新光学生物传感器可用于新型冠状病毒检测,然仍有量产难处

新冠肺炎疫情蔓延全球,为了达到更好的检疫效果,科学界积极投入研究,苏黎世联邦理工学院空气质量和颗粒技术小组,与瑞士联邦材料科学与技术实验室小组,联手开发新生物传感器,有助于检测公共场合空气是否有病毒。此生物传感器可准确判别新冠病毒(SARS-CoV-2)及SARS病毒(SARS-CoV)两种基因串行相近的病毒,甚至可在数分钟内检测完成,算是近年医疗界相当重要的突破。

双功能生物传感器结合LSPR与PPT特点,然短期仍无法取代RT-PCR检测法

现今COVID-19病毒的生物检测法以“逆转录聚合酶链反应”(RT-PCR)技术为主,是目前检测新冠肺炎病毒RNA的标准方法,但仍有许多问题,包含试剂供应可能不足、检测人员操作繁琐、需要特殊的实验室设备、耗时长小时的检测时间,以及有几率产生假阴性和假阳性的测试结果等缺点。

新检测方法的技术基础为局部表面电浆共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)传感器,结合等离子光热(Plasmonic photothermal,PPT)效应,形成具备两种特点的双功能LSPR生物传感器,具有高准确性、高灵敏度且测试时间较短等优势。不过目前除了技术仍处于研发阶段,涉及医学检测的事关重大,仍需在不同环境下反复测试;且此类仪器价格50,000~300,000美元(RT-PCR仪器价格15,000~100,000美元),所费不菲,加上目前只有少数几家厂商有相关技术,是目前要取代RT-PCR检测法的几个难点。

SPR往LSPR传感技术迈进,还需各界携手合作才能普及化

依照换能系统的形式,生物传感器可分成电化学、光学、磁学及压电式,其中光学生物传感器因具高敏感度、快速检测的优点,近年来积极采用于生物传感研究。

表面电浆共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)传感器即属于光学生物传感器的一种,技术演进后为LSPR生物传感器。LSPR传感器与SPR传感器相似,但LSPR传感器使用的是“金纳米岛状物薄膜”(Gold Nanoislands,AuNIs)传感芯片产生光共振,再测量每个AuNIs传感芯片产生的光谱变化;而SPR传感器使用的是平整的金属薄膜传感芯片产生光共振再分析。

目前可提供SPR传感器及相关服务的厂商有23间以上,LSPR传感器的检测较具复杂度,AuNIs传感芯片的制造难度也较高,因此切入厂商不多,约仅2间,虽然在新冠肺炎发生后各厂商即有所行动,但先前主要是为了学术和制药实验室而设计和销售仪器,较少着墨临床检测。因此,还需要各SPR、LSPR传感芯片厂商与科学界、医界共同研发及进行临床实验,才能加速双功能LSPR生物传感器的普及化与商用化。

SPR与LSPR相关供应商。(Source:拓扑产业研究院,2020.5)

(首图来源:pixabay)