科学家发明了一种硬币大小的设备，可以快速分离血浆

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家们开发了一种硬币大小的芯片设备，可以在30分钟内直接从一管血液中分离出血浆，与目前的黄金标准多步离心过程相比，这种设备更方便、更人性化。它被命名为ExoArc，只需一步，就可以精确而温和地去除99.9%以上的血细胞和血小板，从而实现高血浆纯度，这将大大加快临床分析和筛选生物标志物，这些生物标志物是某些癌症和疾病的特异性迹象。

　　

新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家们开发出一种硬币大小的芯片，可以在30分钟内直接从一管血液中分离出血浆，与目前的黄金标准多步离心过程相比，这种芯片更方便、更人性化。 

它被命名为ExoArc，只需一步，就可以精确而温和地去除99.9%以上的血细胞和血小板，从而达到高血浆纯度。 

这将大大加快对游离细胞DNA和RNA分子的临床分析，以及通常被称为细胞外囊泡的纳米颗粒。这些颗粒通常用于筛选生物标志物，这些生物标志物是某些癌症和疾病的特异性迹象。 

目前，分离血浆的唯一方法是使用离心机，离心机高速旋转血液样本，将血细胞从血浆中分离出来。 

然而，即使在离心机中旋转两轮后，血浆中仍会存在一些细胞和血小板，它们会分解或降解，释放出额外的生物含量，从而导致不需要的物质，影响诊断测试的准确性。 

作为概念验证，该团队建造了一个便携式原型设备(尺寸为30cm x 20cm x 30cm)来容纳ExoArc芯片(3.5cm x 2.5cm x 0.3cm)，该芯片具有大型触摸屏界面来调整设置，以及用于处理血液样本和收集分离血浆的内部泵和管道。 

该团队与新加坡国家癌症中心(NCCS)、Tan Tock Seng医院(TTSH)和科学、技术和研究局(A*STAR)的临床科学家一起，通过使用生物标志物面板分析健康人和癌症患者血浆中的microRNA谱，对ExoArc进行了临床验证，发现它能够诊断非小细胞肺癌，灵敏度为90%。 

作为一项创新，ExoArc目前通过南洋理工大学的创新和企业公司NTUitive申请了两项专利，其研究结果最近发表在美国化学会旗下的期刊ACS Nano[1]上。 

该研究的首席科学家、南洋理工大学副教授侯汉伟表示，该团队的目标是找到一种更快的解决方案，可以取代离心机，同时仍能产生用于疾病筛查和研究的高质量血浆。 

自第一台离心机发明至今已有近160年的历史，现代高速离心机成为实验室中制备血液样本的标准工具已有近50年的历史[2]。尽管取得了这些进步，但分离像血液这样由各种细胞类型和各种生物材料组成的复杂液体仍然是一个挑战，”来自机械与航空航天工程学院和李光前医学院(LKCMedicine)的生物医学工程师Hou副教授解释说。 

“通过利用一美元硬币大小的芯片中微小通道中的独特流动现象，我们现在可以根据它们的大小有效地分离小型生物材料，而无需使用任何物理膜或过滤器。我们已经将这项突破性技术转化为小型台式打印机大小的设备，采用一次性塑料芯片，以防止临床测试中的交叉污染。” 

该论文的合著者，NCCS医学肿瘤科高级顾问兼SingHealth杜克-新加坡国立大学肺中心研究主任Darren Lim教授解释了高质量血浆的重要性。 

“减少降解血细胞的污染对诊断测试的准确性至关重要。我们的研究表明，这种设备可以更快、更精确地进行临床诊断，大大减少了等待检测结果的时间，减少了患者的焦虑，最终改善了他们的整体护理。这对癌症治疗尤其重要。” 

在其广泛应用的另一个演示中，该团队使用ExoArc使用定量聚合酶链反应(PCR)研究健康人和2型糖尿病患者血浆样本中的microRNA分子。

仅从一管血液中，他们就鉴定出293种不同的microRNA分子。研究小组还发现，与健康参与者相比，2型糖尿病患者的血浆和细胞外囊泡中的microRNA谱具有不同的组成。这表明ExoArc在帮助分离和鉴定疾病相关生物标志物方面具有潜力。 

Tan Tock Seng医院糖尿病和内分泌学高级顾问，副教授Rinkoo Dalan表示，初步结果很有希望，并显示出ExoArc能够帮助推动精准医疗的潜力。 

“这项技术可以通过提供更准确、及时和个性化的信息，帮助临床医生更好地预测和管理糖尿病等慢性代谢疾病的并发症。通过准确检测特定的生物标志物，我们可以根据每位患者的独特需求定制治疗方案，从而有可能改善结果并提高护理质量，”Dalan副教授说，他也是lkc医学院的一名教师。 

ExoArc与传统离心机 

目前分离血浆的金标准方法依赖于离心机，这不是万无一失的，而且高度依赖于每次旋转后手工提取血浆的技术人员的技能。 

即使在长达一个小时的两轮离心后，残留的生物细胞仍可能留在血浆中，可能会污染RNA测试并导致不准确的结果。

 其中一个关键原因是血液测试对时间敏感，需要在一天甚至几个小时内进行处理，以防止细胞中生物材料的快速降解。这种分解会将额外的DNA、RNA或囊泡引入血浆，从而扭曲测试结果。 

实验室通常在使用离心机之前等待积累多个血液样本，将分离过程延长几个小时。这种延迟加上离心持续时间的延长和操作人员的变化，有时使比较不同研究实验室之间的科学发现变得具有挑战性。 

与通常处理多管血液样本的离心机不同，ExoArc技术可以通过设计多个通道来扩大规模，以便在诊所或医院接收血液样本时以更快和更一致的方式同时分离血浆。

 未来，这一过程可以自动化为一步过程，这将大大减少准备测试样品所需的时间，并将简化诊断过程，可能有助于降低总体成本。通过调整大小截止，该平台技术还可用于从血液或其他生物液体中分离细菌或病毒。

ExoArc的开发得到了南洋理工大学创新与创业计划下直觉缺口基金的概念验证和价值验证拨款的支持。该计划旨在将研究转化为实际创新，以解决人口老龄化等社会挑战，并为新加坡带来显著的经济效益。 

这项研究还包括麻省理工学院和德克萨斯大学加尔维斯顿分校的科学家们的贡献。