纳米芯片分离外泌体技术成为 IBM 评选的 5 种热门技术之一

来源:外泌体之家 / 作者: / 2017-01-11
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在过去十年中,IBM 每年要求他们的科学家和研究人员智囊团,选择出被广泛应用的最热门的五种技术(5 in 5)。今年的 5 in 5 的榜单着眼于利用纳米技术、人工智能和半导体制造的发展,产生新一代的仪器和工具。

今年的 5 in 5 之一:芯片上的医学实验室”

在 5 年后,新的医疗实验室芯片将成为一个纳米级的健康侦探,并在我们的体液追踪看不见的线索,让我们立即知道,我们有必要去看医生了。该目标是将通常在生物化学实验室中进行的所有疾病分析所需的所有过程缩减到单个硅芯片。

早期发现疾病至关重要。在大多数情况下,疾病诊断的时间越早,治愈或良好控制的可能性越大。然而,像癌症或帕金森病这样的疾病很难被发现,在症状出现之前就已经在我们的身体有所表现了。关于我们的健康状态的信息可以从体液中的微小生物颗粒提取,例如唾液、眼泪、血液、尿液和汗水。现有的科学技术面临着捕获和分析这些生物颗粒的挑战,这可比人类头发的直径要小几千倍。

我们最终目的是可以将芯片实验室技术(Lab-on-a-chip)封装在便利的手持设备中,以帮助人们快速和定期测量在少量体液中的生物标志物,在家里就可以方便地将这些信息安全地传输到云端中。它可以与来自其他物联网设备(如睡眠监视器和智能手表)的实时健康数据结合,并由 AI 系统分析以获取结果。当这些数据集合在一起时,我们将深入了解我们的健康,并提醒我们首先出现有问题的迹象,帮助在疾病在进展之前阻止疾病。

在 IBM Research,科学家正在开发 Lab-on-a-chip 技术,可以分离直径达 20 纳米的生物颗粒,这是一个可以接近 DNA、病毒和外泌体的大小规模。这些颗粒可以被分析,甚至在我们有症状之前显示潜在的疾病迹象。这种技术被称为液体活检,被认为比传统的组织活检或癌症筛选技术更容易、舒适和方便。

目前的焦点技术

已经有几家公司正在考虑使用生物颗粒例如外泌体来早期诊断疾病,尽管 IBM 是第一个将外泌体的分离和检测的芯片技术降低到可适用范围内的公司。IBM 的方法使用 nanoDLD 并通过具有特殊的、IBM 设计的不对称柱阵列的硅芯片来处理液体样品。其中芯片是最关键的,它可以将样品中的粒子进行分类和分离。较小的颗粒在流体的方向上以 Z 字形运动,而较大的颗粒沿着柱不对称的方向撞击阵列。大颗粒表现得像卡车司机被迫在偏离高速公路的卡车车道上行驶,而小颗粒表现得像小汽车的直线行驶并没有偏离。以类似的方式,IBM 的柱阵列可以使不同尺寸的材料被分离和用于检测或分析。如果你了解 Plinko 游戏或日本版的 Pachinko(弹球游戏),就比较容易理解这件事情。

从这些芯片提取的信息是可以指示是否存在疾病的信号。这可以与来自物联网的设备(如睡眠监视器和智能手表)的数据相结合,并通过认知系统进行处理,为我们提供完整的健康视图。(exosomemed.com)

参考资料:

Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert L. Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky and Yann Astier, “Nanoscale lateral displacement arrays for the separation of exosomes and colloids down to 20 nm.” Nature Nanotechnology.

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