Ingenjörer vid University of California, San Diego har utvecklat en ny teknik som använder ett oscillerande elektriskt fält för att enkelt och snabbt isolera nanopartiklar som levererar läkemedel från blod. Tekniken skulle kunna fungera som ett allmänt verktyg för att separera och återvinna nanopartiklar från andra komplexa vätskor för medicinska, miljö, och industriella tillämpningar.

Nanopartiklar, som i allmänhet är tusen gånger mindre än bredden på ett människohår, är svåra att separera från plasma, den flytande komponenten av blod, på grund av deras ringa storlek och låga densitet. Traditionella metoder för att ta bort nanopartiklar från plasmaprover involverar vanligtvis utspädning av plasman, att tillsätta en högkoncentrerad sockerlösning till plasman och snurra den i en centrifug, eller att fästa ett målsökande medel på ytan av nanopartiklarna. Dessa metoder ändrar antingen det normala beteendet hos nanopartiklarna eller kan inte tillämpas på några av de vanligaste nanopartiklarna.

"Detta är det första exemplet på att isolera ett brett spektrum av nanopartiklar ur plasma med en minimal mängd manipulation, sade Stuart Ibsen, en postdoktor vid Institutionen för nanoteknik vid UC San Diego och första författare till studien publicerad i oktober i tidskriften Små . "Vi har designat en mycket mångsidig teknik som kan användas för att återvinna nanopartiklar i många olika processer."

Denna nya nanopartikelseparationsteknik kommer att göra det möjligt för forskare - särskilt de som designar och studerar nanopartiklar för läkemedelsleveranser för sjukdomsterapier - att bättre övervaka vad som händer med nanopartiklar som cirkulerar i en patients blodomlopp. En av frågorna som forskarna ställs inför är hur blodproteiner binder till ytorna på nanopartiklar som levererar läkemedel och gör dem mindre effektiva. Forskare skulle också kunna använda denna teknik på kliniken för att avgöra om blodkemin hos en viss patient är kompatibel med ytorna på vissa nanopartiklar av läkemedelsleverans.

"Vi var intresserade av ett snabbt och enkelt sätt att ta dessa nanopartiklar ur plasma så att vi kunde ta reda på vad som händer på deras ytor och omdesigna dem för att fungera mer effektivt i blod, sa Michael Heller, en nanoteknikprofessor vid UC San Diego Jacobs School of Engineering och senior författare till studien.

Enheten som användes för att isolera nanopartiklarna av läkemedelsleveransen var ett elektriskt chip på storleken av en krona tillverkat av La Jolla-baserade Biological Dynamics, som licensierade den ursprungliga tekniken från UC San Diego. Chipet innehåller hundratals små elektroder som genererar ett snabbt oscillerande elektriskt fält som selektivt drar ut nanopartiklarna ur ett plasmaprov. Forskare infogade en droppe plasma med nanopartiklar i det elektriska chippet och visade nanopartikelåtervinning inom 7 minuter. Tekniken arbetade på olika typer av nanopartiklar för läkemedelsleverans som vanligtvis studeras i olika laboratorier.

Genombrottet inom tekniken bygger på att designa ett chip som kan fungera i den höga saltkoncentrationen i blodplasma. Chipsens förmåga att dra ut nanopartiklarna ur plasma baseras på skillnader i materialegenskaper mellan nanopartiklarna och plasmakomponenterna. När chipets elektroder applicerar ett oscillerande elektriskt fält, de positiva och negativa laddningarna inuti nanopartiklarna omorienterar sig med en annan hastighet än laddningarna i den omgivande plasman. Denna tillfälliga obalans i laddningarna skapar en attraktionskraft mellan nanopartiklarna och elektroderna. När det elektriska fältet svänger, nanopartiklarna dras kontinuerligt mot elektroderna, lämnar resten av plasman bakom sig. Också, det elektriska fältet är utformat för att svänga med precis rätt frekvens:15, 000 gånger per sekund.

"Det är fantastiskt att den här metoden fungerar utan några modifieringar av plasmaproverna eller på nanopartiklarna, sa Ibsen.