登革熱生物晶片

 
2007/10/17 張志玲 | 《科學發展》特約文字編輯
泥濘的土地被踩過後會留下腳印,好比以蛋白質NS1為模型而在高分子中間留下的奈米凹洞。
  • 泥濘的土地被踩過後會留下腳印,好比以蛋白質NS1為模型而在高分子中間留下的奈米凹洞。
 
熱天裡被蚊子叮咬後常令人忐忑不安,因為登革熱潛伏期 4 ~ 7 天,現行的檢測方式無法馬上得知是否被感染,必須等上幾天,等到出現發燒、頭痛……等症狀以後才有辦法做更確定的檢查。幸好在技術上已有突破,東華大學化學系戴達夫教授和他的學生林中英成功地研發出登革熱生物晶片,而且取得國內專利。利用這種晶片檢測,不須等待發病,可以馬上檢查,立即知道結果,輕鬆達到早期診斷、早期治療的目的。相關研究成果已發表在 2006 年 8 月的《臨床化學》雜誌(Clinical Chemistry)上。

偵測 NS1 的專屬晶片

這種新生物晶片的應用原理,與登革熱病毒中的非結構性蛋白質 NS1 有關。登革熱病毒中有 7 種非結構性蛋白質,NS1 是其中一種,它很特別,當病毒侵入細胞造成感染時,它不會跟隨進入,反而留在細胞膜外面,科學家就利用這個特性以 NS1 為標的來測試生物晶片。操作方法是先抽取病人血液,再以離心分離方式取得血清。由於蛋白質 NS1 會留在病人血清中,因此可以 NS1 為偵測的標的,然後再以 NS1 的抗原決定部位為模板,利用它在晶片上形成「分子印刷的奈米凹洞」。

若要形成「分子印刷的奈米凹洞」,除了以 NS1 的抗原決定部位為模板外,還需要一些很普通的,如丙烯酸、丙烯醯胺等的單體小分子。把這些物質放在鍍金晶片上以光照方式引發自由基反應,當單體小分子聚合形成高分子時,模板便被包覆在高分子材料中間。再用磷酸溶液清洗去除模板,晶片上留下的就是與蛋白質 NS1 外型相容的奈米凹洞。

換句話說,登革熱生物晶片是由單體小分子聚合成大分子的化學反應製作的「人工抗體」,可用來偵測病毒感染情況。檢測時,把受檢者血清以流動方式經過這個分子模型,倘若血清中有 NS1,就會產生鍵結,血清中的 NS1 會跑到凹洞裡被穩穩地抓住。然後再以石英晶體微天平儀器感測頻率變化,就可算出被抓住的NS1質量,同時會在電腦螢幕上出現頻率變動曲線。被抓到的 NS1 越多,曲線下降越明顯,代表病毒濃度越高,也表示病情越嚴重,檢測準確度達 86% 以上。

為確認研發出的新生物晶片是否就是偵測NS1的專屬晶片,研究人員曾用其他與蛋白質 NS1 結構類似的物質測試。發現這些物質雖在模板上產生鍵結現象,但是只做暫時性停留,最後仍會離去,不像 NS1 那樣被穩穩抓住,從而確定這是偵測 NS1 的專屬晶片。

科學傑作 小兵立大功

登革熱已有全球氾濫趨勢,如巴拉圭 在2007 年 3 月,因為登革熱病毒肆虐而進入緊急狀態達 60 天。臺灣地區因為濕氣重,加上風災、水災過後空曠處未清理等因素,使得病媒蚊極易孳生,登革熱儼然成為臺灣地區的新傳染病毒。根據衛生署疾病管制局統計,2006 年全臺灣本土性登革熱確定病例 963 例,其中 78% 在高雄市,13% 在高雄縣。不只臺灣南部,北部的基隆市、臺北縣、桃園縣也曾出現病例。

更令人吃驚的是,在天氣比較寒冷的冬天,如 2007 年的 1、2 月,高雄市仍出現 8 個確定病例。難怪流行病學家說:「臺灣境內最令人擔心的疾病是登革熱。」

登革熱生物晶片的製程簡單,成本低廉(約新臺幣 10 元),目前雖然尚未商業化,但是這種小兵立大功的科學傑作,未來的發展潛力不容小覷。
 
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