號稱1小時完成Covid-19檢測的單晶片實驗室

作者 : Nitin Dahad,EE Times歐洲特派記者

一家英國新創公司DnaNudge宣佈已開發出基於單晶片實驗室(lab-on-chip)的系統,該公司創辦人Chris Toumazou透露,其產品近日就能完成驗證程序並取得臨床應用許可。

全球眾多生醫業者競相將生產能快速檢測新型冠狀病毒(Covid-19)之解決方案列為首要目標,一家英國新創公司DnaNudge宣佈已開發出基於單晶片實驗室(lab-on-chip)的系統,該公司創辦人Chris Toumazou透露,其產品近日就能完成驗證程序並取得臨床應用許可。

Toumazou是英國倫敦帝國大學(Imperial College)的教授;DnaNudge其實在今年稍早就展示過一款在單晶片上的「可攜式實驗室」,能在零售商店為消費者進行DNA測試,協助他們根據遺傳特徵來了解該採購哪些食材以因應自身的特定營養需求。這款單晶片實驗室系統現在被用來實現快速、免實驗室的聚合酶連鎖反應(Polymerase Chain Reaction,PCR)測試;這種PCR測試能偵測新冠病毒,而且只要約1小時就能取得結果。

DnaNudge的解決方案是採用該公司的專利迷你化NudgeBox分析儀與試劑盒,並號稱能大幅縮短目前在試驗室進行PCR測試所需的時間;通常PCR測試要一至兩天才能取得結果。該公司的系統以簡單易用的儀器與低成本、一次性使用試劑盒,結合基因組DNA萃取與多工即時PCR擴增。採樣棒(swab)能直接放入試劑盒,在NudgeBox中進行分析。

這個過程需要對多個關鍵因素的精確控制,才能確保高品質的檢驗結果。核心裂解(core lysis)與DNA固相萃取方法是整合在試劑盒中心,提純後的檢體會通過一個陣列,其中72個獨立的DNA擴增反應受到仔細的控制與監測,以判別特定的基因變異。DnaNudge的系統是與英國劍橋技術顧問公司TTP共同開發,是雲端通訊、生物測定、系統工程、散熱控制、光學與工業設計等不同領域專才的合作結晶。

像是「列印機」的概念…

Toumazou接受《EE Times》記者採訪時表示,DnaNudge的產品概念與列印機很類似;當你擁有一台配備所需韌體與處理技術的分析儀(就像列印機),還有試劑盒,就能從採樣棒取得的患者口腔檢體中萃取、擴增DNA;「該系統的核心是韌體與處理器,還有精密的電子元件,控制分析儀內用以轉動試劑盒的伺服系統。」

他並指出,其解決方案的關鍵差異化所在,是在單一光學晶片──小型光學陣列──上的多工性能;「事實上我們有72片多孔盤(well plates),這代表我們能將Covid-19病毒的所有引子(primer)放在單一晶片上。」

英國衛生福利部(Department of Health and Social Care)已經採購了1萬個DnaNudge的新冠病毒RNA測試試劑盒供醫療院所使用;Toumazou表示:「初期驗證結果顯示,我們的技術在新冠肺炎患者身上的測試表現非常優異。DnaNudge提供的測試方案能實現免實驗室、一站化的採檢服務,而且能規模化,因此我們相信這對於新冠病毒的大眾廣泛採檢應用極具潛力。」

「我們希望能在幾天之內就能取得醫療與健康照護產品管理局(Medicines & Healthcare products Regulatory Agency)許可,在尚未完全取得CE標章驗證之前先讓產品能被實際使用;」Toumazou表示,如果一切順利,「我們能以40套NudgeBox在一週內完成1萬4,000人次的採檢,而有2,000套系統就能在一週內完成百萬人次的採檢測試。我們期望能在5月底之前生產30萬個試劑盒,並在7、8月時將產量提高到100萬。」

這家新創公司已經與契約製造商夥伴達成了協議,Benchmark將為他們生產測試儀,Jabil則是試劑盒的代工廠。

以半導體元件取代光學元件

Toumazou並透露,DnaNudge的下一步是將系統內的光學晶片以半導體DNA定序技術來取代,後者是由他的另一家公司DNAe開發…

…繼續閱讀請期待《電子工程專輯》雜誌2020年5月號!

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