孢子合成微型机械人侦测难辨梭菌

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香港中文大学工程学院及医学院的研究团队成功研发一款医学检测微型机械人,原材料源自真菌孢子,独特的构造可于最快15分钟准确检测难辨梭菌释出的毒素。

型机械人在手术、治疗、诊断和检测各方面医疗应用有着巨大潜力,是现今医疗机械人学其中一个重要发展方向。难辨梭菌(Clostridium difficile)感染是最常见的医院内肠道感染,其分泌的毒素会引起腹泻、发烧和大便出血。少数病例会引发腹膜炎和败血症,可引致死亡。正在服用抗生素治疗的病人最易受感染,长者、慢性病或炎症性肠病患者亦是高危感染群组。

及早发现阻截病菌扩散

在香港,难辨梭菌感染个案于过去几年升幅显著,加重公营医疗系统的负担。中大医学院早前的研究显示,2006年每10万名公立医院住院病人有15.4人确诊感染难辨梭菌,至2014年感染率已升至36.3人;逾一成住院两星期的病人确诊感染。现时,在医院出现肚泻症状的病人,其排泄物样本会送到实验室,以确认是否染有难辨梭菌,但化验过程普遍需时一至两日。

中大消化疾病研究所主任沈祖尧教授表示:「难辨梭菌是透过接触患者排泄物或受污染物件传播,由于病人的肠道微生物生态失衡,一般较难治疗且容易复发,所以预防感染尤其重要。硏发快速、准确、简单及便宜的测试工具,可缩短诊断时间,更早对症下药,医院亦能及早进行感染管理措施,有效阻截病菌扩散。」

主动式检测增加效率

中大机械与自动化工程学系副教授张立的研究团队研制了一款以孢子合成的微型机械人,可大大缩短检测时间。微型机械人携带发出萤光的「碳量子点」,当遇到难辨梭菌毒素时,「碳量子点」会与毒素产生反应,萤光的强度减弱;此外,微型机械人的三维构造有利在被稀释的排泄物样本中游走寻找毒素,检测效率和敏感度较一般被动的化学检测高,即使样本的毒素浓度低,微型机械人亦有反应。而透过外部施加磁场便可控制机械人的移动方向,方便追踪和记录。

张立教授表示:「研究团队早前进行试验,将微型机械人注入难辨梭菌病人的排泄物样本,结果所有样本均在15分钟内没有再发出萤光,证明利用微型机械人进行的主动式临床检测技术可辅助、甚至在未来有机会取代传统检测方法。这项新技术亦适用于其他生物分析领域,包括食品、化学品以及其他细菌检测。我们将构建一个临床应用的自动化微型机械人诊断平台,以提升临床化验的效率和准确度。」

研究成果已刊登于美国科学促进会(American Association for the Advancement of Science,AAAS)的期刊《Science Advances》。3

 

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