'가상 기둥'은 혈액 기반 나노 입자를 분리 및 분류합니다.

[아름이]

'가상 기둥'은 혈액 기반 나노 입자를 분리 및 분류합니다.
인간의 머리카락보다 500배 더 얇은 생물학적 나노입자를 분류하면 다양한 진단 및 치료를 향상시킬 수 있습니다.
날짜:
2022년 12월 2일
원천:
듀크대학교
요약:
엔지니어들은 음파를 사용하여 혈액에서 발견되는 가장 작은 입자를 몇 분 만에 분리하고 분류하는 장치를 개발했습니다. 이 기술은 '가상 기둥'이라는 개념을 기반으로 하며 과학 연구와 의료 응용 분야 모두에 도움이 될 수 있습니다.

Duke University의 엔지니어들은 음파를 사용하여 혈액에서 발견되는 가장 작은 입자를 몇 분 만에 분리 및 분류하는 장치를 개발했습니다. 이 기술은 "가상 기둥"이라는 개념을 기반으로 하며 과학 연구와 의료 응용 분야 모두에 도움이 될 수 있습니다.

"작은 세포외 소포"(sEV)라고 불리는 작은 생물학적 나노입자는 신체의 모든 유형의 세포에서 방출되며 세포 간 통신 및 질병 전파에 큰 역할을 하는 것으로 여겨집니다. Wave-pillar Excitation Resonance를 통한 Acoustic Nanoscale Separation 또는 줄여서 ANSWER라고 불리는 새로운 기술은 이러한 나노입자를 10분 이내에 생체 유체에서 끌어낼 뿐만 아니라 뚜렷한 생물학적 역할을 하는 것으로 여겨지는 크기 범주로 분류합니다.

그 결과는 Science Advances 저널에 11월 23일 온라인으로 게재되었습니다 .

Tony Jun Huang은 "이 나노입자는 의학적 진단 및 치료에 상당한 잠재력을 가지고 있지만, 이를 분리 및 분류하는 현재 기술은 몇 시간 또는 며칠이 걸리고, 일관성이 없으며, 낮은 수율 또는 순도를 생성하고, 오염이 발생하고, 때로는 나노입자를 손상시킵니다."라고 말했습니다. , William Bevan Duke의 기계 공학 및 재료 과학 저명 교수.

Huang은 "우리는 고품질 sEV를 추출하고 분류하는 것이 버튼을 누르는 것만큼 간단하고 원하는 샘플을 얻는 것이 샤워를 하는 것보다 더 빠르기를 원합니다"라고 말했습니다.

최근 연구에 따르면 sEV는 뚜렷한 크기(예: 50나노미터 미만, 60~80나노미터, 90~150나노미터)를 가진 여러 하위 그룹으로 구성되어 있습니다. 각 크기는 다른 생물학적 특성을 갖는 것으로 여겨집니다.

sEV 하위 집단의 최근 발견은 암 및 알츠하이머병의 조기 발견과 같은 비침습적 진단 분야를 혁신할 수 있는 잠재력 때문에 연구자들을 흥분시켰습니다. 그러나 입자는 아직 임상 환경에 적용되지 않았습니다.

Huang은 이것이 주로 이러한 나노 크기의 sEV 하위 집단을 분리하고 격리하는 것과 관련된 어려움 때문이라고 말했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 박사 과정 학생인 Jinxin Zhang과 UCLA, Harvard 및 Magee-Womens Research Institute의 협력자들이 ANSWER 플랫폼을 개발했습니다.

이 장치는 한 쌍의 변환기를 사용하여 유체로 채워진 좁고 밀폐된 채널을 감싸는 정상 음파를 생성합니다. 음파는 채널 벽을 통해 액체 중심으로 "누출"되어 원래의 정상 음파와 상호 작용합니다. 벽 두께, 채널 크기 및 사운드 주파수를 세심하게 설계한 이 상호 작용은 채널 중앙을 따라 "가상 기둥"을 형성하는 공명을 생성합니다.

이러한 각각의 가상 기둥은 본질적으로 반 달걀 모양의 고압 영역입니다. 입자가 기둥을 가로지르려고 하면 채널 가장자리 쪽으로 밀려납니다. 입자가 클수록 밀어내는 힘도 커집니다. 연구원들은 이동하는 나노입자에 미묘한 힘을 생성하기 위해 일련의 가상 기둥을 조정함으로써 실험의 필요에 따라 결정되는 다양한 그룹으로 크기별로 나노입자를 정확하게 분류할 수 있습니다.

UCLA 구강/두경부 종양학 연구 센터 소장인 David Wong은 "ANSWER EV 분류 기술은 정확한 EV 분류를 위한 가장 진보된 기능이며 EV 진단, 예후 및 액체 생검의 지평에 상당한 영향을 미칠 것"이라고 말했습니다.

새로운 논문에서 연구원들은 그들의 ANSWER 플랫폼이 스펙트럼의 더 큰 끝에서 나노입자에 대해 96% 정확도와 가장 작은 것에 대해 80% 정확도로 sEV를 세 개의 하위 그룹으로 성공적으로 분류할 수 있음을 보여줍니다. 그들은 또한 음파 매개변수에 대한 간단한 업데이트로 그룹 수와 크기 범위를 조정하여 시스템의 유연성을 보여줍니다. 각 실험은 완료하는 데 10분밖에 걸리지 않았지만 초원심분리와 같은 다른 방법은 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있습니다.

"접촉이 없는 특성으로 인해 ANSWER는 생물학적 나노입자 분리를 위한 생체 적합성 접근 방식을 제공합니다." 장이 말했다. "고정된 분리 컷오프 직경을 갖는 기계적 여과 방법과 달리 ANSWER는 나노스케일 분리에 대한 조정 가능한 접근 방식을 제공하며 컷오프 직경은 입력 음향 전력을 변경하여 정확하게 수정할 수 있습니다."

앞으로 연구원들은 ANSWER 기술을 지속적으로 개선하여 바이러스, 항체 및 단백질과 같은 생물학적으로 관련된 다른 나노 입자를 효율적으로 정제할 수 있도록 할 것입니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/