新加坡南洋理工大学(NTUSingapore)的科学家开发出一种硬币大小的芯片，只需30分钟即可直接从试管中分离出血浆，与目前的金标准相比，更加方便和人性化，多步离心过程。

科学家发明硬币大小的设备可快速分离血浆用于诊断和精准医疗

该设备名为ExoArc，只需一步即可精确、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。

这将大大加快无细胞DNA和RNA分子以及通常称为细胞外囊泡的纳米颗粒的临床分析。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特有的迹象。

目前，分离血浆的唯一方法是使用离心机，它高速旋转血液样本以将血细胞与血浆分离。

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，释放出额外的生物成分，从而产生影响诊断测试准确性的不需要的物质。

作为概念验证，该团队构建了一个便携式原型设备(尺寸为30厘米x20厘米x30厘米)来容纳ExoArc芯片(3.5厘米x2.5厘米x0.3厘米)，该芯片具有用于调整设置的大型触摸屏界面，以及用于处理血样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)、陈笃生医院(TTSH)和新加坡科学技术研究局(A*STAR)的临床医生科学家一起，通过分析血浆的microRNA图谱对ExoArc进行了临床验证使用生物标志物组对健康人和癌症患者进行研究，发现它能够以90%的灵敏度诊断非小细胞肺癌。

作为一项创新，ExoArc目前已通过南洋理工大学的创新与企业公司NTUitive提交了两项专利申请，其研究成果最近发表在《ACSNano》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来取代离心机，同时仍能产生用于疾病筛查和研究的高质量血浆。

“距离第一台离心机的发明已有近160年的历史，而现代高速离心机成为实验室制备血液样本的标准工具已有约50年的历史。尽管取得了这些进步，但分离复杂的液体(例如包含各种细胞类型的血液)机械与航空航天工程学院和李光前医学院(LKCMedicine)的生物医学工程师侯副教授解释说：

“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，我们现在可以根据尺寸有效分离小型生物材料，而无需使用任何物理膜或过滤器。我们已将这项突破性技术转化为设备大小与小型桌面打印机相当，具有一次性塑料芯片，可防止临床测试中的交叉污染。”

该论文的合著者、NCCS肿瘤内科高级顾问兼新加坡保健集团杜克-新加坡国立大学肺科中心研究主任DarrenLim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于诊断测试的准确性至关重要。我们的研究表明，该设备可以实现更快、更精确的临床诊断，显着减少测试结果的等待时间，减少患者的焦虑并最终改善他们的整体护理。这对于癌症治疗尤其重要，”林教授说。

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

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

陈笃生医院糖尿病和内分泌学高级顾问RinkooDalan副教授表示，初步结果令人鼓舞，并显示了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，从而有可能改善治疗结果并提高护理质量，”兼任LKCmedicine教学人员的Dalan副教授说道。

ExoArc与传统离心机对比

目前分离血浆的黄金标准方法依赖于离心机，这并非万无一失，并且高度依赖于每次旋转后手动提取血浆的技术人员的技能。

即使经过两轮离心(最多需要一个小时)，残留的生物细胞仍可能保留在血浆中，可能污染RNA测试并导致结果不准确。

关键原因之一是血液检测对时间敏感，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，这可能会扭曲测试结果。

实验室通常会在使用离心机之前等待积累多个血液样本，从而将分离过程延长了几个小时。这种延迟加上离心持续时间的延长和操作员的可变性，有时使得比较不同研究实验室之间的科学发现变得困难。

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，以便在诊所或医院以更快、更一致的方式接收血液样本时同时分离血浆。

将来，这一过程可以自动化为一步式过程，这将显着减少准备测试样品所需的时间，并简化诊断过程，可能有助于降低总体成本。通过调整尺寸截止值，该平台技术还可用于从血液或其他生物流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的NTUitiveGap基金的概念验证和价值证明赠款的支持。该倡议旨在将研究转化为实际创新，解决人口老龄化等社会挑战，并为新加坡带来显着的经济效益。