江佳玶/實驗室減塑 何不借重「蚊子」優勢! | 台灣環境資訊協會-環境資訊中心

江佳玶/實驗室減塑 何不借重「蚊子」優勢!

2019年07月29日
文:江佳玶(台大生物環境系統工程研究所研究生)

炎炎夏日到來,今年歐洲遭遇近年來最大的熱浪酷暑,法國加爾省西部Gallargues-le-Montueux於6月28日下午4點20分,氣象站紀錄到45.9°C突破歷史以來的最高溫。台灣南部登革熱群聚病例亦是蠢蠢欲動,民眾請韓市長多花一些時間來治理蚊子問題,根據楊嘉慧教授的研究說明,在30~40°C的高溫環境下,登革熱的病媒蚊不只會產下兩倍以上的卵,由孑孓長大為成群飛舞蚊子的時間只需要7天,比低溫環境(20°C以下)長大成蚊需14天來得短的多,而且需要吸食人類血液的次數也比低溫時吸血頻率更高,在氣候變遷環境越發高溫溼、熱的影響下,全球傳播登革熱疾病的速度將會越來越快。

不過,人人看見通常舉手就打的蚊子族,也是有不為人知的優點,特別是它用來吸食人血的極精密工具──口器。

創立於1997年的TTP Labtech Ltd.,正學習並受益於此項「蚊子優勢」,逐步壯大成為全球微量液體處理實驗室自動化的領導廠商。Battery Ventures投資公司在2018年收購了TTP Labtech Ltd.,著眼其未來在生物科技研發及精準醫療領域發展風潮下,對微量樣品製備自動化需求高度成長的期待。

筆者學生時代做過分子生物學實驗,做實驗的學生或研究員,需要非常精巧的手工藝,頻繁且熟練的操作Pipette(微量吸管) ,加入生物樣品及溶液的過程中,必須不斷地拋棄20ul~1000ul的塑膠微量塑膠吸管尖,由於每吸放一次溶液通常就必須更換乾淨的吸管尖,避免污染或氣泡干擾影響實驗結果,同時需將微量塑膠吸管尖丟到生物性廢棄物垃圾桶。

各位可以想像,每位研究員一次實驗做完若共花費兩個整天的時間,需拋棄的微量塑膠吸管尖「實驗用生物性廢棄物」就可以堆積成一座小山。如今連麥當勞、星巴克、珍珠奶茶飲料店都全面放棄使用塑膠吸管來吸取咖啡、飲料及各類冷飲了,尖端的生物科技研究卻還是在使用相當傳統、浪費而且對環境不友善的操作方法。

TTP Labtech Ltd.首先發展出mosquito system這套可連接電腦的nanoliter(10-6 ul)微量加液系統。物如其名,它可以將生物實驗中所需的每次加液量減少千分之一(25nl~1.2ul),同時它包裝方式類似電子零件生產線上常見的包裝料卷,可用快速自動化的打件方法來取代實驗室人工重複加液、取液的動作,也可以全自動進行蛋白質或核酸定量分析的系列稀釋動作。

因為蚊子微量吸頭料卷由機器取出、使用,可盡量避免更換時手套或手指觸摸到的微量污染,也可以盡量讓每次的吸取量更符合一致性標準。拋棄時也同樣包裝成捲,不只能加快實驗操作時間、更能以較好的方法來處理生物性廢棄物垃圾。

根據該公司官網所宣告的包裝規格,每個蚊子微量吸頭間距4.5或9 mm,一卷可包裝13500個蚊子微量吸頭,最多可包裝到36000個。(例如,目前常用的塑膠微量吸管尖一盒96支,蚊子微量吸頭一卷可相當於375盒塑膠微量吸管尖的可使用次數。)

作為一個會操作生物檢測實驗的使用者,我覺得年輕學子做實驗需要受到長時間的專業訓練,但更令人氣餒的是,需要很有耐心及毅力做著產線技術員的工作型態,在今日人工智慧應用越來越多元、精準醫療方興未艾,無論是學界或產業界,甚至是宣布要競選台灣總統的郭台銘,似乎都一致認為生物醫學的發展將是蓬勃生機、夢想發達的未來。

要帶頭拚經濟,首先選出的帶頭者要有更新思維及優化過往工具的勇氣。

個人認為台灣絕對有能力自行設計並製造一台類似mosquito system的自動化設備,而且整合度更高、成本更有競爭力。但是遭遇最大的阻力,在於許多教學多年的生科領域老師,不太願意讓自己的學生嘗試使用新的自動化設備,通常不是沒有錢購買(俗話說不是沒有廣大市場),更多是怕麻煩的心態,為了趕出年度研究計畫、擔心研究經費被濫用、擔心學生沒有比較驗證不同設備的能力等,因此台灣自己設計的新設備,通常還沒有推出市場去介紹就先胎死腹中了。

舉個例子來看,有多少人注意到今周刊2016年10月以「丹麥抗茲卡新星 團隊半數來自台灣」為題,報導了丹麥新創公司「BluSense Diagnostics」與台灣「中研院」研究人員及「柏勝科技」三方共同合作,在美國國際開發署(USAID)比賽中與美國老牌大廠亞培共同贏得最大獎,獲得百萬美元的新創注資。

這台檢測設備不只可檢測新興的茲卡病毒傳染病,更可用於快速篩檢登革熱,將被送去第三世界國家登革熱盛行地區進行人道救助。

在高雄市,韓市長要競選台灣總統,應該可以先真心的傾聽了解台灣在生物科技長期厚植的研發能力、與國際團隊合作設計及新創募資的能力,若是他們迄今都尚未發大財,光是喊口號可能較難獲取中間選民的認同。

由蚊子微量吸頭,筆者衍生出另外一個設計構想,如下圖所示。為了將塑膠用量減到最少、符合綠色產品永續發展的設計原則,我們並不期待放棄料卷包裝的成熟量產技術,卷對卷(Roll-to-Roll)對台灣的生產製造商根本了無新意,但是在使用者端,尤其是醫事檢驗機構卻是新鮮的嘗試。

所謂使用者卷對卷,是把「微量吸頭」及「放置微量液體的孔洞」按照卷對卷原理進行提升檢驗產出的高速自動化。熟悉實驗的生物科技研究人員,目前大量使用透明塑膠製孔盤及1ml~5ml左右分裝各式抗體或液體用的塑膠製微量試管(Eppendorf tube)。

可想而知,不管擺放在桌上或冰箱都容易打翻,及可能加錯內容物的恐懼感,都是很令所有研究人員困擾的事情。

圖1 使用者端卷對卷檢測的概念示意圖 (製圖:江佳玶)
使用者端卷對卷檢測的概念示意圖 。製圖:江佳玶

問題是,孔盤大小、孔數及微量試管都是四十多年來高度標準化的耗材,怎麼可能會有儀器廠商願意幫使用者進行卷對卷的改良?首先面臨的是光耗費數十萬購買的光學偵測儀器立即無法使用,因為沒有現成的移動料帶式訊號偵測設備。

再者,孔盤、微量吸管、微量試管都是開模做塑膠射出成形的產物,供應商是塑膠射出成形公司,如果孔盤想改成料帶及料卷,材料必須加入可以使用的特殊用膠,供應商合理上應該會是使用刀模生產透明貼紙的製造公司,而這種類型的公司通常並不瞭解生醫耗材的產品設計者為誰,自己也較難有醫材業界關係,因而形成打入醫療檢驗體系供應鏈的高門檻,更遑論自己去研發要使用的膠水及透明材料了,這就形成一種政府扶植跨領域新創生態系可能的練兵場所及發展空間。

由滅蚊這個不良善的想法為引子,我們期待有更多人關注這個領域、關注這個跨領域的研究問題、關注我們期待對環境友善的生活方式,同時讓年輕人有「拚經濟、發大財」的一個小小接入點(access point),而不只有在電視上或網路上號召大眾定期清除積水容器跟加強社區噴藥消毒而已。