思考。但就成績而言，她並不是頂尖的；一方面興趣廣泛，花很多時間在課外活動｜大一、大二玩社團、學樂器，大三編系刊，大四瘋當時初萌芽的BBS世界。另一方面，競爭強手環伺，自信心也不是很夠，學習不是太有效率。她自認，那時還沒有很堅定要做物理研究的決心，也不懂要達到做研究的目標，所需要付出的努力與專注。
 

夢想力：沉潛再出擊

林耿慧抱著出國拿博士的夢想，大四就申請出國唸博士，沒料到，卻迎來她人生第一次重大挫折，沒申請到任何一間美國研究所。原來，那一年美國物理界不景氣，入學名額緊縮，讓她鎩羽而歸，於是她在台大校園的中研院原分所當助理，在那年也做BBS留學版版主，熱情分享經驗給網友。次年，有研究經驗後，終於申請上學校，選擇美國軟物質研究首屈一指的長春藤名校賓州大學。

林耿慧回想，大學前接受資優教育、跳級成功，跟申請博士班挫敗，兩件事對她影響深遠；成功的經驗讓她表現不佳，開始失去自信時，至少還能安慰自己：「能跳級考上台大，應該資質還是不差！不要再花時間去想自己是不是夠聰明這件事了，想也沒用。」但是申請博士班失敗，又讓她知道，人生還是有許多不可控的外力，當競爭激烈時，她必須更加努力。

進入賓大後，林耿慧非常珍惜這個得來不易的研究生涯起點。在賓大的生活應該是求學生涯最努力也最快樂的階段；一方面專注做自己的研究題目，有時會在實驗室工作到沒力氣回家睡覺，就直接在女生廁所裡的沙發上睡著；另一方面，也享受研究生的自由，伸開觸角，探索賓大豐沛多元的學術資源，讓本性活潑的她如魚得水，到處聽其他相關領域的學術演講。「我現在做的領域，在賓大時就聽過這方面演講，我想這麼多年後我走到相關的領域，應該和那時的啟蒙有關，」她說。

博士畢業後，她先到哈佛大學化學系做博士後研究（Postdoctoral researcher, Dept. of Chemistry and Chemical Biology, Harvard University），投入當時最熱門的奈米線研究。

回顧這一段外人看似輝煌的學術歷程，林耿慧直說不是這麼享受過程；哈佛實驗室內老闆給的研究，自由度很低、研究品味不同、領域熱門、競爭激烈，實驗室有些人視彼此為對手，並沒有互相幫忙來挑戰未知的氛圍，「這迥異於賓大的軟物質研究社群彼此幫忙的溫暖，與多數人不藏私地分享自己發展出來的研究技術。我並不喜歡博士後研究的經驗，那段日子待得很不舒服，也沒待夠久足以做出什麼特別成績。但在那過程學了很多，例如：奈微米製程、生物化學連結方法，還有不同於博士班老闆選擇研究題目的哲學與管理實驗室的方法，這些歷練對後來自己建立實驗室還是很有幫助。但我也領悟到做研究最終是要滿足自己的好奇心，讓自己開心，不是去迎合別人。」

看得出來，除了科學家的理性，林耿慧有著相當感性的一面。而剛好當時母親卵巢癌住院，她束裝回國陪伴母親，學術生涯就順勢轉回台灣。
 

 

分析力：認清目標向前行

進入中研院物理所從助理研究員做起，她面對職涯的第二度重大抉擇，終於自己當老闆了，但要研究什麼？是繼續膠體粒子的研究？還是熱門的奈米線？或另起爐灶？生物研究對於對抗疾病會有很大的幫助，但如果想轉到生物研究，要從哪裡切入？

當時與當骨科醫師並正在唸醫工博士的姊夫聊天提過，大部分人的軟骨組織都會磨損，卻沒有良好方式治療，一種可能的治療方式是在實驗室裡先培養軟骨組織；而要培養軟骨組織就需要一個三維的鷹架；「如果我能製作出適合的鷹架呢？鷹架是種軟物質，這可以成為我的切入點，」林耿慧自問。有著厚實軟物質研究背景的她，加上在賓大聽過一些物理應用在細胞研究的演講，她認為這個領域是有機會的。

挑了目標，接著林耿慧問自己：「我喜歡這個領域嗎？這是個好領域嗎？我是不是能在這裡做很久、做出很多貢獻？」

林耿慧秀出兩張並排的圖表來比較SCI奈米科技和三維細胞培養研究文章數量對時間的趨勢圖；奈米研究論文速度爆炸性成長期間，落在一九八五年到一九九一年，那時論文量從現在的角度看不算多，大概是每年千篇；現在這個領域論文穩定增長，量可能已經到了每年十萬篇了。目前奈米領域中的領導者，多半是在九○年代初就投入這個領域了。三維細胞培養研究，則看起來是從二○○八年以後，進入猛爆性成長速度。
 

執行力：自己動手做樣品

「我希望早點進入一個還沒有成熟但開始成長的領域耕耘，這樣我的研究比較有機會在那個領域做出重大的貢獻，」種種考量下，林耿慧不顧自己在細胞培養方面並無基礎，毅然揮軍新領域。

一開始橫亙在林耿慧面前的，是怎樣的困難問題？

首先，過去在生物、醫學界，細胞培養多半在二維基材，因為細胞成長有所謂的「貼附性」，貼附在二維基材有利於觀察與操作的優點，所以二維培養基材就成為實驗室的主流，但這不符合細胞在身體裡的狀況，研究結果不足以反應生物的實況，因為生物體細胞成長環境是三維的。因此，一個三維培養細胞篩藥的平台，更有可能反應出藥在細胞裡的反應，有助於測試者更有效、省時地篩出藥效。

雖然，理論上三維細胞培養鷹架有許多優點，但生物學界還不是廣為使用。目前兩大產生三維鷹架的方式：一種是使用產生空洞的物質（porogen）來製作多孔性材料，孔隙大小都比細胞大，但是多半是大小不一的孔洞；另一種是使用能溫和成膠的水膠單體，如：膠原蛋白，將細胞完全包覆在平均空隙大小在微米之下的水膠裡。

林耿慧原本的動機是，如果製作孔隙大小均一的系統，就有利於有系統性的研究孔隙尺度對細胞行為的影響；而如何製作均一孔徑的三維鷹架，一種是利用時髦的三維印刷技術來製造，一種是用膠體粒子自我堆疊成晶體的特性，再來翻模。

原本，林耿慧也是想用膠體粒子晶體的方法，因為她在博士班就是堆疊更小的膠體球晶體來製作光子晶體。但後來考慮這個方法慢，且成本高，最後靈機一動，用微流體通體來吹泡泡，製作均一孔徑的三維鷹架。

「泡泡」也是個廣義的膠體系統，傳統上也是軟物質研究的模型系統。雖然在研究所時沒做過這個系統，但查閱文獻，切入製作泡泡，很快就上手。但想出方法，均一泡泡能長久穩定，也是嘗試很久之後才成功。

首先，利用微流管生產極小均一大小的氣泡，然後蒐集，形成排列整齊的有序晶體孔洞結構，再設法固化。林耿慧發現，最容易成膠的凝膠就是在家做布丁的便宜原料吉利丁，這些固態泡沫在開孔形成後，就可做為高度連通孔隙的三維孔洞鷹架。
 

簡單就是美

「很簡單吧！」林耿慧笑著說，一點都不故弄玄虛，反而以「簡單」自豪。她表示，博士班的學習讓她理解到，最簡單、方便的解決方式才是最好的，不必迷信炫人的設備、繁複的實驗跟複雜的方程式。「二○一○年諾貝爾物理學獎頒給用膠帶撕出石墨烯的物理學家，方法聽起來比我的還簡單，」她說。

甚至，林耿慧並不止步於材料製造，還持續圍繞在她創造出來的平台，做出許多驚人研究。例如：晶體多孔性材料的力學性質測量、不同種類細胞的培養等，繼續精益求精。有論文指出，鷹架軟硬度將會影響細胞成長的情形；當她讀到這資料時，很快就改進凝膠材質，利用尿布當中的吸水物質（聚丙烯酸鈉），創造出可改變軟硬度的鷹架。

現在，這一套所謂「微流體製造三維均一孔洞細胞培養鷹架」的技術，已經獲得美國專利，林耿慧更將技術移轉出去。

研究跨及生物、化材與物理，林耿慧似乎有用不完的活力。畢業於台大醫學系的先生陳嘉新教授形容林耿慧，有高度的學術使命感，由於成婚較晚，當她懷孕時，夫婦倆擔心小孩會有發展遲緩的問題，討論後，當時還在當醫師的先生提出，萬一小孩出現狀況，先生願意承擔起家務與帶小孩的角色。因此，林耿慧認為，一個女科學家的科學研究成功，伴侶的支持非常重要，她也相當感念先生的全力支持。

其實，夫妻兩人的認識也十分傳奇。林耿慧當時回國陪伴患卵巢癌的母親，閒不下來又熱心的她，在BBS上開了一個癌症版，分享第一手的治療與照護資訊，而陳醫師的母親不巧也患相同疾病，在版上發表心得，林耿慧就寫信給他安慰打氣，兩人在網路上偶爾聯絡。三年後陳醫師回國做田野調查，兩人才有機會相約見面。

一見面發現，二人處境相同、背景相似｜同是高雄人，也都在高中時跳級到台大，都是在美國唸博士時母親罹癌，也熱愛知識學術。話匣子一開就停不了，一年後就決定攜手一生。

陳嘉新自台大醫科畢業後，當過幾年的精神科醫師，後來投入醫療社會學研究，現在是陽明大學助理教授。在雙方母親故去後，他們的頭胎小孩名字，各取母親名字中的一字，以紀念母親。
 

熱情與溫暖的感染力

林耿慧除了三維細胞培養研究，還做了不少諸如自組裝的膠體分子、高分子在奈米通道觀測等研究，學術能量豐沛；她發表的國際論文結果扎實，很具參考價值，平均每篇被引用的次數達五十次以上。此外，她也努力推廣軟物質與生物物理研究，舉辦國際研討會，邀請許多國內外知名學者來訪，更希望激勵年輕學生投入這個領域。

不僅如此，林耿慧實驗室收的研究生，成員背景也是五花八門，醫工系、生物系、電機系、化學系、物理系都有。「我不在乎學生背景，只在乎他們的學習能力，」林耿慧說。

一個電機背景的學生形容老師林耿慧，點子多又謙遜。他記得有一次林耿慧要他試一個新東西時說，「這方面我也不太懂，你做久了後應該就比我還懂，我之後還會來問你。」

當年台大物理系老師楊信男，對於林耿慧今天的成就也不意外。他認為，林耿慧的高EQ跟領導力，在大學時就表現無遺，「這對現在領導大型和跨領域科學研究是需要的。」

生物物理這個領域，就如同林耿慧的期待，自己闢出一處荒地來變成花園，過程中拿著小鏟子在花園中快樂地玩耍、探勘，也希望在自己闢出的這塊地深耕出結實纍纍的果樹。這位樂在研究，有著高度使命感、活力熱情的學術新星，還不知道有多少有趣點子，還沒化成論文呢！值得期待。