Электрические поля легко удаляют наночастицы из крови

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали технологию, использующую осциллирующее электрическое поле для быстрого и простого выделения наночастиц для доставки лекарств из крови. Технология может стать универсальным инструментом для разделения и извлечения наночастиц из других сложных жидкостей в медицинских, экологических и промышленных целях.

Наночастицы, размер которых примерно в тысячу раз меньше ширины человеческого волоса, трудно отделить от плазмы — жидкого компонента крови — из-за их малого размера и низкой плотности. Традиционные методы удаления наночастиц из образцов плазмы обычно включают её разбавление, добавление раствора с высокой концентрацией сахара и центрифугирование или присоединение к поверхности наночастиц целевых агентов. Эти методы либо изменяют нормальное поведение наночастиц, либо неприменимы к некоторым наиболее распространённым их типам.

«Это первый пример выделения широкого спектра наночастиц из плазмы с минимальными манипуляциями», — сказал Стюарт Ибсен, постдокторант кафедры наноинженерии и первый автор исследования, опубликованного в октябре в журнале Small. «Мы разработали очень универсальную технику, которую можно использовать для извлечения наночастиц во многих различных процессах».

Эта новая технология позволит исследователям, особенно тем, кто разрабатывает и изучает наночастицы для доставки лекарств, лучше отслеживать, что происходит с наночастицами, циркулирующими в кровотоке пациента. Один из ключевых вопросов — как белки крови связываются с поверхностью наночастиц, делая их менее эффективными. Технологию также можно использовать в клинике, чтобы определить, совместима ли биохимия крови конкретного пациента с поверхностью определённых наночастиц.

«Нас интересовал быстрый и простой способ извлечения этих наночастиц из плазмы, чтобы понять, что происходит на их поверхности, и перепроектировать их для более эффективной работы в крови», — сказал Майкл Хеллер, профессор наноинженерии и старший автор исследования.

Устройство для выделения наночастиц представляет собой электрический чип размером с десять центов, изготовленный компанией Biological Dynamics из Ла-Хольи, которая лицензировала исходную технологию у UC San Diego. Чип содержит сотни крошечных электродов, генерирующих быстро осциллирующее электрическое поле, которое селективно вытягивает наночастицы из образца плазмы. Исследователи поместили каплю плазмы с добавленными наночастицами в чип и продемонстрировали их извлечение в течение 7 минут. Технология сработала для разных типов наночастиц, обычно изучаемых в различных лабораториях.

Прорыв технологии основан на разработке чипа, способного работать в условиях высокой концентрации солей в плазме крови. Способность чипа извлекать наночастицы основана на различиях в материальных свойствах между наночастицами и компонентами плазмы. Когда электроды чипа создают осциллирующее электрическое поле, положительные и отрицательные заряды внутри наночастиц переориентируются с иной скоростью, чем заряды в окружающей плазме. Это временное нарушение баланса создаёт силу притяжения между наночастицами и электродами. По мере колебания поля наночастицы постоянно притягиваются к электродам, оставляя плазму позади. Электрическое поле осциллирует с оптимальной частотой: 15 000 раз в секунду.

«Удивительно, что этот метод работает без каких-либо модификаций образцов плазмы или самих наночастиц», — сказал Ибсен.