星島日報

【創科廣場】中大研發微型檢測機械人 物理檢測低成本極準確

2020-12-22 09:02
自從新冠肺炎疫情,檢測技術成為了篩查和診斷最重要手段。現時檢測有多種手段,包括了PCR核酸、抗原和抗體檢測。檢測強調準確的特異性和敏感性,而PCR則是檢測的黃金標準,特異性和敏感性最高,但必須利用中央實驗室。

抗原和抗體檢測則可作快速檢測,抗原甚至可作護理點檢測,但敏感性不及PCR。香港中文大學研發了一套全自動、低成本的微型機械人快速檢測系統,敏感度及特異性媲美現行測試,甚至可百分百辨認病毒。

應用新冠病毒

團隊現正積極研究將系統應用於新型冠狀病毒肺炎(新冠肺炎)等多種病原體檢測。該系統由中大機械與自動化工程學系副教授張立教授聯同微生物學系教授葉碧瑤教授,以及中大莫慶堯醫學講座教授、消化疾病研究所主任沈祖堯教授和內科及藥物治療學系副教授黃曦教授合作研發。

要準確診斷疾病成因,進行病原體化驗是不可或缺的步驟。隨着新冠肺炎肆虐全球,快速檢測的需求飆升,大大加重化驗人員的工作量。病人留院亦會增加感染其他病原體風險,及時化驗診斷刻不容緩。葉碧瑤教授表示:「隨着全球化,傳染病傳播不受地域限制,要加強傳染病的診斷和控制,自動快速檢測系統是大勢所趨。」

熒光辨認病毒

張立教授及團隊研發了創新的微型檢測機械人系統,整合了全新的熒光微型檢測機械人和磁場驅動,可於短時間內準確探測出特定的病原體。微型檢測機械人以靈芝孢子作本體,再包裹上氧化鐵納米粒子及碳量子點使其功能化,加上發出熒光的「碳量子點」,合成出微型檢測機械人。機械人配合磁場驅動,檢測難辨梭菌,機械人加入以鹽水稀釋的糞便樣本,發有瑩光的機械人受磁場驅動移動。機械人「碳量子點」遇上難辨梭菌分泌的蛋白毒素,產生化學反應,瑩光消失,判斷病人樣本是否存在病原體。

第一代微型檢測機械人系統「QuickCAS」只針對檢測難辨梭菌,系統測試至今的敏感度達百分百。現時研究團隊正進入臨牀試驗階段,期望可於明年在醫院投入試用。團隊與葉碧瑤教授合作,積極研發以此系統進行新冠肺炎病毒檢測,發展批量檢測及檢測多重病原體應用,包括常見的肺炎鏈球菌、沙門氏菌、病原性大腸桿菌及幽門螺旋菌等。

毋須化學檢劑

現時的化學檢測方法是基於生物分子試劑(Reagent)與病原體之間的反應而得出檢測結果。生物分子試劑一般需要於低温或冷凍存放和運輸,以保持分子結構和活性。而微型檢測機械人則沒有此限制,可於室溫下運輸及存放,並在護理點(Point of Care),例如是醫院、門診、校舍。此項檢測直接針對病原體,將鹽水混合患者糞便樣本,並抽取表面液體,以特定儀器作檢測。

張立表示:「QuickCAS系統採用物理檢測方式,不需要冷藏保存試劑,成功突破化學檢測方法的局限,未來可讓處於偏遠落後地區和規模較小的醫療中心也有機會提供準確的化驗服務。」

現存方法檢測難辨梭菌需時二至四小時,QuickCAS則只需15至30分鐘,成本亦由港幣約三百元大幅降至約五十元。全自動系統亦可減輕醫護的工作負擔和檢測過程感染風險。

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