基于负磁泳技术的微流控系统，实现小细胞外囊泡高效分离

从复杂生物样本中高效分离小细胞外囊泡（sEV，30-200nm）是对其进行精准分析与临床应用的重要前提。然而，sEV的小尺寸和低浮力密度对其分离技术提出了重大挑战，目前缺乏高效统一的方法实现sEV的高纯度提取。近年来，微流控技术在生物样品处理中显示出巨大的潜力，具有传统技术难以企及的优势，基于微流控技术的sEV分离方法也得到了迅速发展。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院杨慧研究员团队在Lab on a Chip杂志上发表了题为“Extraction of small extracellular vesicles by label-free and biocompatibleon-chip magnetic separation”的研究，为sEV的片上快速分离提供了全新方法。

在该研究中，研究人员基于负磁泳原理构建了一个无须标记的片上磁分离系统。负磁泳技术利用磁性溶液在磁场中形成的浓度梯度，实现不同尺寸生物样本的分选，同时融合无标记分离技术，在实现样本不同组分精准分选的同时，避免了繁琐的标记-洗脱步骤和复杂的外部系统。

对于纳米尺寸的sEV，目前难以实现片上无标记磁分离，必需解决两个关键问题：1）提升负磁泳力使其达到纳米级尺寸分辨率；2）充分改善磁性溶液的生物相容性，使其广泛适用于各类生物样本。

图1 无标记磁分选系统设计图

为此，杨慧研究团队基于前期在片上负磁泳系统构建（Nanoscale，2021，13（7）：4029-4037；Microsystems&Nanoengineering，2022，8（1）：1-13）以及片上外泌体分析处理（Small，2021，17（35）：2102150）方面的工作基础，创新性地在微流控芯片内构建了高梯度磁场模块，可以在微通道中产生接近10⁵T/m的超高磁场梯度。建立在这一基础上，该系统仅通过使用极低浓度的磁流体即可实现纳米级分辨率的样品分选，因而极大提高了工作溶液的生物相容性，保持了sEV的长期生物活性。

图2 片上无标记磁分与超速离心方法对sEV分离效果的对比

上述微流控系统从细胞培养上清液中分选sEV，NTA（外泌体浓度粒径检测）测试结果表明，sEVs的回收率和纯度分别为85.80%和80.45%，分选性能远超目前常用的超速离心法。另外，TEM（透射电子显微镜）和NanoView（外泌体荧光检测分析）等测试结果表明，该系统能够保证sEV膜的完整及良好的生物活性。

中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员曾霖为本文第一作者，杨慧研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、广东省、深圳市等科技项目的资助。

论文链接：

http://doi.org/10.1039/d2lc00217e