Science Advances：一种可分离外泌体的新型技术平台

机械工程师设计了一种诊断平台，利用声波使单个水滴旋转至每分钟6000转。这些速度分离了样品中的微小生物颗粒，这些样品被放置在一个非常轻的圆盘上，圆盘位于旋转液滴的顶部。这项技术可以允许从精确的生物检测到癌症诊断等新的护理点应用。该技术需要更少的时间和样本量，同时对脆弱的外泌体造成更少的损害。

　　

杜克大学的机械工程师设计了一种新型的诊断平台，该平台利用声波使单个水滴旋转至每分钟6000转。这些速度分离样品中的微小生物颗粒，使基于外泌体的新诊断成为可能。

放置在旋转液滴顶部的一个非常轻的圆盘具有蚀刻通道的特征，这些通道配备了量身定制的星形纳米颗粒，可以对称为外泌体的特定疾病相关生物颗粒进行无标记检测。该技术比目前的方法更有效，需要更少的时间和样品量，同时对脆弱的外泌体造成更少的损害。

外泌体由细胞释放，携带细胞特异性的蛋白质、脂质和遗传物质，并可被其他细胞选择性地吸收，作为一种通讯手段。它们的特殊组成已显示出用于非侵入性诊断的潜力。

与目前用于分离这些生物标记物的笨重机器相比，这种技术可以实现从精确生物测定到癌症诊断等新的即时医疗应用。

这项研究发表在3月8日的《科学进展》杂志网络版上。

“分离外泌体最常用的方法是超声离心，这需要至少8小时，需要大样本量，并且经常损坏外泌体，其他方法也都有自己的问题，比如纯度低或产量低。我们最初的演示似乎为更好的解决方案提供了一条途径。”在杜克大学机械工程和材料科学Tony Jun Huang实验室工作的博士生Ty Naquin说。

该装置以一滴水为中心，水滴置于聚二甲基硅氧烷环内，聚二甲基硅氧烷是微流体技术中常用的一种硅，它限制了水的边界并使其保持在适当的位置。然后，研究人员在设备的两侧各放置了一个声波发生器，并使它们倾斜，这样声波就可以穿过底层平台进入液滴。

声波发生器产生表面声波，推动液滴的两侧，就像唐老鸭被一对巨大的扬声器吹过一样。在足够高的功率下，液滴稳定下来，每分钟旋转数千次。

Naquin说:“我们在论文中把转速提高到6000转，但超过这个速度，液滴就会开始倾斜，有可能把水吐出来，被上面的圆盘压碎。”

放置在顶部的光盘表面蚀刻了四个通道。快速旋转导致外泌体迁移到通道的末端，而较小的蛋白质和其他污染物留在后面。

为了检测特定生物标志物的存在，研究人员求助于Tuan Vo-Dinh开发的技术，他是杜克大学R. Eugene和Susie E. Goodson生物医学工程杰出教授和化学教授。

他的方法将被称为“逆分子哨兵”的DNA探针绑在星形金纳米颗粒的点上。虽然这些系绳自然地想要卷起来，但它们被一段专门与被测试的目标microRNA结合的DNA保持直。当microRNA通过其外泌体载体经过时，它会粘附并移除DNA，使系绳卷曲，使标记分子与纳米星紧密接触。

当暴露在激光下时，这种标签分子会发出一种叫做拉曼信号的光，这种光通常非常微弱。但纳米恒星的形状和组成将拉曼信号放大了数百万倍，使它们更容易被探测到。

“我们的平台检测结直肠癌患者的生物标志物，其结果与此类诊断的金标准密切相关，但所需的时间和精力要少得多，”在Vo-Dinh实验室工作的博士生Aidan Canning说。“这是两种技术的完美结合。”

虽然仍处于早期阶段，但Naquin和Canning现在正在考虑将这些平台与其他先进技术结合起来，用于新型研究或商业化。

“我们的技术可以区分癌症和对照组，灵敏度为95.8%，选择性为100%。”“它在基础生物学研究、癌症、神经退行性疾病和其他疾病的早期诊断和健康监测方面具有巨大的潜力。”

这项工作得到了美国国立卫生研究院(R01GM135486, R01GM132603)的支持。