Виртуалните субстрати разделят и класифицират базираните на кръв наночастици

Графично представяне на действащите акустични вълнови сили, които създават „виртуални колони“ за внимателно отделяне и сортиране на наночастици от биофлуиди. Кредит: Jinxin Zhang, Университет Дюк

Инженери от университета Дюк разработиха устройство, което използва звукови вълни за разделяне и класифициране на най-малките частици в кръвта за няколко минути. Технологията се основава на концепция, наречена „виртуални колони“ и може да бъде благодат както за научни изследвания, така и за медицински приложения.

Малки биологични наночастици, наречени „малки извънклетъчни везикули“ (sEVs), се освобождават от всеки тип клетка в тялото и се смята, че играят голяма роля в комуникацията между клетката и предаването на болести. Новата технология, наречена акустична наносегрегация чрез вълнови форми на резонанс на възбуждане, или накратко ANS, не само извлича тези наночастици от биофлуиди за по-малко от 10 минути, но също така ги класифицира в класове по размер, за които се смята, че имат различни биологични роли.

Резултатите се появиха онлайн на 23 ноември в списание Nature Науката напредва.

„Тези наночастици имат голям потенциал в медицинската диагностика и лечение, но настоящите технологии за тяхното разделяне и сортиране отнемат няколко часа или дни, не са последователни, дават нисък добив или чистота, страдат от замърсяване и понякога увреждат наночастиците“, каза Тони Джун Хуанг, каза Тони Джун Хуанг. Уилям Беван, изтъкнат професор по машинно инженерство и материалознание в Дюк.

„Искаме да направим извличането и сортирането на висококачествени SEV толкова просто, колкото натискането на бутон и получаването на необходимите проби по-бързо, отколкото е необходимо да се измие“, каза Хуанг.







Една звукова вълна създава поредица от “виртуални колони” по средата на канал, пълен с течност, и леко премества наночастиците вътре в тях настрани. Тази технология може да отделя и сортира медицински важни наночастици от биофлуиди, които могат да се използват за откриване на заболявания като рак или болестта на Алцхаймер. Кредит: Jinxin Zhang, Университет Дюк

Последните изследвания показват, че sEVs се състоят от няколко субпопулации с различни размери (напр. по-малки от 50 nm, между 60 и 80 nm и между 90 и 150 nm). Смята се, че всеки размер има различни биологични свойства.

Неотдавнашното откритие на субпопулациите на sEV заинтригува изследователите поради потенциала му да революционизира областта на неинвазивната диагностика, като ранно откриване на рак и болестта на Алцхаймер. Но частиците все още не са намерили своето място в клиничните условия.

Хуанг каза, че това до голяма степен се дължи на трудностите, свързани с разделянето и изолирането на тези наномащабни sEV субпопулации. За да се справят с това предизвикателство, Huang, докторантът Jinxin Zhang и сътрудници в Изследователския институт Magee, UCLA и Харвард разработиха платформата ANSWER.

Устройството използва единична двойка преобразуватели, за да генерира стояща звукова вълна, която обгражда тесен, затворен канал, пълен с течност. Звуковата вълна прониква в флуидния център през стените на канала и взаимодейства с оригиналната звукова вълна. С внимателно проектиране на дебелината на стената, размера на канала и честотата на звука, това взаимодействие създава резонанс, който образува “виртуални колони” по протежение на центъра на канала.

Всяка от тези виртуални колони е по същество зона с високо налягане във формата на половин яйце. Когато частиците се опитват да пресекат колоните, те се избутват към краищата на канала. Колкото по-големи са частиците, толкова по-голяма е тягата. Чрез коригиране на сериите от виртуални колони, за да създадат прецизни сили върху мобилните наночастици, изследователите могат точно да ги класифицират по размер в различни групи, определени от нуждите на текущите експерименти.







Гледайте как една звукова вълна създава серия от “виртуални колони” по средата на канал, пълен с течност. Кредит: Jinxin Zhang, Университет Дюк

„Технологията за сегментиране на EV ANSWER е най-модерната способност за точно сегментиране на EVs и ще повлияе значително на хоризонта на EV диагностиката, прогнозата и течната биопсия“, каза Дейвид Уонг, MD, директор на UCLA Oral/Head and Neck Tumor Research Център.

В новата статия изследователите показват, че тяхната платформа ANSWER може успешно да класифицира sEVs в три подгрупи с 96% точност за наночастици в по-големия край на спектъра и 80% точност за по-малките. Той също така показва гъвкавост в своята система, като коригира броя на групите и диапазоните на размера с незначителни актуализации звукова вълна учителите. Всеки експеримент отнема само 10 минути, докато други методи като ултрацентрофугиране могат да отнемат няколко часа или дни.

„Поради своята безконтактна природа, ANSWER предлага биосъвместим подход за разделяне на биологични наночастици.“ Джан каза. „За разлика от методите за механично филтриране, които имат фиксирани гранични диаметри на разделяне, ANSWER предлага регулируем метод за наномащабно разделяне и граничният диаметър може да бъде прецизно регулиран чрез промяна на входящата акустична енергия.“

В бъдеще изследователите ще продължат да подобряват технологията ANSWER, така че да може да бъде ефективна при пречистването на други биологично значими наночастици като вируси, антитела и протеини.

повече информация:
Jinxin Zhang et al, Решение за биофизично сегментиране на извънклетъчни везикули: наноакустично разделяне чрез резонанс на възбуждаща вълна (ANSWER), Науката напредва (2022). DOI: 10.1126/sciadv.ade0640

Представяне на
Университет Дюк


цитатът: „Виртуални субстрати“ отделят и класифицират базирани на кръв наночастици (2022 г., 2 декември) Изтеглено на 2 декември 2022 г. от

Този документ е обект на авторско право. Освен всяко честно отношение за целите на частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писмено разрешение. Съдържанието се предоставя само за информационни цели.