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暖暖包發熱原理也可以應用在複雜的HIV檢測?

在物資不足的地方,如何無電力檢測HIV?
Credit: [email protected] CC BY 2.0

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

 

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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