本研究開發鈀鉑雙金屬奈米催化材料 (Pd@Pt NPs)結合紙張微流體元件，應用於醫療資源有限地區結核桿菌檢測，文章於 2024 年 3 月發表於 Nanoscale 期刊，並獲選為內封面 (Inside Front Cover)。

結核桿菌 (Mycobacterium Tuberculosis, MTB) 是一種好氧性抗酸性細菌，主要通過飛沫與空氣傳播損害肺部等器官，從而引起肺結核、骨結核、神經結核等疾病，為全球最致命傳染病之一。根據世界衛生組織 (World Health Organization, WHO) 2022 年公布之 Global Tuberculosis 報告顯示，2021 年全球約有 1060 萬人罹患結核病，且約 140 萬人因結核病身亡，其中主要病例集中於低資源地區，儼然為世界公共衛生問題中最嚴重且急需解決之一項課題。目前傳統檢測結核病方法包含痰液抹片顯微鏡檢測法、細菌培養、以及分子檢測等方法，然而上述方法需要特定設備和專業人員分析，因此不利於偏遠地區和資源有限區域執行。為了解決上述問題，本研究團隊採用雙金屬奈米催化材料，以取代不易保存之天然酵素，並將其結合於紙張微流體元件，進行結核桿菌分子檢測。

本研究成功研發鈀鉑雙金屬奈米酵素材料結合多層疊合微流體試紙裝置應用於結核桿菌檢測。奈米酵素具有類過氧化酶特性，可透過催化過氧化氫 (Hydrogen peroxide；H₂O₂) 加速受質 (3, 3', 5, 5'-tetramethylbenzidine；TMB) 的氧化速率，使其由無色產生藍色之顏色變化。相較於傳統檢測方法中經常使用之天然酵素-辣根過氧化酶 (Horseradish peroxidase；HRP)，Pd@Pt NPs，此鈀鉑雙金屬奈米酵素有更高之催化能力，對 TMB 和 H₂O₂ 的米氏常數 (K_m) 分別高約 14 倍和 17 倍。在 DNA 檢測方面，本實驗使用結核桿菌菌種中具有辨識性之 IS6110 序列作為檢測基因 (Target DNA)，將其互補序列設計為捕捉基因 (Capture DNA) 以及報導基因 (Reporter DNA)，再分別修飾於試紙上以及 Pd@Pt NPs表面，以進行 DNA 分子檢測，透過檢量曲線得知本方法對檢測基因之最低檢測極限 (LOD) 為 0.216 nM，線性範圍在 0.75 至 10 nM 之間，此外，在獲得檢體DNA後，可於 15 分鐘內獲得分子檢測結果。

本研究所提出之結核桿菌分子檢測元件。(A) 結合3D列印所製造之夾具、以及微流體檢測試紙之檢測元件； (B) 結核病 DNA 檢測與分析過程。

吾人期盼此方法可以進一步整合檢體處理等步驟，完成資源有限區域即時疾病診斷與病情監控之目的。

本研究感謝國科會以及國立臺灣大學高教深耕計劃之經費支持。

陳建甫 臺灣大學應用力學研究所
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Nanoscale 期刊全文
“Diagnosis of Mycobacterium tuberculosis using palladium–platinum bimetallic nanoparticles combined with paper-based analytical devices” Nanoscale, 2024, 16, 5988.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/nr/d3nr05508f