天氣好冷，很多人出門坐車口袋裡放兩塊暖暖包。走了幾十公里爬到山頂，想來杯熱咖啡，現在有一種杯底自動加熱的咖啡杯。這些發熱的裝置，都不用插電，沒有生火，但是為什麼產生熱?靠得都是物質之間的化學作用。雖然產熱的時間很短暫也會隨著化學反應的結束而溫度慢慢下降，在沒有電力的地方，卻是非常關鍵。除了用在日常生活，有可能應用在生醫領域嗎?
設計不需要電力的檢測設備
美國國立衛生研究院(NIH)就支持了一項研究，發展不用電力的方式，以非常低的成本，偵測傳染性病原的DNA，也包括愛滋病毒(HIV)， 這個研究是由位在美國西雅圖的ㄧ個非營利組織PATH所完成，結果刊載於PLOS ONE。該研究發明了一套裝置，稱作NINA(non-instrumental nucleic acid amplification)，利用小型的化學反應，不用電力就可提供熱能來放大和偵測血液樣本中病原體的DNA或RNA。這對於資源不足，沒有電力，更不要說有冰箱這些設備的地區而言，是一項突破，可以幫助該地區整體的健康照護，包括HIV，結核病或者瘧疾這些造成嚴重健康問題的疾病，都可以早期偵測。目標是希望這些沒有電力的地方，都可以得到可靠的資源做醫療診斷。
為什麼即時診斷很重要?
為什麼這種即時在地的診斷這麼重要?即時診斷關係著即時治療。在物資不足的地區，因為沒有電力，沒辦法有效診斷，就很難控制傳染病的擴散。時間上、地域上都很難控制，再者就是很難追蹤患者的狀況，當然這些患者也不見得會再回診，甚至告知醫療人員是否有傳染病。所以NINA這項科技就是要落實在地的Point Of Care(POC)測試，以馬上治療。核酸(nucleic acid)為基礎的測試很重要的貢獻，就是它可以在傳染病發生的早期就偵測到。如果是在超市買到的ㄧ些偵測設備，以抗體為基礎的，都必須要等到身體內出現病原的抗體才能偵測到，這時候可能已經過了好幾個月了。PATH所發展的方法，可以在早期就偵測到HIV。對POC而言，早期偵測及時治療很重要。同時，如果是愛滋病毒帶原(HIV)的母親所生出來的寶寶，也一定要用以核酸為基礎的測試，因為母親血液中的抗體可能會對小孩的量測結果造成誤判。
化學反應產生熱
這個放大的流程包含從受測者的血液中取中核酸，和目標病原的核酸區段混合，然後在恆溫下加熱。實驗的結果相當準確，且可以利用簡單的量計顯示顏色帶來反應病原的存在。NINA裝置，使用非常便宜的保溫杯，在底部的空間放入鎂鐵材料(MgFe)，因為這種東西相當便宜，每一次使用只要0.06美金，想要啟動的時候，加上一點生理食鹽水(saline)就可以啟動反應。整個研究為確保這個裝置容器在化學反應後保持恆溫，研究員還用熱影像來偵測材質的表現，甚至使用二手的保溫杯來看不同材料的表現。另一項挑戰，是使用這個裝置時的環境溫度，因為使用的當地環境可能很極端。目前，這個樣本培養容器可以在10~32.2度C的環境中，維持至少60度C超過一小時。
研究團隊表示，他們設計的這套裝置可以精確在80分鐘內偵測到HIV-1。現在，他們正想將這項技術搭配從血液中萃取核酸的技術，兩者一起加入這個系統。之後整套測試會更完整。
文章參考：NIH
影片來源：NIBIB gov
圖片來源：jonrawlinson@Flickr CC BY 2.0
