自新型冠狀病毒引發疫情以來,市民大眾對核酸檢測從陌生走向熟悉。這項檢測技術從無到有,再由有到「優」,背後蘊藏着科研人員長期的心血凝聚和夜以繼日的專研奉獻。
快速準確便攜易操作
絕大多數生物都有自己的核酸序列,新型冠狀病毒是一種僅含有RNA的病毒,病毒中特異性RNA序列,是區分該病毒與其他病原體的標誌物。核酸檢測,就是以生物基因序列為靶標,對檢測樣本DNA或RNA序列進行信號識別和擴增。如果在受檢者樣本中檢測到新冠病毒的特異核酸序列,就可以判斷此人被感染。
澳門大學的模擬與混合信號超大規模集成電路國家重點實驗室,自成立以來,一直專注開發高精芯片技術。面對新冠疫情的挑戰,該重點實驗室的微流控團隊,集合了一批微流控及微電子領域的教授專家,及不同學科背景的博士生與博士後,合力開發出「快速冠狀病毒檢測數位元微流控芯片」,成為「Virus Hunter」(「病毒獵人」)自動檢測設備系列的最新成果。
檢測新冠病毒的「Virus Hunter」裡面包含鼻咽拭子、裂解棒、檢測試劑的檢測芯片和快速檢測設備。檢測芯片內裝有不同試劑,使用者只要把樣品溶液滴進芯片,再把其插入機盒內,即可通過應用數位微流控技術進行自動化檢測。
核酸檢測現在已經成為診斷是否感染新冠病毒的「金標準」,該重點實驗室微流控實驗室主任賈艷偉教授介紹,這個基於數位微流控技術和恆溫核酸擴增技術的核酸快檢系統,能夠一張芯片同時檢測COVID-19的兩組基因,可準確地讓新冠病毒快速「現出原形」,病毒上樣後,最快半小時便可得出結果。
傳統的核酸檢測流程,從提取樣本、檢測再到出結果,不僅耗時耗力,成本也居高不下,而「Virus Hunter」除了具有快速、低成本、操作簡便的優點,便攜性亦成為其最大亮點。它相當於一個移動實驗室,可以突破核酸檢測對人員和場所的嚴格限制,還提高了診斷的時效性,可更利於服務護老院裡的長者,或者其他不便出行的人士。
多學科融合助研發
賈艷偉長期研究微流控技術創新及其在生物化學中的應用,2013年,她從美國回來後,便加入澳門大學開始微流控相關的研究,並將此技術運用於細胞DNA、RNA分析等層面。她解釋,微流控技術是專門處理「微小流體」的一項技術,可以處理皮升至微升量級的樣品。
目前,微流控主要有管道式微流控和數位微流控兩個平台。管道微流控技術具有高通量的優勢,但操作時難免會有所消耗,不能充分利用有限的樣品。至於數位微流控技術,則是通過電子信號控制芯片操作,整合了電子、物理與生化等多學科的優勢技術,可對單個樣品液滴追蹤操作、獨立控制、觀察、分析,且能完全利用樣品的全部。
為使檢測的樣品體積可更小、溶液與試劑的反應時間更快,研發團隊不斷攻克難關,把專利分子檢測技術、專利集成電子技術及專利數位微流控技術,放到小小的一部「Virus Hunter」中。賈艷偉認為,能有此成績離不開團隊成員的團結合作,因為數位微流控是一門多學科的研究,團隊裡有材料、物理、生物、電腦工程等不同專業背景的人才,大家各有所長,多學科交叉參與研究,才能推進這項科技的發展與應用。
她說,模擬與混合信號超大規模集成電路國家重點實驗室具有齊全的設備,許多硬體配套都是相當先進及獨有的,這對研發過程的幫助非常大。
孵化公司轉化科研成果
「Virus Hunter」除了可用於檢測新冠病毒,常見的病原體,如乙肝病毒、愛滋病病毒,亦能有效診斷出來。其應用範圍還包括動植物病害、食品安全、環境檢測等領域。比如,通過提取三文魚DNA或RNA樣本,便可分辨出是否由虹鱒魚假冒、食品中是否存在致病菌等,應用前景廣闊,具發展潛力。
2018年,澳門大學的博士生陳天藍和董鋮在橫琴青年創業谷成立科創公司「迪奇孚瑞」,澳門大學為支持科研成果的轉化及落地應用,把「Virus Hunter」技術專利獨家授權「迪奇孚瑞」,並入股其中。公司的名字,取自數位微流控芯片技術的英文Digital Microfluidics,縮寫成Digifluidic,音譯過來就是「迪奇孚瑞」。
作為一家專注於自動檢測的生物技術公司,「迪奇孚瑞」依托於數位微流控技術,陳天藍成功將科研成果轉化為多款產品,已應用於傳染病檢測、醫學疾病診斷、動植物病害檢測、食品安全檢測等領域。目前,「Virus Hunter」已取得國際CE認證,現正向國家藥品監督管理局申請相關認證,希望早日投入使用。相關項目也成為了澳門與內地「產學研」合作的代表性項目之一。
賈艷偉稱,科研是從無到有的過程,而推動該技術的孵化工作,過程就更加繁瑣。除了要思考如何降低成本,還有各種行政手續、制訂經營策略等,對學生而言,是個不小的挑戰,「澳門大學的實驗室會全力支持他們,希望令這項技術可以更好服務社會。」
賈艷偉簡介
畢業於新加坡國立大學,現任澳門大學模擬與混合信號超大規模集成電路國家重點實驗室微流控實驗室主任。曾獲新加坡教育部頒發傑出導師獎、國際生物結晶組織頒發發明創造獎、《自然—通訊》頒發創新獎。獲批美國、中國以及新加坡專利10餘項。
文:黃桂蘭 圖:澳門大學