声音旋转水滴筛选结肠癌

杜克大学的机械工程师设计了一种新型诊断平台，利用声波将单滴水旋转至每分钟6000次。这种高速旋转可以分离样本中微小的生物颗粒，以便基于外泌体进行新的诊断。

在旋转的水滴上方放置了一个非常轻的圆盘，圆盘上有刻有通道，通道内配备了星形纳米颗粒，能够实现对特定疾病相关的生物颗粒——外泌体的无标记检测。这一技术比当前的方法更有效率，需要更少的时间和样品量，并且对外泌体的损伤更小。

外泌体是细胞释放的，携带着特定于细胞的蛋白质、脂质和遗传物质的载体，可以被其他细胞选择性地摄取，作为一种交流方式。它们的具体组成已显示出用于非侵入性诊断的潜力。

与目前隔离这些生物标志物的费用高达10万美元的庞大设备相比，这项技术可能允许从精密生物分析到癌症诊断等新的点对点应用。

这项研究于3月8日在《科学进展》期刊在线发表。

该设备围绕着一滴水放置在聚二甲基硅氧烷环上，这是一种常用于微流控技术的硅类材料，它限制了水滴的边界并保持其位置。研究人员然后在设备的两侧放置了声波发生器，并使它们倾斜，以便声波穿过底层平台进入水滴。

声波发生器产生表面声波，推动水滴的两侧，就像唐老鸭被一个巨大的音箱吹倒一样。在足够高的功率下，水滴稳定下来，每分钟旋转数千次。

"我们在论文中最高达到了6000 RPM，但超过这个速度，水滴会开始倾斜，有喷水出来的风险，并可能会被顶在上面的圆盘压碎，" Naquin说。

放置在圆盘上的光盘上有四个刻在其表面的通道。快速旋转导致外泌体迁移到通道的末端，而较小的蛋白质和其他污染物则留在原地。

为了检测特定生物标志物的存在，研究人员转向了由杜克大学生物医学工程和化学教授Tuan Vo-Dinh开发的技术。他的方法将称为“Inverse Molecular Sentinels”的DNA探针系在星形金纳米颗粒的点上。当外泌体携带的特定microRNA经过时，它会粘附并去除DNA，使探针卷曲并将标记分子与纳米星靠近。

在暴露于激光时，该标记分子会发出一种称为拉曼信号的光，这种光通常非常微弱。但是纳米星的形状和组成会将拉曼信号放大数百万倍，使其更容易检测。

“我们的平台检测到结直肠癌患者的生物标志物，结果与这种诊断的金标准强烈相关，但所需的时间和精力要少得多，” Canning说。“这是两种技术的完美结合。”

虽然仍处于早期阶段，Naquin和Canning现在正在考虑新的方法，将这些平台与其他进展相结合，以进行新类型的调查或商业化。

"我们的技术可以以95.8%的敏感性和100%的选择性区分癌症和对照组，" Huang说。“它在基础生物研究和癌症、神经退行性疾病及其他疾病的早期诊断和健康监测方面的潜力是巨大的。”

该研究得到了美国国立卫生研究院的支持（R01GM135486，R01GM132603）。