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在纳米尺度上理解生物学的新技术

华盛顿州立大学的研究人员首次表明,他们可以利用电场获取有关在动植物中移动的微小浮动囊泡的有价值信息,这对于许多生物功能至关重要。

这项新技术可以使研究人员更容易,更便宜地获取有关许多生物过程的重要信息 - 从了解人类感染的传播到改善药物输送技术。由研究生Adnan Morshed和机械与材料工程学院教授Prashanta Dutta领导的这项工作发表在Physical Review Fluids上。

在生物学的大部分基础上都是细胞,在更小的尺度上,细胞状的气泡漂浮在液体中,从事重要的工作。因此,例如,神经元通过囊泡传递我们的大脑,囊泡将信息和化学物质从一个神经元传递到另一个神经元。HIV病毒是另一种微小的囊泡。随着时间的推移,携带HIV的囊泡会发生变化并变得僵硬,这表明病毒变得更具传染性。

但是研究这些微小且极其重要的细胞囊的特性,这些细胞囊穿过液体中的生物体是很困难的,特别是当研究人员得到最小尺寸为40-100纳米的漂浮物时。为了研究微小尺度的生物过程,研究人员使用原子力显微镜,这需要从天然浮动房屋中移除囊泡。该过程昂贵,繁琐且缓慢。Dutta说,此外,通过将它们从自然环境中取出,生物材料也不一定表现出它们的自然行为。

WSU研究团队开发了一个系统,该系统使用基于微流体的系统和电场来更好地了解囊泡。类似于通过扫描仪识别产品的杂货店检查员,研究人员在囊泡穿过狭窄的孔隙时在液体中施加电场。由于电场,囊泡根据其化学组成而不同地移动,变形或反应。例如,在HIV囊泡的情况下,研究人员应该能够看到电场以不同于更灵活,感染性更低的囊泡的方式影响更硬,更具感染性的囊泡。对于药物输送,该系统可以区分含有更多或更少药物的囊泡 - 即使两个细胞在显微镜下可能看起来相同。

“我们的系统成本低,吞吐量高,”Dutta说。“我们一次可以真正扫描数百个样本。”

他补充说,他们可以改变过程的速度,让研究人员更仔细地观察房产变化。

研究人员开发了一个模型,并用合成脂质体测试它,这是一种用于靶向给药的小囊。他们希望尽快使用更真实的生物材料开始测试该过程。

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