从复杂生物样本中分离病毒，对于构建高灵敏的生物测定以评估病毒疗法和疫苗的有效性和安全性至关重要。该技术在新冠疫情（COVID-19）期间发挥了重要作用。然而，由于需要多个处理步骤，现有的病毒分离方法耗时、耗力，导致产量较低。
声学镊子作为一种新兴的工具，它利用声波与固体、液体和气体的相互作用，用于在大范围内精准、无接触地操控多尺度（从纳米级到毫米级）下的微粒或细胞，是一种具备非常广阔应用前景的技术。
据麦姆斯咨询介绍，美国杜克大学、加州大学洛杉矶分校和哈佛大学的研究人员开发了一种通过贝塞尔波束激发分离技术（BEST）从复杂生物样本中快速、高效、高分辨率地分离病毒的声流体技术。这种BEST利用二维平面内贝塞尔声波束的无衍射和自修复特性，从生物流体中连续分离无细胞病毒，具有高通量和高病毒RNA产率的特点。
通过调整声学参数，可以轻松调整分离病毒的截留尺寸，从而进行动态、尺寸选择性病毒分离。该BEST平台可捕获较大的颗粒，同时将较小的颗粒和污染物从样品中分离出来，实现目标病毒的高精度分离。
研究人员利用BEST从人类唾液样本中分离严重急性呼吸系统综合征冠状病毒2（SARS-CoV-2），以及从细胞培养基中分离莫罗尼小鼠白血病病毒，证明了它在实际诊断应用和基础病毒学研究中的应用潜力。这种BEST分离具有分辨率高、产率高、纯度高的特点，是快速高效分离病毒的有力工具。这项技术有望在下一代病毒诊断、治疗和疫苗的开发中发挥重要作用。
技术要点
- 创新技术：该BEST平台利用声学镊子将生物样本中的病毒与其它微粒进行分离。
- 高效分离：成功从唾液中分离出SARS-CoV-2病毒，病毒遗传物质回收率达90%。
- 未来应用：该技术旨在进一步扩展以分离更小的颗粒，推进抗病毒疗法的开发。
BEST中的声流效应的数值模拟
开发抗病毒疗法和疫苗需要对致病病毒进行深入研究。这项研究成果已经以“Acoustofluidic Virus Isolation via Bessel Beam Excitation Separation Technology”为题发表于ACS Nano期刊。
对病毒进行分离、鉴定和基因测序，为科学家提供了了解病毒如何致病以及如何开发有效疗法的重要信息。目前从生物样本中分离病毒和其他颗粒的方法包括耗时的超速离心和细胞培养。为了加快并简化这些过程，研究人员将目光投向了声流体技术，一种利用声波对液体中颗粒按尺寸进行分离的技术。他们选择了一种被称为贝塞尔波束的特殊类型声波，它可以调谐以对特定的纳米级粒子进行分选，并且，多个波束可以长距离紧密聚焦，就像形成一对镊子。
研究人员开发的BEST平台由一个矩形芯片组成，芯片一端是样本装载入口，另一端是独立的病毒和废物出口。两束贝塞尔声波穿过芯片，垂直于样品流。通过调整波束的波长，系统可以对不同尺寸的颗粒进行了分选：直径大于150 nm的大颗粒被截留在芯片上，直径小于50纳 nm的小颗粒从废料出口排出，在病毒出口可以收集中等大小（直径50～150 nm）的病毒。
该研究团队利用携带SARS-CoV-2的人类唾液样本对BEST平台进行了测试。从芯片病毒出口收集的液体含有90%的病毒遗传物质，而从废物出口收集的液体则不含病毒遗传物质，这表明该平台成功分离了病毒。研究人员用电子显微镜证实了这一结果，只在病毒出口取样的液体中发现了病毒。尽管BEST目前还不能从直径小于50 nm的细小病毒中分离出废物颗粒，但研究人员正在努力扩大该技术的应用范围，使其能够用于开发治疗多种病毒性疾病的新靶点。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acsnano.4c09692
