科技專案成果

2020年一開春，新冠肺炎即來勢洶洶，疫情延燒全球，目前已有超過500萬人確診，死亡突破32萬例。全球疫情尚在延燒，如何在源頭有效把關，避免病毒從境外潛入國內，守住台灣的防疫成果，快速準確的快篩檢測將是切斷傳染鏈的關鍵因素。
 

工研院化科技力為防疫力，在經濟部技術處科技專案的支持下，開發出僅600公克的核酸分子檢測系統「疫開罐」，在潛伏期即有機會驗出病毒，不僅方便攜帶、精準度可達90%，更將檢測時間從現行的4小時大幅縮短為1小時。
 

重量僅600克的「疫開罐」，正如其名，體積就和易開罐一樣輕巧。相比目前實驗室最常使用重達34.2公斤的傳統檢測儀，足足相差了57倍，不但方便攜帶，更能成為行動篩檢站的好幫手，未來「疫開罐」將有助國內外醫療人員在機場或港口等第一線為防疫把關，讓原本集中檢疫的方式，變成隨時可分散檢測，增加效率。
 

▲ 在經濟部技術處科技專案支持下，工研院發表新冠病毒篩檢用的「核酸分子檢測系統」高輕巧；僅600公克的重量，相對於傳統常見檢測裝置的34.2公斤，重量就相差57倍，方便前線醫護人員隨時帶著走，可在小型快篩站、社區診所、機場外圍或海關進行邊境使用。
 

體積輕巧好攜帶，打造行動篩檢站
 

工研院生醫所組長陳廷碩表示，「疫開罐」的前身，是2016年開發的「小型化分子診斷系統雛形」，原本規劃用於流感病毒快篩。今年初疫情爆發時，研發團隊在農曆年期間一接到任務，便開始思索，能否以此為基礎加以優化改良，應用在新冠病毒檢測上，協助快篩防疫。
 

「疫開罐」的檢測原理，與國際間通用的黃金標準qPCR類似，最大亮點就是將傳統檢測時間4小時，壓縮成前處理20分鐘、核酸試劑反應40分鐘，整趟流程只需1小時即可獲得結果，不僅實現「分子檢測」加「快篩」的想法，也降低醫護人力、物力負擔。
 

陳廷碩指出，「疫開罐」縮短檢測時間的關鍵，來自跳脫傳統大型設備加熱控溫模組的方式。傳統PCR原理透過熱循環的方式，讓液體樣本經過42-65度、72度和95度等三個溫度變化，將病毒核酸的訊號放大，有助偵測，其過程就像製作麵包的「發酵」流程，提高溫度讓檢體內少量的病毒核酸數量大幅增加。
 

大型機台採用機械方式散熱、加熱，花費許多時間在精準控溫和散熱上，「我們直接利用物理的對流原理，只要有溫度差，液體就會從溫度高的地方流向低的地方。」由於不同檢測試劑和檢體類型均有不同黏滯係數，團隊在反應管的形狀、大小和試劑配方的改良上都下盡苦心，最終才成功開發出特殊且穩定的熱對流循環，減少控溫時間。
 

陳廷碩回憶，整個過程最大的挑戰來自時間，以及當時對病毒資訊所知不多，研發團隊如同在黑暗中摸索，又要快又要好，讓團隊壓力很大。舉例來說，「探針」（Probe）是疫開罐裡用來抓住「犯人」（病毒）的關鍵零件，需要清楚的病毒序列才能進行開發，但當時相關資訊甚少，研發團隊持續關注國際公布的新冠病毒序列變化，找尋病毒變異最少、高度保守的病毒基因序列，快速合成數十組檢測試劑探針，「以前可能只要設計十組做篩選，但這次我們做了幾十組，先搶快，才能在第一時間就有成果，」陳廷碩說。
 

「疫情爆發沒多久，國際上與檢測相關的試劑、材料開始缺貨，幸運的是，我們團隊同仁反應很快，在疫情爆發初期，就立刻與廠商訂購相關物料，讓研發過程中，不致因缺乏料件而大幅影響進度」，陳廷碩指出。
 

守護台灣防疫戰線，投入量產準備
 

為了加速量產，目前工研院已與產業界、政府單位、研究單位及醫療院所，包括與國防部國防醫學院預醫所及四家廠商共同合作，預計於6月底運用工研院GMP的場域，完成1萬套試劑套組，希望未來在更多廠商加入後，7月底完成技轉，達到「疫開罐」的量產準備。
 

陳廷碩指出，為了提前備戰下一波病毒傳染，預計在今年冬天前也將完成第二代「疫開罐」。目前「疫開罐」的前處理仍需在標準檢驗室進行，一次六個試管也只能檢測一人，第二代除了一次可檢測兩人以上，還會將前處理和後續檢測設備結合在一起，更有助行動攜帶，「打造一個真正的all-in-one系統。」隨著越來越精進的「疫開罐」誕生，未來工研院也將持續以科技力為台灣守護防疫戰線。
 

▲ 目前新冠病毒的檢測方式，包括病毒核酸分子檢測、病毒核衣殼/棘狀蛋白質檢測及免疫抗體檢測，三種方式各有優勢，分別可針對潛伏期、感染期與恢復期進行檢測。其中「疫開罐」即瞄準潛伏期，能在感染初期、病毒濃度尚低的0至7天內揪出病毒，準確度可達90%以上。