科大研「單管式」檢測平台 30分鐘快測多種傳染病 助居家篩查普及

香港文匯報訊（記者 莫楠）病毒檢測是防疫抗疫策略中的重要一環。為讓未來傳染病監測及基因篩查更便捷，香港科技大學化學及生物工程學系教授邢怡銘率領團隊，聯同香港中文大學學者，共同研發「單管式」病毒及基因檢測平台「熱力學編碼分子編程一體化診斷平台」（TEMPO）。用戶只需透過單一反應管操作，最快30分鐘即可獲取媲美專業實驗室水平的檢測結果，有望把原本須在實驗室進行的高靈敏度核酸檢測，簡化為可在家中完成的單步驟檢測。該技術目前已應用於季節性流感、新冠病毒、愛滋病等多種病毒檢測，亦為遺傳疾病快速篩查開闢新方向。研究成果已發表於國際學術期刊《自然通訊》。

身兼論文通訊作者的邢怡銘解釋，傳統實驗室核酸檢測須經過多重工序，包括擴增微量病原體遺傳物質、辨識樣本，並生成可讀取的檢測訊號。所謂「單管式」檢測，就是將所有步驟整合於單一反應管內，最大挑戰在於確保各步驟按既定次序準確完成。團隊另闢蹊徑，利用熱力學原理讓各項反應自動按預設次序推進，實現更穩定、簡便的時序控制。

邢怡銘以烹調作喻：「這就像要烹調一道工序繁複的菜式，卻只能使用一個鍋，因此各種材料的處理次序至關重要。」在單管式核酸檢測中，流程主要包括核酸擴增及CRISPR辨識兩個步驟，兩者在密封反應管內競爭相同原料。核酸擴增須不斷累積目標分子以產生足夠訊號，CRISPR酵素則會即時辨識並消耗這些分子。若後者過早啟動，便可能令整個反應鏈停滯，難以兼顧速度與靈敏度。

TEMPO另一重要優勢，在於能覆蓋傳統CRISPR診斷難以檢測的基因位點，包括眾多鄰近缺乏PAM、卻具重要臨床意義的單核苷酸變異。即使目標序列之間僅相差一個DNA鹼基，系統仍能精準辨識。這有賴其獨特設計，把CRISPR的「開始」訊號直接寫入引物，而非依賴目標序列本身是否含有PAM位點。

測試結果顯示，TEMPO能在30分鐘單步驟流程內，達到實驗室檢測的最高靈敏度標準，即阿摩爾（attomolar，1 aM）級別。團隊先後以模擬愛滋病病毒樣本，以及真實甲型流感病毒和新冠病毒臨床樣本驗證，結果均與定量實驗室核酸檢測一致。研究人員更將TEMPO整合至單步驟微流控晶片，針對三個具臨床意義的單核苷酸變異，檢測20個人類基因組樣本，結果與DNA定序完全一致。

邢怡銘指出，TEMPO採用化學性質穩定的DNA，毋須冷鏈儲存，亦不倚賴複雜操作或大型儀器，使用者只需在單一反應管內即可完成超高靈敏度檢測。這種簡便設計非常適用於診所、機場、家居甚至偏遠地區，為居家及即時檢測的普及掃除障礙。面對未來可能出現的新興傳染病，TEMPO有望成為能快速轉換檢測目標的通用平台。

研究採用的單核苷酸精準度，亦為基因特徵及相關疾病的簡易篩查開拓新方向，例如東亞人常見的「酒精潮紅」現象及酒精不耐症。團隊計劃未來一年進一步開發更高度整合、可由樣本直接得出結果的居家及現場檢測裝置，並推動多項臨床應用研究，包括性傳播感染居家檢測、多重耐藥菌快速現場分子檢測，以及新生兒篩查、地中海貧血等遺傳疾病基因分型。長遠期望建立一套靈敏度和特異性均勝於快速抗原測試、但操作同樣簡便的居家核酸檢測平台，為應對未來新興傳染病作好準備。