邢怡銘教授（中）帶領的科大團隊，包括論文共同第一作者吳小龍（右三）及李亞楠（左一）

香港科技大學領導研發了「單管式」病毒及基因檢測平台 TEMPO，有望把原本需要在實驗室進行的高靈敏度核酸檢測，簡化為單步驟居家檢測，最快 30 分鐘即可獲取媲美專業實驗室水平的檢測結果，為未來傳染病監測及基因篩查提供更便捷的解決方案。研究成果已刊於《自然 － 通訊》。

論文：

• https://www.nature.com/articles/s41467-026-75358-1

研究背景

傳統實驗室核酸檢測，須經多重工序，包括擴增微量的病原體遺傳物質、辨識樣本、生成可讀取的檢測訊號等。而「單管式」檢測方案是將所有步驟整合於單一反應管內，其中的最大挑戰，在於如何確保各個步驟按既定次序準確完成。相關流程通常包括核酸擴增及 CRISPR 辨識，這兩個主要步驟會在密封的反應管內競爭相同的原料：核酸擴增反應不斷累積目標分子，以產生足夠的檢測訊號；另一方面，CRISPR 酵素則會即時辨識並消耗這些分子。

科學界曾嘗試調整試劑濃度、將不同反應步驟進行物理分隔、或加入人工操作來協調反應進程。然而，這些方法往往穩定性較低，難以廣泛應用。

研究成果

科大化學及生物工程學系教授邢怡銘教授帶領的研究團隊，聯合香港中文大學學者，共同研發了「熱力學編碼分子編程一體化診斷平台」（Thermodynamically Encoded Molecular Programming for One-Pot Diagnostics，TEMPO）。

團隊另闢蹊徑，利用熱力學原理，讓各項反應按預設次序自動推進，從而實現更穩定、更簡便的時序控制。具體而言，TEMPO 的核心建基於一對經熱力學工程設計的 DNA 引物。其中一條為「原始」引物，能高效結合目標分子並驅動初步核酸擴增；另一條引物則經刻意設計，產生部分錯配，從而在能量上不利於結合，因而保持靜止，直至目標分子累積至超過預設的熱力學閾值後，方會啟動。團隊在分子層面植入了「開始」訊號，即鄰近間隔序列基序（Protospacer Adjacent Motif，PAM）位點，以啟動一種可編程的 CRISPR 酵素，觸發快速且顯著放大的訊號讀取。

團隊運用一組簡單的數學模型，通過常微分方程準確預測依賴閾值的延遲啟動行為，從而提升引物設計的可預測性。

此技術的一項重要優勢是能夠覆蓋傳統 CRISPR 診斷難以檢測的基因位點，包括眾多鄰近缺乏 PAM、卻具有重要臨床意義的單核苷酸變異。即使目標序列之間僅相差一個 DNA 鹼基，系統仍能精準辨識，有賴於其獨特的系統設計 － 即把 CRISPR 的「開始」訊號直接寫入引物中，而非依賴目標序列本身是否含有 PAM 位點。

測試顯示，TEMPO 能在 30 分鐘的單步驟流程內，達到實驗室檢測的最高靈敏度標準，即阿摩爾（attomolar）級別。團隊先後以模擬艾滋病病毒樣本、真實甲型流感病毒、真實新冠病毒臨床樣本進行驗證，所得結果均與定量實驗室核酸檢測一致。團隊進一步將 TEMPO 整合至單步驟微流控晶片，針對三個具臨床意義的單核苷酸變異檢測 20 個人類基因組樣本，結果與 DNA 定序亦完全一致。

邢怡銘教授表示，TEMPO 採用化學性質穩定的 DNA，毋須冷鏈儲存，也不倚賴複雜操作程序或大型儀器，只需單一反應管即可完成超高靈敏度的核酸檢測，非常適用於診所、機場、家居，甚至偏遠地區，為居家檢測及即時檢測的普及應用掃除障礙。面對未來可能出現的新興傳染病，TEMPO 有望成為一個能快速轉換檢測目標的通用平台，包括多重耐藥菌的快速現場檢測。

它同時也為基因相關疾病的簡易篩查開拓了新方向。未來，該系統有望支持新生兒篩查、地中海貧血等遺傳疾病的基因分型檢測等。團隊期望最終建立一套靈敏度和特異性均比快速抗原測試（RAT）優勝、但操作同樣簡便的居家核酸檢測平台。

研究團隊

論文共同第一作者是科大博士生吳小龍、李亞楠。通訊作者是邢怡銘教授。共同作者還包括中大內科及藥物治療學系的雷頌恩臨床副教授。

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