杜克大学护理学院 信用:CC0公共领域 杜克大学的机械工程师发明了一种方法，通过旋转单个液滴来浓缩和分离纳米粒子，用于生物医学目的
该技术比传统的离心方法更有效，在不到一分钟的时间内完成其神奇的工作，而不是花费数小时或数天，并且只需要典型样本量的一小部分
本发明可以强调从精确生物测定到癌症诊断的新应用方法
该结果发表在12月18日的《科学进展》杂志上
杜克大学的威廉·比万机械工程和材料科学杰出教授黄竣说:“这个想法源于最近一项令人兴奋的发现，即可以利用表面声波来旋转一滴液体。”
“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粒子的即时护理系统
" 黄和他的博士生谷羽杨(音)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
在压电表面的中心有一个聚二甲基硅氧烷环，这是一种通常用于微流体技术的硅，它限制了液滴的边界并将其保持在适当的位置
然后，研究人员在每一侧放置一个声波发生器，称为叉指换能器(IDT)，并倾斜它们，使不同频率的声波通过压电表面进入液滴
当打开时，智能换能器产生表面声波，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，液滴的顶部开始像果冻做的松饼顶部一样在环上晃动
但是当功率达到11时，液滴的表面张力和离心力之间的平衡使它变成药丸的形状，并开始原地旋转
杜克大学的研究人员正在通过声波旋转单个液滴来浓缩和分离微小颗粒
学分:肯·金格里，杜克大学 研究人员随后研究了不同尺寸的荧光纳米粒子在旋转的液滴中的行为
因为液滴在旋转，纳米粒子本身也以螺旋模式被拖动
根据它们的大小和声音的频率，由于声波和流体力学的传入力，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，他们可以特别集中小至几十纳米的粒子
这些大小与生物重要分子相关，如脱氧核糖核酸和外来体——从身体中每种细胞释放的生物纳米粒子，被认为在细胞间通信和疾病传播中起着重要作用
但是他们仍然面临着另一个问题
当一种尺寸的纳米粒子聚集在液滴的中心时，其他尺寸的纳米粒子仍在四处乱飞，使得获取浓缩的物质变得困难
他们的解决方案？第二个旋转的液滴
“我们把两个不同大小的水滴放在一起，让它们以不同的速度旋转，”顾说
“通过将它们与一个小通道相连，任何在第一个通道中不集中的纳米粒子最终都会旋转出来，并被第二个通道捕获
" 为了进一步展示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外来体的亚群
与需要大量样品并需要一整夜才能工作的普通离心方法不同，它们的溶液只需要小得多的样品体积——例如5微升——并且不到一分钟
“我们设想这项工作可以简化和加快样品处理、检测和试剂反应在各种应用中的速度，例如现场诊断、生物测定和液体活组织检查，”顾说
“分离和富集外体亚群和其他生物纳米粒子的能力极其重要
”黄补充道
“例如，虽然最近发现的外来体亚群激发了生物学家和研究人员的兴趣，因为它们有可能在非侵入性诊断领域引发革命，但外来体亚群尚未用于临床
这在很大程度上是由于外体亚群体积小，分离困难
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源亚群体
因此，我们认为这对于释放外来体亚群的临床效用至关重要
"
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