【新冠肺炎】瑞士初步研發光學生物傳感器 可望檢測空氣病毒濃度

撰文:黃正軒
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【新冠肺炎 光學病毒RNA檢測】肺炎瘟疫暫未平息,各國投入不少資源研發不同應對技術如藥物、疫苗和病毒快速測試等。瑞士聯邦材料科學及技術實驗室的研究團隊於當地時間21日宣布開發出一種生物傳感器,據稱能藉由光學物理作用檢測出新冠狀病毒(Sars-CoV-2 / COVID-19)的RNA片段,靈敏至能夠檢測患者的呼吸道抹片樣本有無病毒,未來更可望於火車站、機場和醫院等公共場所中應用,測量空氣樣本中的病毒濃度。

目前,用於實時檢測急性新冠肺炎COVID-19的標準都是建基於RT-PCR(逆轉錄聚合酶連鎖反應)測試。病毒檢測人員先使用逆轉錄酶將新冠狀病毒(Sars-CoV-2)的核糖核酸(RNA)翻譯成脫氧核糖核酸(DNA),再透過聚合酶鏈反應(PCR)擴增所得的DNA片段,繼而將DNA片段附着到跟其序列匹配的特定標記物上進行檢測。

RT-PCR算是目前比較可靠的新冠狀病毒檢測方法。但往往需要花費數小時方可得出測試結果,時間太長;加上要用到專門的特殊實驗室設備和試劑來進行,因此受到不同國家的實驗室資源條件所限。

研究團隊於光學生物傳感器玻璃載體上的金納米粒子加入兩個跟新冠肺炎病毒(Sars-CoV-2)RNA序列相配的DNA片段。只有新冠狀病毒的RNA鏈才能跟這些DNA互補序列而相連。(Maksim Tkachenko / iStock)

瑞士聯邦材料科學與技術實驗室日前發表文章,指蘇黎世聯邦理工學院專家Jing Wang為首的研究團隊近日開發出全新的生物傳感器,據稱可補救當前RT-PCR測試的限制,加快病毒檢測,並改善臨床測試的診斷準確度。此生物傳感器再加發展和改良後,未來有望檢測周遭空氣中的新冠狀病毒濃度,評估一個環境中經氣懸膠體(Aerosol,指微小懸浮粒子在空氣中形成的穩定分散體系;另譯氣溶膠、氣膠、氣霧、煙霧質等)傳播病毒的風險。

生物傳感器新測試的物理基礎是「局部表面等離子體共振」(Localized surface plasmon resonance, 簡作LSPR)技術,涉及金納米結構中發生的光學現象。金納米粒子(Gold nanoparticles)在玻璃表面上被激光激發,會產生令表面原子電子振蕩的能量場。這種等離子體近場產生能以光學傳感器測量的特定光學圖案。假若有異物分子停靠於金納米粒子上,等離子場的光學圖案便會有所變化。

瑞士團隊開發出光學生物傳感器,能藉光學物理作用檢測出新冠狀病毒(Sars-CoV-2)的RNA片段,未來可望於火車站、機場和醫院等公共場所中應用,測量空氣樣本中的病毒濃度。(Fabrice COFFRINI / AFP)

研究團隊於傳感器玻璃載體上的金納米粒子加入兩個跟新冠肺炎病毒RNA序列相配的DNA片段。只有新冠狀病毒的RNA鏈才能跟這些DNA互補序列而相連。為使到生物傳感器具有特異性、只分辨出這種病毒,研究員在LSPR技術上補以激光處理,進一步引發等離子光熱效應(Plasmonic photo-thermal effect, 簡作PPT),以增加檢測的靈敏和準確度。

Jing Wang及其團隊使用含有COVID-19新冠狀病毒RNA片段和2003年嚴重急性呼吸系統綜合症(即SARS 沙士)冠狀病毒RNA片段的溶液進行測試。經過多次試驗後,結合了LSPR和PPT光熱效應的光學生物傳感器已可以準確識別這兩種基因序列相近的病毒。檢測結果可於短時間內獲得。

除了於呼吸道抹片快速測試中應用,長遠而言此光學生物傳感器還可以在火車站、醫院附近或機場等人流密集環境中檢測空氣樣本有無病毒。不過Jing Wang指出要達到這個目標仍是言之尚早。未來必須開發出可主動吸入空氣的系統,從中濃縮氣懸膠體,並且自病毒分離出RNA讓傳感器檢測。

資料來源:WissenschaftACS Nano傳感器專家網

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