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微流體晶片技術可快速診斷多種植物病毒所引起的疾病

2020/10/14 @國際

摘要

日本豐橋工業大學研究團隊成功開發出可快速檢測出作物疾病的微流體晶片,透過基因體研究、半導體技術的結合,可以快速於場域中進行核酸測試,無須昂貴的設備資源與艱澀的知識技術,造福農民並且可以從栽植初期進行遺傳檢測,未來更期待微流體晶片能夠跨域應用。

示意圖

微流體晶片技術可快速診斷多種植物病毒所引起的疾病

  隨著世界人口快速增長,對食物供給的需求也不斷增加,但由於氣候變遷的加劇所造成糧食產量下降的情況,已讓「糧食安全和永續供應」成為全人類必須共同面臨的重要課題。

  日本豐橋工業大學機械工程系的研究小組運用微流體晶片技術(microfluidic chip technology)開發出一種能提早發現和預防作物疾病的多重基因檢測設備,這項研究的主要目的是在研發一種診斷技術,用來支持高效率且穩定的優質農作物生產,讓即便是沒有特殊專業知識、技能的一般農業生產者,也能以基因的角度,用輕鬆、快速的方式在場域中即時檢測植物病蟲害。新型恆溫式圈環形核酸增幅法(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)是檢測目標核酸(DNA或RAN)的常用診斷方法之一,無需使用昂貴儀器和精準的溫度控制進行PCR分析,在恆定溫度下即可擴增目標基因,因此其在研發方便使用的檢測工具和即時現場診斷方面皆具有相當大的發展潛力。然而一般的LAMP測定法的使用需要專門的知識和技能,而且對於每種目標病毒,皆必須分別準備大量的樣品試劑混合物才能進行操作測試,故在運用上有一定的難度。【延伸閱讀】以植物病毒系統開發多功能抗真菌劑

  為此研究團隊開發出運用聚二甲基矽氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)製造,約手掌大小的微流體晶片,裝置由五個反應腔室和一個微流體通所道組成並相互連接,期望透過半導體製程技術對植物相關疾病多重遺傳檢測做出貢獻。關於其檢測操作流程,第一步是從患病黃瓜葉中萃取出含有目標病毒的RNA,並以此作為試驗樣品,將樣品和反應試劑混合置入檢測晶片的樣品投入口,樣品和試劑會自動混合並分配到多個反應腔室中,以上動作僅需一次操作即可完成,再來將其放在熱水中加熱,即可在1小時內專一擴增目標核酸,進行快速檢測。而該晶片具有能同時檢測多達四種不同類型植物病毒疾病的能力。

  這個檢測設備的用途相當廣泛,不僅可以用於農作物病毒疾病的遺傳檢測,還可以應用於橫跨農業、畜牧、漁業、食品工業以及健康醫療,包括人類傳染疾病在內的各領域之遺傳診斷。研究團隊表示未來還計畫進一步開發能夠同時診斷四種不同黃瓜病毒加上四種害蟲所引起共八種植物相關疾病的即時檢測設備,不僅如此,它還可以自由改變檢測設備上的目標病毒,以滿足不同需求。

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