超靈敏WENLISA檢測技術,8分鐘驗出敗血症

by 朱 富國
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撰稿 / 何郁庭(科學推展中心特約編輯)


WENLISA生物檢測器3D示意圖。修改自Barshilia et al. (2024)

敗血症是由病原感染引起的全身性發炎反應,因黃金治療時間僅6小時,故快速精準的檢測方式對臨床治療有極大助益,然過往並無足夠快速且簡便的方法。國立中正大學機械工程系教授張國恩與化學暨生物化學系特聘教授周禮君帶領的研究團隊,成功開發靈敏快速且低成本的敗血症檢測方法,不僅曾獲2021年未來科技獎精準健康(醫材&防疫科技)類獎項,2024年該團隊亦將成果發表於《Nano Letters》期刊,並榮登當期期刊封面。

敗血症檢測技術現況

敗血症是世界上最常見的死因之一,由於病情惡化快速,盡早診斷並給予恰當的治療,將可大大降低患者的死亡率,但現有的鑑定、監測,與發炎生物標記的定量時間,卻須耗費6-12個小時,以致患者無法受到即時診治。通常,被用來判別敗血症的生物標記包含PCT(procalcitonin,前降鈣素)、CPR(C-Reactive protein,C反應蛋白)、IL-6(Interleukin-6,白細胞介素-6),臨床診斷上,檢測儀器會對受試的血液樣本進行一系列的生物標記定量,以監測患者的感染狀態。

為使敗血症檢測在臨床上發揮更大的功能,研究團隊開發出同時具有高靈敏度、低成本、穩定且快速的檢測方式——WENLISA(Waveguide-Enhanced Nanogold-Linked Immunosorbent Assay)。

WENLISA原理與突破

WENLISA的生物感測器體積輕巧,由玻璃基板和上方懸空的玻璃光波導(waveguide)構成,中央有微流體通道(microfluidic channel),且製程無真空、簡單,相當具有經濟效益,易於大量生產。

此檢測方法採用迅速且敏感性高的PCT生物標記為檢測目標,為了提高檢測極限,加入奈米金粒子(AuNPs, gold nanoparticles)並形成獨特的三明治結構。奈米金粒子不僅能改變光波導內漸逝波(evanescent wave)的分布,還會誘發電漿模態的強烈共振,進而增強漸逝波吸收,達到靈敏且快速的PCT檢測。從研究實驗揭示,生物感測器對PCT的靈敏度可達48.7 fg/mL[1],靈敏度較過往感測器提高千倍以上,且最短檢測時間僅約8分鐘。

嶄新技術帶來的效益

WENLISA在低製作成本、檢驗快速且靈敏的同時,還能藉由PCT濃度差異,精確辨別健康、區域感染與系統性感染的樣本。與現有敗血症檢驗技術相比,WENLISA在功能和商業化潛力上,都具有極大競爭性。

目前,研究團隊已著手進行相關專利申請,在此技術商轉並實際應用於醫療場域後,將可對敗血症診斷與治療帶來重大革新。

[1]1飛克(fg)為10-15公克

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