Elektriske felter fjerner let nanopartikler fra blod

Ingeniører ved University of California, San Diego udviklede en ny teknologi, der bruger et oscillerende elektrisk felt til nemt og hurtigt at isolere nanopartikler, der afgiver lægemidler, fra blod. Teknologien kan tjene som et generelt redskab til at adskille og genvinde nanopartikler fra andre komplekse væsker til medicinsk, miljø, og industrielle applikationer.

Nanopartikler, som generelt er tusind gange mindre end bredden af ​​et menneskehår, er svære at adskille fra plasma, den flydende komponent i blodet, på grund af deres lille størrelse og lave tæthed. Traditionelle metoder til at fjerne nanopartikler fra plasmaprøver involverer typisk fortynding af plasmaet, tilsætning af en sukkeropløsning med høj koncentration til plasmaet og centrifugering i en centrifuge, eller vedhæftning af et målretningsmiddel til overfladen af ​​nanopartiklerne. Disse metoder ændrer enten nanopartiklernes normale adfærd eller kan ikke anvendes på nogle af de mest almindelige nanopartikeltyper.

"Dette er det første eksempel på at isolere en lang række nanopartikler ud af plasma med en minimal mængde manipulation, sagde Stuart Ibsen, en postdoc-stipendiat i Department of NanoEngineering ved UC San Diego og førsteforfatter af undersøgelsen offentliggjort i oktober i tidsskriftet Lille . "Vi har designet en meget alsidig teknik, der kan bruges til at gendanne nanopartikler i en masse forskellige processer."

Denne nye teknologi til adskillelse af nanopartikler vil gøre det muligt for forskere - især dem, der designer og studerer nanopartikler til lægemiddellevering til sygdomsbehandlinger - bedre at overvåge, hvad der sker med nanopartikler, der cirkulerer i en patients blodbane. Et af de spørgsmål, som forskerne står over for, er, hvordan blodproteiner binder sig til overfladerne af nanopartikler, der leverer lægemidler, og gør dem mindre effektive. Forskere kunne også bruge denne teknologi i klinikken til at afgøre, om en bestemt patients blodkemi er forenelig med overfladerne af visse nanopartikler af lægemiddellevering.

"Vi var interesseret i en hurtig og nem måde at tage disse nanopartikler ud af plasma, så vi kunne finde ud af, hvad der foregår på deres overflader og redesigne dem til at virke mere effektivt i blod, sagde Michael Heller, en nanoengineering professor ved UC San Diego Jacobs School of Engineering og seniorforfatter af undersøgelsen.

Enheden, der blev brugt til at isolere nanopartiklerne af lægemiddellevering, var en elektrisk chip på størrelse med en krone fremstillet af La Jolla-baserede Biological Dynamics, som licenserede den originale teknologi fra UC San Diego. Chippen indeholder hundredvis af bittesmå elektroder, der genererer et hurtigt oscillerende elektrisk felt, der selektivt trækker nanopartiklerne ud af en plasmaprøve. Forskere indsatte en dråbe plasma tilsat nanopartikler i den elektriske chip og demonstrerede nanopartikelgenopretning inden for 7 minutter. Teknologien arbejdede på forskellige typer af nanopartikler til lægemiddellevering, som typisk studeres i forskellige laboratorier.

Gennembruddet i teknologien er afhængig af at designe en chip, der kan arbejde i den høje saltkoncentration i blodplasma. Chippens evne til at trække nanopartiklerne ud af plasma er baseret på forskelle i materialeegenskaberne mellem nanopartiklerne og plasmakomponenterne. Når chippens elektroder påfører et oscillerende elektrisk felt, de positive og negative ladninger inde i nanopartiklerne omorienterer sig med en anden hastighed end ladningerne i det omgivende plasma. Denne øjeblikkelige ubalance i ladningerne skaber en tiltrækkende kraft mellem nanopartiklerne og elektroderne. Når det elektriske felt svinger, nanopartiklerne trækkes konstant mod elektroderne, efterlader resten af ​​plasmaet. Også, det elektriske felt er designet til at oscillere med den helt rigtige frekvens:15, 000 gange i sekundet.

"Det er forbløffende, at denne metode virker uden ændringer af plasmaprøverne eller på nanopartiklerne, sagde Ibsen.