基于雙切向流的微流控分離裝置，實(shí)現(xiàn)外泌體的高效分離與富集

外泌體（exosomes，EXOs）是一種直徑在40 nm-200 nm之間的具有磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)的囊泡。目前，科研人員已經(jīng)從各種體液，如精液、血液、尿液、唾液、母乳、羊水、腹水、腦脊液以及膽汁中分離出了具有外泌體特征的囊泡。同時(shí)，外泌體作為一種功能性的囊泡，包含了豐富的來(lái)自母體細(xì)胞的分子信息，例如DNA、RNA、脂質(zhì)、代謝物、細(xì)胞質(zhì)以及蛋白等，引起了科研人員的廣泛興趣。然而，外泌體作為一種納米尺寸的柔性顆粒，且所處體液環(huán)境組成復(fù)雜，因此，實(shí)現(xiàn)外泌體準(zhǔn)確無(wú)損的無(wú)標(biāo)簽分離一直是外泌體研究領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸。

切向流過(guò)濾（TFF）技術(shù)是過(guò)濾技術(shù)的一種，當(dāng)分離液體移動(dòng)方向與過(guò)濾方向垂直，一部分液體將會(huì)透過(guò)分離介質(zhì)，截流的顆粒在分離界面上不斷被新補(bǔ)充的液體掃除，降低了節(jié)流顆粒在膜表面的積累，使其一直處于高效的過(guò)濾模式，因此，TFF在生物分子分離上有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。外泌體等柔性囊泡在使用TFF方法進(jìn)行分離時(shí)由于不直接受到流體的擠壓，而是通過(guò)輕柔的切向作用流過(guò)分離界面，極大地減小了對(duì)外泌體等柔性結(jié)構(gòu)的破壞，保證了其完整性。同時(shí)，前期報(bào)道的單層TFF分離作用有限，往往需要進(jìn)行高速離心等預(yù)處理步驟。因此，有必要發(fā)展一種雙層TFF過(guò)濾設(shè)備用于外泌體的高效分離與富集。

近日，東南大學(xué)劉松琴教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊Analytica Chimica Acta上發(fā)表了題為“A double tangential flow filtration-based microfluidic device for highly efficient separation and enrichment of exosomes”的研究論文。該研究設(shè)計(jì)了一種基于雙切向流（DTFF）的微流控分離裝置，結(jié)合雙切向技術(shù)與兩種孔徑的納米多孔膜，實(shí)現(xiàn)對(duì)30 nm-200 nm區(qū)間外泌體的高效分離與富集。利用該芯片分離肝疾病患者血清中的外泌體，并進(jìn)行蛋白組學(xué)分析，得出了外泌體表達(dá)的差異蛋白，為肝臟相關(guān)疾病的診斷提供了新思路。文章通訊作者為東南大學(xué)劉松琴教授，第一作者為東南大學(xué)華鑫博士與研究生朱倩。

該論文首先搭建了一種基于雙切向流的微流控裝置，雙層的TFF構(gòu)造為尺寸分布不夠均勻的生物囊泡分離提供了可靠的方法，通過(guò)構(gòu)建兩種不同尺寸的分離界面，可以限定待分離生物囊泡的上下限，將大于該區(qū)間的物質(zhì)攔截，小于該區(qū)間的物質(zhì)通過(guò)流體流動(dòng)分離；同時(shí)，雙層TFF作用相較于單層TFF，其壓力更小，對(duì)于維持囊泡的完整性上更具優(yōu)勢(shì)。

將該方法與傳統(tǒng)外泌體分離方法-超速離心法進(jìn)行對(duì)比，芯片分離在耗時(shí)、純度、回收率、耗材耗費(fèi)以及設(shè)備耗費(fèi)上均優(yōu)于超速離心法。進(jìn)一步用芯片與超速離心兩種方法分離肝疾病患者血清中的外泌體，并進(jìn)行蛋白組學(xué)分析，芯片分離出的血清外泌體純度高于超速離心法得到的外泌體，并在蛋白組學(xué)分析中展現(xiàn)了更多的差異蛋白，為疾病相關(guān)外泌體的研究及臨床應(yīng)用提供了新的方法。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.aca.2023.341160

審核編輯 ：李倩