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【天富平台注册app】通过声波震动旋转液滴使其浓缩 可以分离单个纳米颗粒

杜克大学的机械工程师设计了一种方法,可以通过旋转单个液滴来浓缩和分离用于生物医学目的的纳米颗粒。这项技术比传统的离心方法效率高很多,它只需要常规实验样本的很小一部分,就可以在一分钟内得出实验结果,而之前的技术则需要花费几个小时或几天的时间。这项发明可以强调新的应用方法,从精确的生物检测到癌症诊断。

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研究结果发表在12月18日的《科学进步》杂志上。

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杜克大学机械工程和材料科学杰出教授黄东俊(Tony Jun Huang)说:“这个想法源于最近一个非常令人兴奋的发现,即可以利用表面声波旋转一滴液体。”我们决定研究是否可以使用这种方法来创建一个能够快速有效地分离和富集纳米颗粒的研究对象。”

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黄和他的博士生谷宇扬开始了他们的研究,他们建造了一个能够旋转单个液滴的装置。压电表面的中心有一圈聚二甲基硅氧烷,一种在微流控技术中常用的硅,它限制了液滴的边界并使其保持在原位。研究人员随后在每侧放置一个名为叉指换能器(IDT)的声波发生器,并将其倾斜,使不同频率的声波穿过压电表面进入液滴。

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打开后,IDT会产生表面声波,推动水滴的侧面,就像唐老鸭被一对巨大的扬声器吹倒一样。在低功率设置下,液滴的顶部开始围绕着圆环摆动,就像果冻O制成的松饼顶部。但是当功率增加到11时,液滴的表面张力和离心力之间的平衡使其呈现出药丸的形状并开始旋转。

研究人员随后研究了不同尺寸的荧光纳米粒子在旋转液滴中的行为。由于液滴在旋转,纳米颗粒本身也以螺旋状的方式被拖走。根据它们的大小和声音的频率,由于声波和流体力学的入射力,它们也被推向液滴的中心。

研究人员发现,通过使用不同的频率,他们可以将小到几十纳米的粒子特别集中起来。这些大小与生物上重要的分子如DNA和外显体相关,这些分子是人体内每种细胞释放的生物纳米粒子,被认为在细胞间通讯和疾病传播中起着重要作用。

但他们仍然面临着另一个问题。当一个尺寸的纳米颗粒聚集在液滴的中心时,其他尺寸的纳米颗粒仍在随机飞行,使人们很难获得集中的液滴样本。

“我们把两个大小不同的液滴放在一起,这样它们就能以不同的速度旋转,”顾说通过一个小通道将它们连接起来,任何不在第一个集中的纳米颗粒最终都会旋转并被第二个粒子困住。”

为了进一步证明他们的双液滴离心系统有多有用,研究人员展示了它可以成功地从样本中分离出外体的亚群。与普通的离心法不同,离心法需要大量的样本,而且需要通宵才能工作,他们的溶液只需要更小的样本量——比如5微升——而且不到一分钟。

“我们希望通过这项工作,简化和加速样本处理、检测和试剂反应,应用于医疗点诊断、生物测定和液体活检,”顾说。

“分离和丰富外显子体亚群和其他生物纳米颗粒的能力是极其重要的。”黄补充道例如,尽管外显子体亚群的最近发现使生物学家和研究人员兴奋不已,因为它们有可能彻底改变非侵入性诊断领域,但外显子群体尚未被用于临床。这在很大程度上是由于其体积小,分离外显子群体困难。我们的方法提供了一种简单、自动化的方法,以快速和生物相容的方式分离外显子群体。因此,我们认为发挥外显子体亚群的临床效用至关重要。”

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