納米晶元分離外泌體技術成為IBM評選的5種熱門技術之一

外泌體資訊網 訊/在過去十年中，IBM每年要求他們的科學家和研究人員智囊團，選擇出被廣泛應用的最熱門的五種技術（5 in 5）。今年的5 in 5的榜單著眼於利用納米技術、人工智慧和半導體製造的發展，產生新一代的儀器和工具。

今年的5 in 5之一：Lab-on-a-chip

在5年後，新的醫療實驗室晶元將成為一個納米級的健康偵探，並在我們的體液追蹤看不見的線索，讓我們立即知道，我們有必要去看醫生了。該目標是將通常在生物化學實驗室中進行的所有疾病分析所需的所有過程縮減到單個硅晶元。

早期發現疾病至關重要。在大多數情況下，疾病診斷的時間越早，治癒或良好控制的可能性越大。然而，像癌症或帕金森病這樣的疾病很難被發現，在癥狀出現之前就已經在我們的身體有所表現了。關於我們的健康狀態的信息可以從體液中的微小生物顆粒提取，例如唾液、眼淚、血液、尿液和汗水。現有的科學技術面臨著捕獲和分析這些生物顆粒的挑戰，這可比人類頭髮的直徑要小几千倍。

我們最終目的是可以將晶元實驗室技術（Lab-on-a-chip）封裝在便利的手持設備中，以幫助人們快速和定期測量在少量體液中的生物標誌物，在家裡就可以方便地將這些信息安全地傳輸到雲端中。它可以與來自其他物聯網設備（如睡眠監視器和智能手錶）的實時健康數據結合，並由AI系統分析以獲取結果。當這些數據集合在一起時，我們將深入了解我們的健康，並提醒我們首先出現有問題的跡象，幫助在疾病在進展之前阻止疾病。

在IBM Research，科學家正在開發Lab-on-a-chip技術，可以分離直徑達20納米的生物顆粒，這是一個可以接近DNA、病毒和外泌體的大小規模。這些顆粒可以被分析，甚至在我們有癥狀之前顯示潛在的疾病跡象。這種技術被稱為液體活檢，被認為比傳統的組織活檢或癌症篩選技術更容易、舒適和方便。

目前的焦點技術

已經有幾家公司正在考慮使用生物顆粒例如外泌體來早期診斷疾病，儘管IBM是第一個將外泌體的分離和檢測的晶元技術降低到可適用範圍內的公司。IBM的方法使用nanoDLD並通過具有特殊的、IBM設計的不對稱柱陣列的硅晶元來處理液體樣品。其中晶元是最關鍵的，它可以將樣品中的粒子進行分類和分離。較小的顆粒在流體的方向上以Z字形運動，而較大的顆粒沿著柱不對稱的方向撞擊陣列。大顆粒表現得像卡車司機被迫在偏離高速公路的卡車車道上行駛，而小顆粒表現得像小汽車的直線行駛並沒有偏離。以類似的方式，IBM的柱陣列可以使不同尺寸的材料被分離和用於檢測或分析。如果你了解Plinko遊戲或日本版的Pachinko（彈球遊戲），就比較容易理解這件事情。

從這些晶元提取的信息是可以指示是否存在疾病的信號。這可以與來自物聯網的設備（如睡眠監視器和智能手錶）的數據相結合，並通過認知系統進行處理，為我們提供完整的健康視圖。(exosomemed.com)

參考資料：

Benjamin H. Wunsch, Joshua T. Smith, Stacey M. Gifford, Chao Wang, Markus Brink, Robert L. Bruce, Robert H. Austin, Gustavo Stolovitzky and Yann Astier, 「Nanoscale lateral displacement arrays for the separation of exosomes and colloids down to 20?nm.」 Nature Nanotechnology.

US Patent No. 9,012,329 – 「Nanogap in-between noble metals」