2020年2月7日，东南大学生命科学与技术学院柴人杰教授及生物科学与医学工程学院赵远锦教授和陶纬国教授共同通讯在国际著名期刊Biosensors and Bioelectronics(IF:9.518)发表了题为“Isolation and analysis of extracellular vesicles in a Morpho butterfly wing-integrated microvortex biochip”的研究论文，实现了对EVs的高通量富集，分离效率达到70%以上。此外，还证明了基于基于蝴蝶翅膀的纳米探针系统能够实现EVs中核酸和蛋白质的下游生物分析。
细胞外囊泡（EVs）是磷脂的双层结构，来源于几乎所有类型的细胞，它能将蛋白质、microRNA等多种生物活性分子直接转移到受体细胞，参与细胞通讯、细胞迁移，免疫应答和肿瘤细胞生长。鉴于这些前提，EVs的分离和分析在生物标记物的发现和疾病诊断方面具有巨大的潜力。近年来，人们设计了多种方法来实现EVs的分离，如超离心法、超滤法、免疫磁珠法、试剂盒法等，但这些方法仍存在耗时长、成本高、膜完整性差、效率低、纯度低等缺点。微流控芯片以其高通量、低材料消耗、低污染、分析所需样品少等优点受到了广泛的关注，这些特性使其适合于生物医学研究。然而，传统的微流控器件仅以层流和单轴流的形式出现，导致了微流控器件在流道中的分子扩散受到限制。这种不充分的混合导致了与通道腔体表面的相互作用较低和EVs分离效率低问题，这就限制了它们在EVs分离中的实际应用。因此，迫切需要一种新的微流控方法来产生充分的微涡流并提高分离效率。
大蓝闪蝶翅膀源于自然，具有由一系列相交点连接的自然三维（3D）微槽结构。这些微槽在翅膀表面平行排列，脊线之间的距离在0.5～5μm之间，这种微通道结构首次被用于EVs的分离。此外，作为一种天然的光子晶体，蝴蝶翅膀可以增强荧光强度，在生物检测方面具有明显的优势。由于EVs膜具有脂质双层结构，我们用脂质纳米探针对蝴蝶翅膀进行了修饰，使其能够更有效地被插入到EVs中。实验数据显示，此生物芯片可以实现对EVs的高通量富集，分离效率可达70%左右。通过提取RNA、基于CD9生物标志物的western blotting等多种检测方法证实了这一结果。
该研究成果实现了EVs的高通量富集，而且捕获的EVs易于释放，后续可通过提取RNA等相关生物分子进行一些生物学分析。故蝴蝶翅膀集成的微涡流生物芯片不仅在EVs上具有很高的分离力，而且在生物医学研究和癌症诊断方面具有潜在的应用价值。
东南大学柴人杰教授、赵远锦教授和陶纬国教授为该论文的共同通讯作者。该课题得到了中国科学院战略重点研究计划、国家重点研究开发计划、中国国家安全基金会、江苏省自然科学基金会，中国国家自然科学基金；勃林格-英格翰制药有限公司；王国庆教育基金会；东南大学科研基金会；东南大学研究生院科研基金会的支持。
