貓砂偵測器守護貓咪腎臟健康

作者: MOST

在科技部專題計畫支持下,交通大學光電系教授冉曉雯,交通大學物理所教授孟心飛與高雄中興動物醫院副院長黃明如合作,針對貓腎病的體外檢測技術進行開發…

現代社會,寵物貓是許多人家中的一分子,關懷貓咪的健康也是飼主的責任。可是貓不會說話,飼主工作忙碌時,難免忽略了貓咪在行為中展現的疾病徵兆,尤其是貓咪健康的頭號殺手–腎病,最需要能被早期發現早期治療。

在科技部專題計畫支持下,交通大學光電系教授冉曉雯,交通大學物理所教授孟心飛與高雄中興動物醫院副院長黃明如合作,針對貓腎病的體外檢測技術進行開發,只要使用一般市售貓砂,就可成功分析出貓尿尿素的濃度,從而反應貓的腎病狀況,檢測的系統為團隊過去多年建立的「雙光纖微反應槽」技術,由兩根光纖搭配3D列印的感測槽,並以低成本的電子零件組裝,即可進行即時性的偵測,這是世界上首次從一般貓砂就可以偵測貓腎病的獨創技術。

近幾年來,許多研究團隊開發出各種人體疾病的體外檢測技術,然而相較之下,動物疾病的體外檢測技術仍相當缺乏;動物的病徵又常常並不明顯,等到飼主發現動物出現明顯的行為變化時,病況通常已經相當嚴重。因此,若能開發動物可以使用的疾病偵測工具,有助於早期發現早期治療。然而,體外檢測通常仰賴尿液、唾液或呼氣的偵測,在動物身上,要取得這些檢體並不容易,因此,開發出可以有效搜集檢體進行偵測的方法是此類技術發展的關鍵。

在家貓當中,腎病是最普遍的疾病,根據推測,超過一半的10歲以上寵物貓患有慢性腎臟病。倘若能有居家監測的工具,寵物貓的健康也更有保障,貓的呼氣、唾液、尿液均不易取得,因此研究團隊使用過去多年開發的「雙光纖微反應槽」做為尿素偵測工具,使用一般市面上常用的貓砂,待吸收貓尿後經過加水稀釋過濾,分析其尿液尿素,經過半年的研究,發現此貓砂分析方法確實能反應貓的腎病狀況,可以提供動物診所或居家使用。

此可攜帶、可即時反應的「雙光纖微反應槽」尿素偵測工具過去已成功應用於慢性腎臟病患者人體臨床實驗中的唾液尿素檢測,並於2019年生醫感測領域的重要期刊《生物感測與生醫電子(Biosensors and Bioelectronics)》發表;該工具可以僅使用半顆米粒大小的唾液就可進行即時偵測,且克服了傳統光纖生化感測器易因光纖對位不準造成訊號偏移的問題,雙光纖微感測槽只需靠著3D列印槽上的刻痕粗略對位,就能確保系統感測特性的穩定性。

目前,適合居家簡易操作的尿素探測棒也正在發展中,將引入冉曉雯團隊與法國國家科學院謬魯斯材料研究院Olivier Soppera共同指導的光直寫半導體製程技術,此技術可以很容易的在塑膠棒上面製作出半導體元件,已發表的系列工作包含使用深紫外光雷射對氧化銦鎵鋅溶液進行圖案化製作電晶體,使用雙光子紅外光雷射使氧化鈦溶液產生具有導電性能的石墨烯化微碳顆,結合這些光直寫技術,本團隊預計2020年內可完成尿素探測棒,提供居家易操作的貓砂偵測。

前述的跨領域甚至跨國的研究成果,部分已發表於具領導地位的《生物感測與生醫電子》,以及《先進材料(Advanced Materials)》期刊,這些成果對於未來拓展動物體外檢測,以及人體唾液/尿液中各類分子的偵測有很大的幫助。

〈參考資料〉國際期刊發表資料

1.低成本可攜帶「雙光纖微反應槽」尿素偵測系統(A low-cost, portable and easy-operated salivary urea sensor for point-of-care application), Biosensors and Bioelectronics, vol. 132, 352-359, May 2019.

2.雙光子氧化鈦/微碳顆粒導電感測膜(Direct Laser Writing of Crystallized TiO2 and TiO2/Carbon Microstructures with Tunable Conductive Propertie), Advanced Materials, 1805093, 2018.

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