非侵入式光電快速濃縮晶片篩檢糖尿病視網膜病變之發展與研究 FY2012~
傳統上糖尿病引起的先期視網膜病變(Diabetic Retinopathy)主要依賴眼科醫師的臨床經驗來診斷是否需要治療。然而這當中涉及醫師本身的專業素養與主觀意識,因此往往無法達到客觀的判斷,造成病患可能延誤治療的時機。隨著現代人飲食習慣的快速改變,糖尿病已成為排名前十大的主要文明病,並造成全世界8200萬失明人口。若能快速、有效且客觀地早期診斷糖尿病視網膜病變,將有助於提升國民生活健康,降低社會成本。
淚液由於直接接觸眼球,因此成為非侵入式視網膜檢測最佳的活體生物樣本來源。藉由分析其中的成分,可發現多種指標性的蛋白(Biomarkers)在視網膜病變初期所產生的起伏變化。其他的取樣來源,包括血液與唾液等,由於涉及侵入式行為、樣本交互汙染或前處理程序過度複雜,因此除了必須動用更多的分離手段外,檢驗結果也不甚可靠。淚液相對便顯得簡化許多。然而淚液本身雖已預先排除相當多的背景雜質,產生相對純化的樣本,但是其樣本濃度與可收集的淚液量卻相當低,造成實際檢測困難。為有效提升局部可檢測的濃度,本計畫擬提出一種新型的濃縮檢測裝置。以不額外增加處裡樣本的條件下,濃縮欲檢測的指標性蛋白。預期可在短時間內(<1分鐘)完成檢定並產生預測結果。先前研究已顯示LipocalinI、Lactotransferrin、Lacritin與Ig lambda等蛋白在淚液中升高對於糖尿病視網膜病變具有關連性。我們因此欲同時檢測Lipocalin I與Lacritin,希望對該疾病的預測可以提供更高的專一性,便於有效、快速地協助臨床醫師在現場立即診斷且不會與其他眼部病變產生混淆。
本計畫中所使用的快速濃縮檢測晶片是採用我們過去所開發的光電操控技術。在淚液樣本加入晶片後,利用光電濕潤法((Optoelectrowetting, OEW)將樣本移動到晶片中心的處理區。另外再將表面修飾過的乳膠粒子加入另外準備的緩衝液(Buffer)中,同樣利用OEW將液珠移動到中心與樣本混合。混合時利用光所誘發之電熱梯度形成三維環狀渦流快速攪拌動作,將樣本與乳膠粒子帶到中心區域反應。與樣本反應後的乳膠粒子受到電場誘發偶極,因此被吸引聚集在中心區域。藉由樣本濃縮後反應在粒子上所產生的螢光,可以測定目標蛋白的實際含量進而預測眼角膜因糖尿病產生病變的可能性。量化結果可做為醫師接下來應採行治療手段的重要依據。
具體來說,本研究中所開發的光電式快速濃縮檢測晶片預期可成為臨床上診斷糖尿病引發視網膜病變的一項有效利器。不僅如此,在同樣技術的基礎下,該晶片也可以藉由改變不同表面修飾的乳膠粒子來檢測其他微含量的疾病蛋白。因此該晶片的成功開發將具有商業化的價值與多樣性的發展。本計畫聯合成大醫工系莊漢聲助理教授、成大口醫所所長謝達斌教授、新營署立醫院眼科醫師邱含菁與韓國釜山國立大學機械系Prof. K.C. Kim實驗室團隊共同開發此項快速濃縮檢測晶片,分別由台灣方面負責光電技術、晶片設計與疾病檢測;而韓國方面負責晶片特性測試與理論模擬分析。藉由結合兩方面的專長,預期可以提升本計畫的成功機率。最終規劃將本產品逐步導入兩國醫材市場。
淚液由於直接接觸眼球,因此成為非侵入式視網膜檢測最佳的活體生物樣本來源。藉由分析其中的成分,可發現多種指標性的蛋白(Biomarkers)在視網膜病變初期所產生的起伏變化。其他的取樣來源,包括血液與唾液等,由於涉及侵入式行為、樣本交互汙染或前處理程序過度複雜,因此除了必須動用更多的分離手段外,檢驗結果也不甚可靠。淚液相對便顯得簡化許多。然而淚液本身雖已預先排除相當多的背景雜質,產生相對純化的樣本,但是其樣本濃度與可收集的淚液量卻相當低,造成實際檢測困難。為有效提升局部可檢測的濃度,本計畫擬提出一種新型的濃縮檢測裝置。以不額外增加處裡樣本的條件下,濃縮欲檢測的指標性蛋白。預期可在短時間內(<1分鐘)完成檢定並產生預測結果。先前研究已顯示LipocalinI、Lactotransferrin、Lacritin與Ig lambda等蛋白在淚液中升高對於糖尿病視網膜病變具有關連性。我們因此欲同時檢測Lipocalin I與Lacritin,希望對該疾病的預測可以提供更高的專一性,便於有效、快速地協助臨床醫師在現場立即診斷且不會與其他眼部病變產生混淆。
本計畫中所使用的快速濃縮檢測晶片是採用我們過去所開發的光電操控技術。在淚液樣本加入晶片後,利用光電濕潤法((Optoelectrowetting, OEW)將樣本移動到晶片中心的處理區。另外再將表面修飾過的乳膠粒子加入另外準備的緩衝液(Buffer)中,同樣利用OEW將液珠移動到中心與樣本混合。混合時利用光所誘發之電熱梯度形成三維環狀渦流快速攪拌動作,將樣本與乳膠粒子帶到中心區域反應。與樣本反應後的乳膠粒子受到電場誘發偶極,因此被吸引聚集在中心區域。藉由樣本濃縮後反應在粒子上所產生的螢光,可以測定目標蛋白的實際含量進而預測眼角膜因糖尿病產生病變的可能性。量化結果可做為醫師接下來應採行治療手段的重要依據。
具體來說,本研究中所開發的光電式快速濃縮檢測晶片預期可成為臨床上診斷糖尿病引發視網膜病變的一項有效利器。不僅如此,在同樣技術的基礎下,該晶片也可以藉由改變不同表面修飾的乳膠粒子來檢測其他微含量的疾病蛋白。因此該晶片的成功開發將具有商業化的價值與多樣性的發展。本計畫聯合成大醫工系莊漢聲助理教授、成大口醫所所長謝達斌教授、新營署立醫院眼科醫師邱含菁與韓國釜山國立大學機械系Prof. K.C. Kim實驗室團隊共同開發此項快速濃縮檢測晶片,分別由台灣方面負責光電技術、晶片設計與疾病檢測;而韓國方面負責晶片特性測試與理論模擬分析。藉由結合兩方面的專長,預期可以提升本計畫的成功機率。最終規劃將本產品逐步導入兩國醫材市場。
- Kim, D., Shim, J., Chuang, H.S. and Kim, K.C., “Effect of Array and shape of insulating posts on proteins focusing by direct current dielectrophoresis, ”Journal of Mechanical Science and Technology, 2014 (in press).