撰稿 / 許芷辰 (科學推展中心特約編輯)
圖1、本技術發展的快速且低成本的敗血症檢驗生物晶片
「及早診斷、及早治療」是所有臨床病症共同追求的目標，敗血症因檢驗費時而導致無法快速精準對症下藥而導致高死亡率，也衍生出龐大醫療支出及抗藥性微生物等嚴重問題，中正大學研究團隊開發「光電微流體敗血症診斷平台」，優化敗血症診斷效率並提供施藥建議，榮獲科技部未來科技獎肯定！
敗血症是由細菌、病毒等微生物感染蔓延所引起的全身性發炎症狀，若此時不緊急就醫處理則容易導致敗血性休克，終以悲劇收場。在臨床上，被診斷為敗血症的患者有著相當高的死亡率，為我國國人歷年主要死因之一[1]。敗血症一般而言黃金診療時間僅有六小時[2]，在前期數天的惡化過程中，「與時間賽跑」的快速檢驗方法與是否能有效給予用藥方針就格外重要。
光電微流體敗血症診斷平台 快速精準 事半功倍
目前臨床上大多是經由醫學檢驗科的專業人員操作ELISA技術，再搭配中大型機台來進行檢測流程，而此流程需耗費約8-12小時。檢驗完畢後，還得靠專業人員分別以不同藥物(例如：抗生素)測試對病原體的有效性，完整檢驗報告與藥物給與調整前前後後需要花費3天以上，如此繁複且緩不濟急的檢驗方式導致敗血症患者死亡率極高。
「光電微流體敗血症診斷平台」此新技術平台，具備輕薄易攜帶、不須透過專業人員操作、高靈敏度以及大大減少了時間成本，病患可在30分鐘之內獲得檢驗報告，並實現個人化精準治療。
微型光波導感測器 奈米金與LSPR大幅增強感測靈敏度
在「光電微流體敗血症診斷平台」中著眼於快速定量敗血症兩種發炎因子：前降鈣素(procalcitonin，PCT)與C反應蛋白(C-Reactive protein，CRP)。
在此部分開發出新型的可拋棄之波導式生物感測器，感測晶片上具有COC微流體模組(cyclic olefin copolymer microfluidics module)，此材料建構出幾十到幾百微米寬的流道，可引導微量檢體流至待檢測區域。值得一提的是，研究團隊引進奈米金粒子技術，將直徑13奈米的奈米金接合偵測抗體(detection antibody)，達到更靈敏的感測性能(臨床上敗血症的PCT臨界值為0.2 ng/ml)，克服傳統生物晶片因PCT分子過小而無法有效感測的窘境。
最後透過偵測入射光與透射光，並搭配局部表面電漿效應用(localized surface plasmon resonance，LSPR)大幅增強光與偵測抗體的交互作用，推算出因鑲嵌在晶片上的捕捉抗體(capture antibody)與檢體結合所造成金屬薄膜表面那微小電磁波分布變化而引起波導層中光強度的變化作為檢測機制[3]。而入射光穿梭於玻璃光波導(glass waveguide)之中則可有效排除外界所帶來的各式影響，使光源穩定在此結構中以駐波方式傳遞，不散失任何能量，以屏除干擾最後偵測數據。
輕薄短小快速鑑定系統 實現個人化精準用藥
圖2、光電微流體敗血症診斷平台之快速檢測系統
在「光電微流體敗血症診斷平台」中的第二個部分就是輕薄短小的快速檢測系統，系統由低成本的光學元件組成，不須大型笨重且昂貴的儀器，此外由於採用偵測穿透光的強度作為偵測機制，所以能即時呈現偵測數據，可用來搭配所開發的生物晶片，利用生物晶片捕捉患者血液中生物發炎因子，可在15分鐘內定量出濃度，快速提供給醫生作為用藥依據；且由於不須專業人員操作，可放在診間即時檢測發炎因子濃度，醫生可在給予病人抗生素之後馬上進行發炎因子濃度的檢測，即可知道是否投入正確藥物，以及是否需要調整藥物濃度以配合病人體質實現個人化精準醫療，大幅提升敗血症患者的存活率。
圖3、前降鈣素的即時檢測結果
技術突破 具發展潛力 市場龐大 獲頒科技部未來科技獎
光電微流體敗血症診斷平台成本低且不受限於專業人員操作，更適合偏鄉醫療服務使用，敗血症好發於60歲以上免疫力不佳的老人，每年全球市場高達30億美元，開發團隊技術上的整合與突破受2021年科技部未來科技獎肯定，望此新技術能為敗血症病患帶來更多福祉，免於因檢驗時長而造成的高死亡率。
參考文獻
[1] 衛生福利部統計處/歷年統計。《109 年死因統計結果分析》
[2] Anand Kumar, Daniel Roberts, Kenneth E Wood, Bruce Light, Joseph E Parrillo, Satendra Sharma, Robert Suppes, Daniel Feinstein, Sergio Zanotti, Leo Taiberg, David Gurka, Aseem Kumar, Mary Cheang.(2006). Duration of hypotension before initiation of effective antimicrobial therapy is the critical determinant of survival in human septic shock. Critical Care Medicine. June 2006 – Volume 34 – Issue 6 – p 1589-1596. doi: 10.1097/01.CCM.0000217961.75225.E9
[3] Jiřı́Homola, Sinclair S.Yee, Gü(1999) Surface plasmon resonance sensors: review. Sensors and Actuators B: Chemical. Volume 54, Issues 1–2, 25 January 1999, Pages 3-15. doi: 10.1016/S0925-4005(98)00321-9
