中大研發孢子合成微型機器人 15分鐘驗出致命腸道毒素成本僅10元

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「難辨梭菌」是醫院內常見腸道感染,毒素除會引起腹瀉、發燒大便出血外,死亡率更高達兩成五。中文大學成功研發出微型機器人,可於15分鐘成功驗出「難辨梭菌毒素」,阻裁病菌在醫院內擴散。中大消化疾病研究所主任沈祖堯教授說:「肚屙很少機會會死人,但這個菌的毒素則會死人!」

張立副教授指出,透過磁力控制微型機器人在樣本中找出毒素。(張浩維攝)

當孢子帶有的「碳量子點」與「難辨梭菌毒素」結合時,螢光強度便會減低甚至消失。(張浩維攝)

「難辨梭菌」如其名,過去曾十分難辨認出來;需要同時使用兩種方法驗證,包括檢測大便中有否存在GHD抗原(GDH antigen detection)、Toxin EIA或者以核酸檢測法(NAAT)來種菌。「難辨梭菌」感染是最常見的醫院內腸道感染,其分泌的毒素會引起腹瀉、發燒和大便出血等。少數病例會引發腹膜炎和敗血症,可引致死亡;正在服用抗生素治療的病人最容易受感染,長者、慢性病或炎症性腸病患者亦是高危感染群組。 

傳統方法時間長 新技術結合毒素會變暗

中大機械與自動化工程學系副教授張立的團隊,研發出一個納米微型機器人透過孢子合成技術,當孢子上的會發出螢光的「碳量子點」與「難辨梭菌毒素」結合時,螢光強度便會減弱。

沈祖堯教授(左)及張立教授為微型機械人的研究團隊主要成員。(張浩維攝)

機械人可以透過磁力去控制,主動在糞便樣本中尋找病毒。張立解釋決定以磁力控制機器人:「好似磁力共振咁,在醫學上證明磁場對人體無太大影響。」同時,新方法亦大大減低檢測上的人力及成本,「一公斤孢子大約600元人民幣,而每次檢測則只需要約幾毫克」,故每次驗證成本低至10元。

一公斤孢子約600元人民幣 可用於近百次檢測

在2006年每10萬名公立醫院住院病人有15.4人確診感染難辨梭菌,到2014年感染人數已升至36.3人;逾1成住院兩星期的病人確診感染。至於團隊在威爾斯親王醫院內的研究更發現,「難辨梭菌毒素」在60日內致死率達25.7%,30日內的復發率為10.7%。沈祖堯指出因醫院環境擠迫,人口老化、接受抗生素治療人士增加等,令醫院內的「難辨梭菌毒素」的個案在過去幾年不斷上升,「有此病人吃了抗生素,結果腸內好菌壞菌都死掉,變相更容易感染。」

沈祖堯解釋,傳統上方法結均有差別,如出現假陽性或不夠敏感的問題,加上需時至少一至兩日,「因為即使在大便中種到出難辨梭菌,也不代表會解放毒素,必須有這種毒素才做發病。」因此必須要進行兩項的驗證方法,然而卻令化驗時間增加及成本增加,「我們在臨床上沒有時間等一至兩日,必須分秒必爭。」
 

檢測系統主要元件包括磁圈(黑盒內)和控制電腦。(張浩維攝)

研究成果已刊登於美國科學促進會的期刊,團隊亦正申請創新及科技基金撥款,開發微型機器人自動化檢測平台,未來應用於其他細菌上。沈祖堯亦預計今年內已將機械人檢測與原有檢測一同使用,以增加更多臨床試驗。



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