在信用卡大小的晶片上滴一滴血,只要數分鍾就能測出人體免疫系統的健康狀況,這套技術將來可用來提早偵測糖尿病患是否發炎或受感染。
由南洋理工大學機械與宇航工程學院助理教授侯翰偉和利景豪攜手設計和研發的這款晶片,可根據微流體(Microfluidics)和電生理學(Electrophysiology)原理,隔離出白血球中與發炎相關的成分,並分析免疫系統是否已出現發炎和感染的預警信號,整個步驟只需要一滴血。
南大研究人員希望完成進一步試驗和臨床評估後,能將晶片制成供家庭診所或綜合診療所使用的便攜式設備。
身體健康的一般人與糖尿病患的白血球有不同的電力阻抗(electrical impedance),異常細胞的阻抗通常比健康細胞來得高,因爲異常細胞體積較大,細胞膜也不一樣。白血球中的中性粒細胞(Neutrophil)是掌管發炎或感染的首要防線,也是這款晶片重點偵測的成分。
無需化學生物標記抗體 化驗晶片更方便
活化的中性粒細胞會釋放脫氧核糖核酸(DNA)鏈,像蜘蛛網一般包圍病原體,形成中性粒細胞胞外陷阱(Neutrophil Extracellular Traps,簡稱NETs),讓白血球殺死病毒。這個過程稱爲“NETosis”,是目前免疫學關注的新興領域。
現有研究發現,出現太多“NETosis”現象反而會減緩糖尿病患傷口愈合的速度。
目前分析中性粒細胞的程序繁瑣,依賴有經驗的研究人員從白細胞中分離出中性粒細胞,再通過實時成像技術或顯微鏡分析,整個過程耗費數天至數星期不等。
南大研究人員研發的這款晶片分離中性粒細胞的速度更快,成功率也更高,相信有助于“NETosis”的研究。
除了糖尿病,心血管疾病患者若出現發炎或感染症狀,日後也有望借助晶片測出異常細胞反應,因此也能提早偵測心血管疾病。
侯翰偉指出,這款晶片無需使用任何化學生物標記或抗體,化驗過程更方便,成本也更低廉,晶片測試後的白血球還能用于其他分析用途。
他透露,研究團隊早前是與陳笃生醫院的醫生合作,主要研究對象是本地第二型糖尿病病患,日後希望建立白血球阻抗數據庫,收集潛在到不同程度病情的糖尿病患,以及心血管疾病病患的白血球阻抗資料。
利景豪補充,晶片使用的材料爲醫藥級別的聚合物,生産過程簡單也適合量産,團隊希望能與業界合作,讓這項技術投入市場。
該晶片原型及背後的工程原理,已發表在兩份同侪審查期刊,即《微流體芯片》(Lab on a Chip)和《生物傳感器與生物電子學》(Biosensors and Bioelectronics)。