Наночастицы, которые обычно в тысячу раз меньше ширины человеческого волоса, трудно отделить от плазмы, жидкого компонента крови, из-за их небольшого размера и низкой плотности. Традиционные методы удаления наночастиц из образцов плазмы обычно включают разбавление плазмы, добавление раствора сахара с высокой концентрацией в плазму и вращение его в центрифуге или прикрепление целевого агента к поверхности наночастиц.
Эти методы либо изменяют нормальное поведение наночастиц, либо не могут быть применены к некоторым из наиболее распространенных типов наночастиц.«Это первый пример выделения широкого спектра наночастиц из плазмы с минимальным количеством манипуляций», — сказал Стюарт Ибсен, научный сотрудник отдела наноинжиниринга Калифорнийского университета в Сан-Диего и первый автор исследования, опубликованного в октябре в журнал Small. «Мы разработали очень универсальный метод, который можно использовать для восстановления наночастиц во многих различных процессах».
Эта новая технология разделения наночастиц позволит исследователям — особенно тем, кто разрабатывает и изучает наночастицы для доставки лекарств для лечения болезней — лучше контролировать, что происходит с наночастицами, циркулирующими в кровотоке пациента. Один из вопросов, с которым сталкиваются исследователи, заключается в том, как белки крови связываются с поверхностью наночастиц, доставляющих лекарства, и делают их менее эффективными.
Исследователи также могут использовать эту технологию в клинике, чтобы определить, совместим ли химический состав крови конкретного пациента с поверхностью определенных наночастиц, доставляющих лекарства.«Мы были заинтересованы в быстром и простом способе извлечения этих наночастиц из плазмы, чтобы мы могли выяснить, что происходит на их поверхности, и изменить их конструкцию, чтобы они работали более эффективно в крови», — сказал Майкл Хеллер, профессор наноинженерии в Калифорнийском университете в Сан-Франциско. Инженерная школа Диего Джейкобса и старший автор исследования.
Устройство, используемое для выделения наночастиц, доставляющих лекарство, представляло собой электрический чип размером с монету, произведенный компанией Biological Dynamics из Ла-Холья, которая лицензировала оригинальную технологию из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Чип содержит сотни крошечных электродов, которые генерируют быстро колеблющееся электрическое поле, которое выборочно вытягивает наночастицы из образца плазмы.
Исследователи вставили каплю плазмы с наночастицами в электрический чип и продемонстрировали восстановление наночастиц в течение 7 минут. Технология работала с различными типами наночастиц для доставки лекарств, которые обычно изучаются в различных лабораториях.Прорыв в технологии основан на разработке чипа, который может работать в плазме крови с высокой концентрацией солей.
Способность чипа вытягивать наночастицы из плазмы основана на различиях в свойствах материала наночастиц и компонентов плазмы. Когда электроды чипа создают колеблющееся электрическое поле, положительные и отрицательные заряды внутри наночастиц переориентируются с другой скоростью, чем заряды в окружающей плазме. Этот мгновенный дисбаланс зарядов создает силу притяжения между наночастицами и электродами.
Когда электрическое поле колеблется, наночастицы постоянно притягиваются к электродам, оставляя остальную плазму позади. Кроме того, электрическое поле предназначено для колебаний с правильной частотой: 15 000 раз в секунду.
«Удивительно, что этот метод работает без каких-либо модификаций образцов плазмы или наночастиц», — сказал Ибсен.