圣母大学创建的一种新设备采用了一种创新方法来“监听”细胞的对话。科学家们早就知道RNA(核糖核酸)在细胞内充当信使，翻译DNA信息以帮助细胞制造蛋白质。

但最近，科学家发现某些类型的RNA会冒险进入细胞壁之外。每一条“细胞外RNA”或exRNA都位于一个微小的载体“瓶子”内，并沿着体液流动，就像瓶子里的微观信息一样，将信息携带到其他细胞。

对exRNA的新认识也提出了一个诱人的可能性：我们能否使用exRNA作为“监听”细胞对话的一种方式?

“这些细胞外RNA是信息的金矿，”圣母大学化学与生物分子工程拜耳教授Hsueh-ChiaChang说。“它们可能携带癌症、心脏病、艾滋病毒和其他危及生命的疾病的早期预警信号。”

纳米流体学专家Chang解释说，使用exRNA诊断疾病不仅比现有方法更有效，而且更快、更便宜，因为少量血液或其他体液样本中就有足够的exRNA，可以表明许多疾病的存在。疾病。

但拦截和解释exRNA信息一直是一项艰巨的挑战。许多实验室尝试从血液或其他体液样本中过滤它们。许多其他人已经使用先进的离心机来分离exRNA。这些方法收效甚微，原因很简单：携带exRNA信息的不同类型的“瓶子”在大小和重量上存在重叠。

即使是最先进的过滤器和离心机也会让许多载体混在一起。使用这些方法的实验室必须添加额外的步骤，其中添加化学物质或小磁性颗粒，以进一步将载体分类为离散的组。

四年前，张和圣母大学的一组研究人员决定尝试一种全新的方法，他们的想法得到了美国国立卫生研究院共同基金的支持，该基金选择有前景的“高风险、创新性努力，具有潜力”。以获得非凡的影响。”

与张一起的还有圣母大学的另外三名教员：莫里斯·波拉德生物科学教授CrislynD'Souza-Schorey;DavidGo，副校长兼学术战略副教务长，航空航天与机械工程ViolaD.Hank教授;和SatyajyotiSenapati，化学与生物分子工程系研究副教授。博士后研究员HimaniSharma担任项目负责人，化学和生物分子工程研究生VivekYadav帮助进行了这项研究。

在《ACSNano》上发表的一项研究中，Sharma、Chang和他们的同事描述了他们研究成果的突破性装置。

新技术结合使用pH(酸度/碱度)和电荷来分离载体。这个想法依赖于这样一个事实：尽管载体在大小和重量上重叠，但每种类型都有一个独特的“等电点”——pH值或酸度/碱度水平，在该点上它不带正电荷或负电荷。

该设备集成了巴黎圣母院开发的多项现有技术，非常适合手掌。

流过设备中间的是一条看起来像简单水流的东西。但这条溪流有一些肉眼看不到的特殊之处。左侧的水呈高酸性，pH值与一杯葡萄柚汁的pH值大致相同。在溪流的另一边，水呈强碱性，pH值类似于一瓶氨水。

该设备的一个特殊功能不仅在于它在流中具有pH梯度，还在于它如何实现该梯度。该技术能够在不添加任何化学品的情况下产生梯度，使其比依赖添加酸和碱的设计更便宜、更环保、运行更高效。

梯度不是来自化学物质，而是来自由专门设计的芯片驱动的双面膜。该膜将水分成两种离子(H+和OH-)，并向水流的两侧添加不同种类的离子。膜的一侧释放酸性水合氢离子，另一侧释放碱性氢氧根离子。

当碱性和酸性流流在一起时，它们会产生pH梯度，就像热流和冷流流在一起会形成热侧和冷侧，并在流中间形成温度梯度。该团队使用并行运行的两台设备来选择载体分离所需的pH范围，并利用机器学习优化流程。

pH梯度实现了过滤器和离心机无法实现的效果：它使漂浮在流中的exRNA载体像穿过棱镜的光的颜色一样对自身进行分类。不同类型的载体沿着它们的等电点形成线，它们可以很容易地流出到单独的出口。

借助新方法，研究团队能够使用不到一毫升的血浆、唾液或尿液生成非常纯净的样本(纯度高达97%)。与当前方法相比，该过程也快如闪电。现有最好的技术大约需要一天才能实现分离，而圣母大学团队只需半小时即可对样本进行全面分类。

夏尔马说：“我们已经申请了专利，很快希望这项技术能够商业化，这样可以帮助改善癌症和其他疾病的诊断。”夏尔马因这项研究工作获得了圣母大学哈珀癌症研究中心的多项奖项。研究所。

夏尔马说：“全球70%以上的死亡病例是由非传染性疾病造成的，其中心血管疾病和癌症是其中的大部分。”“我们的技术展示了一条改善临床医生诊断这些疾病的方式的途径，这可以挽救大量生命。”

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