Sciencemag.cz
Doporučujeme
Vědci vyvinuli zařízení, které pomocí zvukových vln během několika minut oddělí a roztřídí nejmenší částice v krvi. Technika je založena na tzv. virtuálních sloupcích.
Malé extracelulární vezikuly se uvolňují prakticky z každého typu lidských buněk. Předpokládá se, že hrají velkou roli v komunikaci mezi buňkami, a to i včetně přenosu nemocí. Postup vyvinutý techniky z Dukeovy univerzity a dalších institucí oddělí tyto nanočástice z biologických tekutin za méně než 10 minut a navíc je přitom také roztřídí podle velikosti. Předpokládá se, že různě velké vezikuly mají odlišné biologické role.
Základem metody je zvuková vlna, která v tekutině vytvoří různé sloupky. Vezikuly s různou velikostí (např. menší než 50 nanometrů, mezi 60 a 80 nanometry a mezi 90 a 150 nanometry) zůstávají na různých stranách struktury.
Jak uvádí průvodní tisková zpráva, nedávný objev různých podskupin extraceluárních vezikul má potenciál přinést revoluci v oblasti neinvazivní diagnostiky, například při včasné detekci rakoviny nebo Alzheimerovy choroby. Až dosud byl ale problém provést příslušnou separaci/analýzu s dostatečnou rychlostí, přesností a pokud možno automatizovaně a bez potřeby speciálních znalostí. Využívala se např. ultracetrifugace, ale i ta trvala několik hodin a nevedla k ideálních výsledkům.
Co se týče technických detailů: Podle průvodní tiskové zprávy zařízení nazvané ANSWER (Acoustic Nanoscale Separation via Wave-pillar Excitation Resonance) využívá jediný pár snímačů ke generování stojatých zvukových vln, které vnikají do úzkého uzavřeného kanálu naplněného tekutinou. Při pečlivém návrhu tloušťky stěn, velikosti kanálu a frekvence zvuku vede tato interakce k rezonanci, která pak vytváří „virtuální sloupy“ podél středu kanálu. Každý z těchto virtuálních pilířů je v podstatě oblastí vysokého tlaku ve tvaru poloviny vejce (viz obrázek). Když se částice pokoušejí tyto pilíře překonat, jsou vytlačovány k okrajům kanálu. Čím jsou částice větší, tím větší na ně působí tlak. Vyladěním řady virtuálních pilířů tak, aby vytvářely měnící se síly na pohybující se nanočástice, mohou vědci tyto částice přesně roztřídit na různé frakce podle jejich velikosti. Počet skupin a rozsahy velikostí lze upravovat pomocí ladění parametrů zvukových vln. V jediném zařízení jsou tak vlastně obsaženy všechny možné kombinace filtrů.
Autoři výzkumu chtějí technologii ANSWER dále rozvíjet tak, aby mohla být účinná i při separaci/čištění dalších biologicky významných nanočástic, jako jsou viry, protilátky nebo jiné proteiny.
Jinxin Zhang et al, A solution to the biophysical fractionation of extracellular vesicles: Acoustic Nanoscale Separation via Wave-pillar Excitation Resonance (ANSWER), Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.ade0640
Zdroj: Duke University / Phys.org
Credit: Jinxin Zhang, Duke University
