〈工業技術資訊月刊〉核酸分子實驗室

※來源:工研院
(圖:工業技術資訊月刊提供)
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撰文/王珮華

工研院「核酸分子檢測系統」有機會在感染者仍處潛伏期間,判定是否感染新型冠狀病毒(SARS-CoV-2),準確率可達 9 成。研發團隊成功將大型 RT-PCR 系統變成只有 600 公克的「疫開罐」,檢測時間也縮短至 1 小時內,有助提升檢測效率。現在就來看看,「疫開罐」與它的產地。

研發大事記。
研發大事記。

新冠疫情持續蔓延,各國政府莫不以切斷傳染鏈為要務,切斷供應鏈的工具又以病毒篩檢為最重要工具。即時定量聚合酶連鎖反應(Real-time Quantitative Polymerase Chain Reaction;簡稱 qPCR)是目前檢測新冠病毒,最準確有效的黃金標準。然而,qPCR 確診時間至少需 4 小時,面對國際感染人數呈指數成長,檢測量能緩不濟急。

工研院核酸分子實驗室,多年來致力於細菌、病毒檢測技術。工研院精準醫療指引診斷技術組副組長江佩馨表示,新冠疫情發生前,實驗室已掌握自家「核酸分子檢測」的流感、腸病毒檢測技術,因此在疫情爆發後,從序列分析、引子(Primer)與探針(Probe)設計,到試劑開發,短短 2 個月就開發出準確、快速、可攜的新冠病毒檢測技術。

核酸分子檢測即是以人工方式複製擴增 DNA。工研院的「核酸分子檢測系統」,捨棄大型儀器的複雜溫控機制,運用熱對流的物理原理反覆升降溫,讓引子與目標 DNA 黏結,持續擴增目標病毒的基因片段,並與探針發生反應釋出螢光物質,疫開罐偵測到螢光物質即顯示為「陽性」。此一做法可大幅縮短反應時間、縮小設備尺寸,更具降低成本的優勢。

「疫開罐」僅 qPCR 的五十七分之一

大型 qPCR 有 96 個孔盤,內含精密溫度控制系統,可精確計算核酸複製擴增次數(cycle),是定量檢測的重要工具,但作為病毒篩檢則相當耗時。工研院「核酸分子檢測」的「疫開罐」簡化溫控機制,體積僅 qPCR 的五十七分之一,用作判斷病毒有無的防疫工具,反應速度為 qPCR 的 6 倍,體積小、速度快的疫開罐更具優勢。

第一步:核酸萃取與純化

首先,要從檢體中提取核酸。現採一般管柱萃取純化法(Column Purification),利用濾膜作為吸附材料,將不需要的雜質離心去除,留在濾膜上的就是核酸。為加快審查,目前核酸萃取純化流程以監管單位已認可之系統在「核酸分子檢測系統」外進行,需時 30 至 40 分鐘,未來會改採自行研發的快速萃取方式,在系統內進行,約 20 分鐘可完成萃取。

一般管柱萃取純化法(Column Purification)。
一般管柱萃取純化法(Column Purification)。
利用濾膜作為吸附材料,將不需要的雜質離心去除,留在濾膜上的就是核酸。
利用濾膜作為吸附材料,將不需要的雜質離心去除,留在濾膜上的就是核酸。

第二步:核酸擴增與偵測

純化後的核酸,加入引子、探針、鹼基試劑,置入「核酸分子檢測系統」的特製試管中,再將試管放入「疫開罐」,可一次處理 6 個樣本。疫開罐可加熱樣本,讓核酸在試管中複製擴增,一旦標的病毒的數量被放大到可被偵測的水準,疫開罐液晶螢幕就會顯示「陽性」。

純化後的核酸,加入引子、探針、鹼基試劑,置入「核酸分子檢測系統」的特製試管中。
純化後的核酸,加入引子、探針、鹼基試劑,置入「核酸分子檢測系統」的特製試管中。
一旦標的病毒的數量被放大到可被偵測的水準,疫開罐液晶螢幕就會顯示「陽性」。(圖中顯示為 2 陽性與 4 陰性)
一旦標的病毒的數量被放大到可被偵測的水準,疫開罐液晶螢幕就會顯示「陽性」。(圖中顯示為 2 陽性與 4 陰性)

轉載自《工業技術與資訊》月刊第 340 期 2020 年 5 月號,未經授權不得轉載。


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