研究透過微流體流場分析與流道設計，製造出可需手動拉動連接在微流體試片上的注射器即可一步驟產生大小均一的微米尺度液滴，得以進行後續的數位核酸擴增反應(Droplet digital loop-mediated isothermal amplification)。擴增反應結果可使用螢光顯微鏡即可分析，替代傳統數位核酸擴增需使用的昂貴訊號分析儀。此項與香港大學Anderson Shum教授以及應力所周逸儒老師合作之成果於2021年8月刊登於美國化學學會ACS sensors期刊，並獲選為該期副封面(Supplementary Cover)。
病原體為能夠入侵宿主並引起感染的微生物，包括細菌、真菌、病毒等。病原體會透過產生致病物質造成宿主感染，嚴重者可引起發熱、腹瀉、休克甚至死亡。為減輕病原體對人類健康的威脅，快速、準確的病原體定性及定量檢測顯得極為重要。有鑑於此，本研究團隊開發了一套低成本、高通量、高精確度、操作簡單以及無需昂貴儀器的數位核酸擴增系統，可用於基礎醫療單位及檢測機構，並有助於實現疾病的實時診斷、病情監控與個人化醫療，為提升全社會的健康水準做出貢獻。
操作本數位核酸擴增系統共分為三步驟，分別為（1）產生乳化微液滴以對需擴增之核酸進行數位化分割；（2）恆溫加熱微滴使其內部進行核酸擴增反應以及（3）結果讀取及分析。透過精確設計微流道以及分析微流體試片內的流體特性，操作者僅需藉由手拉動注射器，即可產生負壓驅動試片內部流體運動，並產生大小均一之乳化微滴，以進行後續的核酸擴增反應。結果分析則可使用螢光顯微鏡替代傳統數位核酸擴增所使用的昂貴液滴信號採集器。此外，透過將不同微流體試片並聯，可同時檢測多個樣本，實現高通量檢測。吾人可預期透過與光學元件結合，可以將本系統進一步整合成一方便攜帶之小型儀器，應用於病原體感染的預防及控制。
本研究團隊所提出之數位核酸系統操作流程 (a) 手動拉動連接微流體晶片的注射器以產生大量均勻微液滴進行核酸擴增。 (b) 恆溫加熱乳化之核酸擴增液滴。 (c) 用顯微鏡觀察以及分析擴增結果。
本研究感謝科技部，以及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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