作者:丹尼·艾伦比，冲绳科学技术研究所 这种叫做螺旋水培机的芯片装置包含充满液体的微小通道
细胞和目标纳米材料的液体悬浮液通过橙色管输送和移除
学分:韩国大学 细胞周围的膜起着选择性屏障的作用，支撑和保护细胞内容物免受外部环境的影响，并选择允许哪些物质进入或离开细胞
因此，科学家们一直在努力设计将纳米材料(如脱氧核糖核酸、蛋白质和药物)输送到细胞中的有效方法
现在，韩国大学的研究人员与冲绳科学技术研究所研究生院(OIST)合作，开发了一种快速高效的输送方法，利用微小流体涡流的力量使细胞膜变形
他们的发现最近发表在《美国化学学会纳米》杂志上
领导这项研究的韩国大学生物医学工程学院的阿拉姆·钟教授说:“目前的方法有许多局限性，包括可扩展性、成本、低效率和细胞毒性等问题。”
“我们的目标是利用微流体，利用微小水流的行为，开发一种强大的细胞内输送新解决方案
" 这种新设备——一种被称为“螺旋水培机”的微流控芯片——每分钟可以将纳米材料输送到大约一百万个细胞中，效率高达96%
此外，整个过程在没有不可逆地损伤细胞的情况下完成，高达94%的细胞在该过程中存活
钟教授说:“这种芯片制造成本低廉，使用简单。”
“你只需在两端泵入含有细胞和纳米材料的液体，细胞——现在含有纳米材料——就会从另两端流出
整个过程只需要一分钟
" 随波逐流 为了制造这种装置，科学家们将微流控芯片中的通道设计成特定的结构，在芯片的中心有一个交叉连接，上下有两个丁字连接
科学家们对螺旋涡流进行了模拟，以表征其动力学
他们还捕捉到了细胞是如何被交叉连接中心的螺旋涡流和与丁字连接处端壁的碰撞变形的视频
信用:经细胞内纳米材料递送部门许可，通过螺旋水培重新分配
姜永杰
Carlson，Tae Ho Kang，Seungki Lee，Simon J
哈瓦德，因赫·崔，艾米·Q
沈和亚兰
钟
ACS纳米2月18日
DOI: 10
1021/acsnano
9b07930
版权所有2020
美国化学学会
当韩国大学的科学家第一次研究不同的通道几何形状和流速如何影响细胞时，一个特殊的场景——适度流动的流体从相反的方向碰撞的交叉路口——显得特别
钟教授说:“我们看到了细胞展示的一个非常有趣的行为，它们在交叉通道的中心跳舞。”
通过在其中一股流体流中加入荧光染料，研究人员发现形成了一个螺旋涡流
钟教授补充说:“我们想充分了解导致这种效应的流体力学，而由OIST大学的沈小美教授领导的微/生物/纳米流体小组已经在研究这个问题。”
这两组科学家因此合作
使用OIST超级计算机，OIST单位开发并运行了不同流速下的反向流体流在交叉路口相互作用的模拟
“在低流速下，我们发现两个撞击的流体流对称分开，并从交叉连接处流出，正如文献中记载的那样，”OIST科学家博士说
西蒙·哈沃德
“然而，当我们增加流速时，我们看到不稳定性出现，导致多个涡流形成，最终合并成一个大的螺旋涡流
" “我们的模拟解释了钟的团队观察到的不寻常现象，并准确地显示了某些参数，如流速，是如何影响涡流形成的，”OIST博士后研究员李博士补充说
丹尼尔·卡尔森
漩涡的形成是纳米材料快速有效地进入细胞的关键
随着每个细胞进入交叉连接的中心，螺旋涡流的力量使细胞变形，导致膜上出现微小的纳米孔
流体中的纳米材料可以通过这些纳米孔进入细胞
然后，细胞从交叉连接处被冲走，并与丁字连接处的壁碰撞，这导致细胞膜进一步变形，并提高了输送效率
变形后，膜中的纳米孔会自行重新密封，膜会得到修复
芯片器件由微小的通道组成，这些通道被配置成形成交叉结(蓝色虚线框)，然后是丁字结(紫色虚线框)
箭头表示包含细胞的流体流动的方向
信用:经细胞内纳米材料递送公司许可，通过螺旋水培法转载
姜永杰
Carlson，Tae Ho Kang，Seungki Lee，Simon J
哈瓦德，因赫·崔，艾米·Q
沈和亚兰
钟
美国化学学会纳米文章2月18日
DOI: 10
1021/acsnano
9b07930
版权所有2020
美国化学学会
推进细胞生物学研究 韩国大学的团队使用螺旋水培法，能够将特定的纳米材料输送到细胞中，包括核糖核酸和金纳米粒子
钟说，将脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质如CRISPR-Cas9更有效、更低成本地输送到大量细胞中，可以帮助研究包括基因治疗、癌症免疫治疗和干细胞在内的课题
金纳米粒子还可以用于输送药物、对细胞内的分子和细胞器成像，以及用于疾病诊断
钟教授说:“总的来说，螺旋水培有大量的应用，人们对这种芯片的兴趣一直很高。”
“研究人员需要一种更高效、简单、快速和低成本的细胞内给药方式——我们的芯片是实现这一目标的一个很好的新途径
"
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