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使用奈米科技新技術,快速篩檢敗血症病菌

本篇文章由台灣大學提供,PanSci歡迎台灣各科研單位提供您的最新訊息。

病菌檢測是許多重大疾病醫療的基礎,但是,檢測時間往往曠日費時,例如,讓病患飽受死亡威脅的急症之一的敗血症,病菌檢測時間往往需要2至5天。由中研院特聘研究員和臺大物理系合聘教授王玉麟所帶領的跨校研究團隊最近發表一項醫療檢測技術上的重大突破,他們利用奈米科技光譜技術可望將敗血症的檢測時間大幅縮減至三十分鐘(增快約百倍),可以有效提升疾病治癒率、避免藥物濫用、以及減少併發症等。

這個獨步全球的重大成果,已在知名國際期刊「自然通訊」《Nature Communications》於2011年11月15日刊登,它是利用「捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片」來檢驗血液中細菌的新科技。它可以直接從血液捕捉細菌,加以濃縮並就地偵測細菌的光譜訊號,藉此辨別其種類,即得以幫助醫師快速決定如何有效使用抗生素,甚至可分辨此細菌是否具有抗藥性,可望克服抗藥性細菌的難題。此項堪稱醫病福音的重大發明也同時獲國際奈米科技網站媒體《Nanowerk》的報導。

此一研究論文的第一發表人,臺大高分子所助理教授劉定宇表示,這項發明是利用表面增強拉曼光譜技術(Surface-Enhanced Raman Spectroscopy,SERS)為基礎,製作「捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片」,具有超高的靈敏度,在幾秒鐘之內就可以取得單隻細菌的光譜,因此,可望在短短三十分鐘內篩檢出敗血症病人血液中的細菌(正常細菌檢測程序則需時2-5天),因此,可以有效幫助醫師快速而有效的使用抗生素,減少濫用抗生素的情形。

劉定宇進一步說明,這是一種奈米科技新技術,「捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片」可以利用它表面上第一層的「萬古黴素」將血液中的細菌牢牢地抓住,以便第二層的「銀奈米粒子陣列」來放大細菌表面分子的拉曼光譜訊號。就像每一種樂器都有自己特定的音色一樣,每一種分子也都有自己特定的 「分子拉曼光譜指紋」,因此科學家可以藉此光譜指紋來區分細菌的種類。

以敗血症為例,台大醫院創傷醫學部韓吟宜主治醫師表示,此一快速檢驗晶片檢測可望帶來的重大效益為:
(1) 檢驗方法大躍進:可在數十分鐘內得到初步檢驗結果,較傳統細菌培養方法,檢測速度增快很多(並可判別此細菌是否具有抗藥性),而檢測準確率也可望提升(敗血症病人的血液培養只有30%呈陽性結果;敗血症休克病人50至60%會有陽性培養結果);
(2) 降低敗血症病患的併發症與死亡率:在第一時間依檢驗結果指導敗血症抗生素的選擇,不再憑經驗選擇用藥(empirical use),可大幅提升敗血症患者的存活率,降低器官衰竭的發生;
(3) 抗生素管制:避免了抗生素濫用、抗藥性細菌的發展;
(4) 減少醫療支出:因為提升了疾病治癒率、避免藥物濫用、減少併發症等。

此外,此快速檢測平台檢測技術的潛在效益亦十分可觀,它不僅能針對血液臨床檢體來使用,也可將此奈米檢測技術推廣至環境污染(水質檢測)、食品藥品微生物(大腸桿菌、塑化劑等)檢測,甚至病毒、癌症篩檢等多方面來使用。實為病菌檢測技術和促進健康環境和醫療效益的世紀性貢獻。

這項發明是中研院原分所王玉麟特聘研究員(台大物理系合聘教授)所帶領的跨領域團隊經過多年努力的研究成果之一。本篇論文的第一作者為台灣大學高分子所專案計畫助理教授劉定宇,其他作者包括台灣大學凝態中心王俊凱研究員、陽明大學微免所林奇宏教授、台灣大學光電所博士班學生蔡焜棟及中研院原分所王懷賢(SERS晶片發明人之一)、陳玉、陳友暄、趙元駿、張軒豪等人,通訊作者為王玉麟。

本研究由行政院國科會奈米國家型科技計畫、閎康科技股份有限公司、中央研究院深耕計畫與教育部五年五佰億學術邁頂計畫共同支持完成。

「捕捉與偵測細菌雙功能快速檢驗晶片」示意圖 此晶片的核心技術是在銀粒子奈米陣列(銀色)上覆蓋一層萬古黴素(綠色),利用它來捕捉血液中的細菌(白色),而將血液中的血球(紅色)排除在外。被捕捉的細菌可以藉由表面增強拉曼光譜(SERS)快速地被偵測到。此研究結果發表於近期的Nature Communications中。

論文連結:Functionalized arrays of Raman-enhancing nanoparticles for capture and culture-free analysis of bacteria in human blood

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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia