科大研“单管式”检测平台 30分钟快测多种传染病

由科大化学及生物工程学系教授邢怡铭（中）带领的团队，研发出一款崭新的“单管式”病毒及基因检测平台TEMPO。（科大图片）

病毒检测是防疫抗疫策略中的重要一环。为让未来传染病监测及基因筛查更便捷，香港科技大学化学及生物工程学系教授邢怡铭率领团队，联同香港中文大学学者，共同研发“单管式”病毒及基因检测平台“热力学编码分子编程一体化诊断平台”（TEMPO）。用户只需透过单一反应管操作，最快30分钟即可获取媲美专业实验室水平的检测结果，有望把原本须在实验室进行的高灵敏度核酸检测，简化为可在家中完成的单步骤检测。该技术目前已应用于季节性流感、新冠病毒、爱滋病等多种病毒检测，亦为遗传疾病快速筛查开辟新方向。研究成果已发表于国际学术期刊《自然通讯》。

身兼论文通讯作者的邢怡铭解释，传统实验室核酸检测须经过多重工序，包括扩增微量病原体遗传物质、辨识样本，并生成可读取的检测讯号。所谓“单管式”检测，就是将所有步骤整合于单一反应管内，最大挑战在于确保各步骤按既定次序准确完成。团队另辟蹊径，利用热力学原理让各项反应自动按预设次序推进，实现更稳定、简便的时序控制。

邢怡铭以烹调作喻：“这就像要烹调一道工序繁复的菜式，却只能使用一个锅，因此各种材料的处理次序至关重要。”在单管式核酸检测中，流程主要包括核酸扩增及CRISPR辨识两个步骤，两者在密封反应管内竞争相同原料。核酸扩增须不断累积目标分子以产生足够讯号，CRISPR酵素则会即时辨识并消耗这些分子。若后者过早启动，便可能令整个反应链停滞，难以兼顾速度与灵敏度。

TEMPO另一重要优势，在于能覆盖传统CRISPR诊断难以检测的基因位点，包括众多邻近缺乏PAM、却具重要临床意义的单核苷酸变异。即使目标序列之间仅相差一个DNA碱基，系统仍能精准辨识。这有赖其独特设计，把CRISPR的“开始”讯号直接写入引物，而非依赖目标序列本身是否含有PAM位点。

测试结果显示，TEMPO能在30分钟单步骤流程内，达到实验室检测的最高灵敏度标准，即阿摩尔（attomolar，1 aM）级别。团队先后以模拟爱滋病病毒样本，以及真实甲型流感病毒和新冠病毒临床样本验证，结果均与定量实验室核酸检测一致。研究人员更将TEMPO整合至单步骤微流控晶片，针对三个具临床意义的单核苷酸变异，检测20个人类基因组样本，结果与DNA定序完全一致。

邢怡铭指出，TEMPO采用化学性质稳定的DNA，毋须冷链储存，亦不倚赖复杂操作或大型仪器，使用者只需在单一反应管内即可完成超高灵敏度检测。这种简便设计非常适用于诊所、机场、家居甚至偏远地区，为居家及即时检测的普及扫除障碍。面对未来可能出现的新兴传染病，TEMPO有望成为能快速转换检测目标的通用平台。

研究采用的单核苷酸精准度，亦为基因特征及相关疾病的简易筛查开拓新方向，例如东亚人常见的“酒精潮红”现象及酒精不耐症。团队计划未来一年进一步开发更高度整合、可由样本直接得出结果的居家及现场检测装置，并推动多项临床应用研究，包括性传播感染居家检测、多重耐药菌快速现场分子检测，以及新生儿筛查、地中海贫血等遗传疾病基因分型。长远期望建立一套灵敏度和特异性均胜于快速抗原测试、但操作同样简便的居家核酸检测平台，为应对未来新兴传染病作好准备。