" 通过外形微粒进行排序的能力可以提高人类的健康|工程斯坦福学校

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          通过外形微粒进行排序的能力可以改善人类健康

          这项新技术repurposes生物学的常用工具,可以帮助独立的红血细胞白血细胞或微生物细胞的人类细胞。

          Illustration of squares 和 circles

          研究人员创建了一个形状分类器,以帮助识别和隔离微粒。 |插图由Kevin工艺

          工程师们想设计微粒的各种应用程序,但有一个很大的问题:到目前为止,材料科学家有没有可靠的方法通过形状来识别和排序微粒。

          如果他们能,它可以使你更容易实现深体内的药物或创建一个新的方式使用光晶体超纯水。

          现在,申博体育的工程师们可能已经解决了这个问题。发表在自然材料最近的工作, H。汤姆SOH,电气工程教授和放射科和前博士后学者彼得法师介绍了他们如何借用生物学的硬件工具,并从大气研究软件技术。结合这两种技术,它们创建了一个可以每秒几千微粒排序系统 - 造型上基于纯粹 - 他们认为更大的效率是可能的。

          “这将是在很多研究领域材料科学家超级有用的,说:” SOH,谁看到了从药品到生物医学成像拉伸领域的应用。

          新技术repurposes称为荧光激活细胞分选仪,或FACS熟悉的生物工具,其本身是在20世纪60年代在斯坦福发明的。生物学家使用流式细胞仪活细胞彼此分离 - 红血细胞从白色,人类从微生物或病毒,等等。 FACS的工作原理是供给细胞逐个通过激光束。传感器读散射掉细胞光可识别的图案。

          生物学家们很容易,当涉及到细胞分选,法师解释说,谁现在是在生物技术产业的科学家。这是因为生物学家可以标记与作为生物条形码来识别特定的细胞类型的荧光分子的细胞。存在使用荧光标记物,其自身附着到仅在活细胞中发现的分子,以确定颗粒形状没有有意义的方式。所以,到现在为止,FACS已经没用了材料科学和形状排序一直是路障科学进步。

          “想象凝视比的灰尘斑点较小的百万无形微粒的浓溶液和被要求用手工一个特定形状隔离,”法师说。 “这几乎是不可能的。”

          并且,在一个场,其中形状是一切,材料科学家留空手直到SOH和MAGE发现,下激光,微粒表现得像小透镜和反射镜,反射,折射和在同样不同的方式使光衍射基于它们的物理形状。

          所以,不像生物学家,材料科学家无需荧光标记的微粒,而不是在每一种形状都有自己的光散射签名。但要使FACS实用的分拣非生物材料,他们需要一种方法来预测散射签名会如何产生不同的形状。

          他们发现,大气科学家用来研究光在云的相互作用和水的软件技术问题的答案。在过去的三年中,法师和SOH已经用他们的混合动力系统进行分析和分类各种形状的微米和纳米粒子的散射特征。粒子标识符适用于含有不同尺寸和材料的复杂混合物。它可以区分的是几乎相同的形状,并且不被粒子取向上当颗粒。该团队甚至开发了一个分散型的工具包,可以容纳新的尺寸,形状和材质的签名尚待开发。

          基于光的形状识别是仅在其技术的第一步。第二步骤是迅速所希望的形状的粒子从含有许多形状的解决方案进行排序。在生物界,FACS通过施加小的电荷到一个液滴封入每个单元实现这一目的。斯坦福组中使用的相同的技术来引导颗粒进入基于形状的收集点。

          有一个尺寸下限的技术的有效性。研究人员研究了微粒从大至20微米,人类头发的近的宽度,以小到500纳米,电子的大小。大肠杆菌细菌细胞。他们认为他们可以提高他们的软件的复杂性,使系统甚至更小的粒子进行排序。但最终,他们想到的是,硬件会颠簸起来反对的根本限制,因为最微小的纳米粒子会散射光线均匀的形状无关,使排序是不可能的。

          即使如此,该技术提供了一种用于形分选微颗粒应用范围从药物输送到异国低功耗显示技术的新的需要的能力。申博体育的技术适用于任何的几种不同类型的现在在生物学研究中使用流式细胞仪的设备。它是教的硬件新花样新软件。

          “我们特意设计了我们的系统,现成的,货架FACS合作,减少障碍,其通过在材料科学利用,” SOH说。

          投稿者包括教授克雷格·霍克,项目科学家安德鲁吨。加州圣巴巴拉大学csordas和项目科学家丹尼尔·克林格;教授萨米尔·米特拉戈特里和哈佛大学的研究生泰勒·布朗;和申博体育的项目科学家迈克尔·爱森斯坦。

          财政支持由美国国防高级研究项目管理提供。