Ingenieurs aan de Universiteit van Californië, San Diego ontwikkelde een nieuwe technologie die een oscillerend elektrisch veld gebruikt om gemakkelijk en snel nanodeeltjes voor medicijnafgifte uit bloed te isoleren. De technologie zou kunnen dienen als een algemeen hulpmiddel om nanodeeltjes te scheiden en terug te winnen van andere complexe vloeistoffen voor medische, milieu, en industriële toepassingen.

nanodeeltjes, die over het algemeen duizend keer kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar, zijn moeilijk te scheiden van plasma, het vloeibare bestanddeel van bloed, vanwege hun kleine formaat en lage dichtheid. Traditionele methoden om nanodeeltjes uit plasmamonsters te verwijderen, omvatten doorgaans het verdunnen van het plasma, het toevoegen van een suikeroplossing met een hoge concentratie aan het plasma en het ronddraaien in een centrifuge, of het hechten van een richtmiddel aan het oppervlak van de nanodeeltjes. Deze methoden veranderen het normale gedrag van de nanodeeltjes of kunnen niet worden toegepast op enkele van de meest voorkomende typen nanodeeltjes.

"Dit is het eerste voorbeeld van het isoleren van een breed scala aan nanodeeltjes uit plasma met een minimale hoeveelheid manipulatie, " zei Stuart Ibsen, een postdoctoraal fellow bij de afdeling NanoEngineering aan de UC San Diego en eerste auteur van de studie die in oktober in het tijdschrift is gepubliceerd Klein . "We hebben een zeer veelzijdige techniek ontworpen die kan worden gebruikt om nanodeeltjes in veel verschillende processen terug te winnen."

Met deze nieuwe technologie voor het scheiden van nanodeeltjes kunnen onderzoekers, met name degenen die nanodeeltjes voor medicijnafgifte ontwerpen en bestuderen voor ziektetherapieën, beter volgen wat er gebeurt met nanodeeltjes die in de bloedbaan van een patiënt circuleren. Een van de vragen waarmee onderzoekers worden geconfronteerd, is hoe bloedeiwitten zich binden aan de oppervlakken van nanodeeltjes die medicijnen leveren en ze minder effectief maken. Onderzoekers zouden deze technologie ook in de kliniek kunnen gebruiken om te bepalen of de bloedchemie van een bepaalde patiënt compatibel is met de oppervlakken van bepaalde nanodeeltjes die medicijnen leveren.

"We waren geïnteresseerd in een snelle en gemakkelijke manier om deze nanodeeltjes uit plasma te halen, zodat we konden ontdekken wat er aan de oppervlakte gebeurt en ze opnieuw konden ontwerpen om effectiever in bloed te werken, " zei Michael Heller, een professor nano-engineering aan de UC San Diego Jacobs School of Engineering en senior auteur van de studie.

Het apparaat dat werd gebruikt om de nanodeeltjes van de medicijnafgifte te isoleren, was een elektrische chip ter grootte van een dubbeltje, vervaardigd door op La Jolla gebaseerde Biological Dynamics, die de originele technologie van UC San Diego in licentie heeft gegeven. De chip bevat honderden kleine elektroden die een snel oscillerend elektrisch veld genereren dat selectief de nanodeeltjes uit een plasmamonster trekt. Onderzoekers plaatsten een druppel plasma verrijkt met nanodeeltjes in de elektrische chip en toonden binnen 7 minuten herstel van nanodeeltjes. De technologie werkte op verschillende soorten nanodeeltjes voor medicijnafgifte die doorgaans in verschillende laboratoria worden bestudeerd.

De doorbraak in de technologie berust op het ontwerpen van een chip die kan werken in de hoge zoutconcentratie van bloedplasma. Het vermogen van de chip om de nanodeeltjes uit plasma te trekken is gebaseerd op verschillen in de materiaaleigenschappen tussen de nanodeeltjes en plasmacomponenten. Wanneer de elektroden van de chip een oscillerend elektrisch veld aanleggen, de positieve en negatieve ladingen in de nanodeeltjes heroriënteren zich met een andere snelheid dan de ladingen in het omringende plasma. Deze tijdelijke onbalans in de ladingen creëert een aantrekkingskracht tussen de nanodeeltjes en de elektroden. Terwijl het elektrische veld oscilleert, de nanodeeltjes worden continu naar de elektroden getrokken, de rest van het plasma achterlatend. Ook, het elektrische veld is ontworpen om met precies de juiste frequentie te oscilleren:15, 000 keer per seconde.

"Het is verbazingwekkend dat deze methode werkt zonder enige aanpassingen aan de plasmamonsters of aan de nanodeeltjes, ' zei Ibsen.