武汉肺炎疫情蔓延全球,为了达到更好的检疫效果,科学界积极投入研究,苏黎世联邦理工学院空气质量和颗粒技术小组,与瑞士联邦材料科学与技术实验室小组,联手开发新生物感测器,有助于检测公共场合空气是否有病毒。此生物感测器可准确判别新冠病毒(SARS-CoV-2)及 SARS 病毒(SARS-CoV)两种基因序列相近的病毒,甚至可在数分钟内检测完成,算是近年医疗界相当重要的突破。
双功能生物感测器结合 LSPR 与 PPT 特点,然短期仍无法取代 RT-PCR 检测法
现今 COVID-19 病毒的生物检测法以“逆转录聚合酶链反应”(RT-PCR)技术为主,是目前检测武汉肺炎病毒 RNA 的标准方法,但仍有许多问题,包含试剂供应可能不足、检测人员操作繁琐、需要特殊的实验室设备、耗时数小时的检测时间,以及有概率产生假阴性和假阳性的测试结果等缺点。
新检测方法的技术基础为局部表面电浆共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)感测器,结合等离子光热(Plasmonic photothermal,PPT)效应,形成具备两种特点的双功能 LSPR 生物感测器,具有高准确性、高灵敏度且测试时间较短等优势。不过目前除了技术仍处于研发阶段,涉及医学检测的兹事体大,仍需在不同环境下反复测试;且此类仪器价格 50,000~300,000 美元(RT-PCR 仪器价格 15,000~100,000 美元),所费不赀,加上目前只有少数几家厂商有相关技术,是目前要取代 RT-PCR 检测法的几个难点。
SPR 往 LSPR 感测技术迈进,还需各界携手合作才能普及化
依照换能系统的形式,生物感测器可分成电化学、光学、磁学及压电式,其中光学生物感测器因具高敏感度、快速检测的优点,近年来积极采用于生物感测研究。
表面电浆共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)感测器即属于光学生物感测器的一种,技术演进后为 LSPR 生物感测器。LSPR 感测器与 SPR 感测器相似,但 LSPR 感测器使用的是“金奈米岛状物薄膜”(Gold Nanoislands,AuNIs)感测芯片产生光共振,再测量每个 AuNIs 感测芯片产生的光谱变化;而 SPR 感测器使用的是平整的金属薄膜感测芯片产生光共振再分析。
目前可提供 SPR 感测器及相关服务的厂商有 23 间以上,LSPR 感测器的检测较具复杂度,AuNIs 感测芯片的制造难度也较高,因此切入厂商不多,约仅 2 间,虽然在武汉肺炎发生后各厂商即有所行动,但先前主要是为了学术和制药实验室而设计和销售仪器,较少着墨临床检测。因此,还需要各 SPR、LSPR 感测芯片厂商与科学界、医界共同研发及进行临床实验,才能加速双功能 LSPR 生物感测器的普及化与商用化。
▲ SPR 与 LSPR 相关供应商。(Source:拓墣产业研究院,2020.5)
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