微流控+机器人液体活检，中科大/苏州纳米所最新ACS Nano！

外泌体作为液体活检中具有潜力的生物标志物，其膜蛋白信息能够精准反映疾病状态。尤其是肿瘤来源外泌体，因其丰度高、结构稳定，被认为是癌症早期诊断与疾病监测的重要靶点。然而，外泌体的高度异质性，使得传统抗体类识别试剂的开发面临巨大挑战。核酸适配体因具备高亲和力、高特异性和可化学合成等优势，被视为理想的替代分子。然而，基于指数富集的配体系统进化技术（SELEX）的适配体筛选流程，在面对纳米尺度、复杂背景的外泌体时，往往遭遇分离效率低、流程繁琐、人工干预多等难题，严重制约了外泌体靶向适配体的研发效率与临床转化。如何让这一高度依赖经验、耗时耗力的筛选过程“稳定地自动运行"，成为液体活检领域亟待解决的关键问题。

近日，中国科学技术大学苏州高等研究院叶海航特任研究员、潘挺睿教授，与中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所裴仁军研究员团队通力合作，成功研发出集成微流控技术的自动化机器人平台DREAMbot，实现了外泌体靶向的适配体多轮自动化筛选，大幅降低人工干预并提升筛选效率与一致性。相关研究成果以 “Deterministic Evolution of Aptamers via a Microfluidic-integrated Robotic Platform Using Complex Exosomes as Targets" 为题发表，为液体活检领域的适配体开发提供了一种实用化的新框架。

破解纳米级外泌体筛选的“物理瓶颈"

适配体体外筛选的核心难点在于如何在复杂背景中实现纳米级外泌体的高效分离、纯化，并可靠富集特异性结合序列。传统SELEX流程依赖超速离心等外泌体分离方法，回收率有限且易混杂其他杂志；磁珠法和毛细管电泳法虽然在一定程度上提升了分离效率，但仍存在筛选偏倚或流程复杂的问题。与此同时，现有自动化微流控SELEX平台在靶点灵活性方面存在不足，难以适配外泌体高度异质的特性。针对这些长期存在的技术痛点，研究团队设计并构建了模块化的DREAMbot平台，有机整合三大核心模块：首先，可编程移液机器臂负责精准执行多轮筛选中的液体操作与样品转移，显著降低人工干预带来的不确定性。其次，DLD分选芯片通过微柱阵列结构设计，构建双区域尺寸分选体系，可高效将外泌体从细胞原液中分离出来，去除细胞及大尺寸细胞外囊泡等杂质，对纳米级颗粒的回收率超过90%，该芯片是使用摩方精密面投影微立体光刻（PμSL）技术（microArch® S240，精度：10 μm）制备而成。第三，磁控微流控芯片利用脂质修饰磁珠，通过脂质插入外泌体膜的方式捕获完整外泌体群体，避免了传统免疫磁分离对特定表面标志物的依赖，从而减少筛选偏倚，并实现适配体-外泌体复合物的高效纯化与洗脱。通过软件控制，DREAMbot可自动完成孵育、尺寸分选、磁捕获纯化、适配体洗脱及多轮迭代筛选，大幅简化了传统SELEX的操作流程。

更少轮次，稳定获得高亲和力适配体

为验证平台性能，研究团队首先以链霉亲和素包被磁珠为阳性靶标、蛋白A包被磁珠为阴性靶标，开展等效单轮SELEX实验。结果显示，在低选择压力条件下，DREAMbot对阳性靶标适配体的回收率可达80%，在高选择压力下仍保持约 60%，显著优于传统手动磁分离方法，并能有效去除非特异性结合序列。

在此基础上，研究团队以肝细胞癌特异性标志物GPC3阳性外泌体为靶向目标，分别从细胞培养上清和人血清样本中开展适配体筛选，并与传统手动SELEX方法进行平行对比。结果表明，DREAMbot仅需7–9轮筛选即可实现高亲和力适配体的富集并进入平台期，而手动方法通常需要10–11轮，显著缩短了筛选周期。通过高通量测序和酶联寡核苷酸分析（ELONA），团队筛选得到的适配体Apt-1对GPC3的解离常数（Kd）达到5.21 nM，展现出纳摩尔级的高亲和力，同时对CD63、CD81、CD9等外泌体常见四跨膜蛋白无明显交叉结合。

真实样本验证，展现临床应用潜力

进一步的流式细胞术验证显示，该适配体不仅能特异性识别细胞来源的GPC3阳性外泌体，对肝癌患者血清来源的外泌体同样产生强结合信号，阳性率达到59.3%–63.4%；相比之下，健康人血清外泌体的结合信号低于13.4%。这一结果表明，DREAMbot平台筛选得到的适配体在真实临床样本检测中具备良好应用潜力。此外，研究团队针对通用外泌体标志物 CD63 的适配体筛选也取得了类似效果，进一步验证了该平台对不同外泌体靶点的适用性。

从“人工经验"走向“可复制运行"，为液体活检与生物筛选提供新工具

值得注意的是，DREAMbot采用开放式、模块化架构，输出样品格式兼容微孔板读数仪、流式细胞仪、光谱仪等常规分析设备，无需额外定制检测系统。同时，基于Python的控制软件实现了移液机器臂、流量控制器和磁致动器的协同控制，使非微流控专业人员也能便捷开展相关实验。尽管目前平台仍需少量人工操作完成PCR扩增等离线操作，但其已实现SELEX核心流程的自动化执行，为未来全流程端到端自动化奠定了基础。

综上所述，中国科大团队研发的DREAMbot平台，通过将DLD分选与脂质辅助磁分离技术集成于自动化机器人系统，成功解决了纳米级外泌体在 SELEX中的分离与富集难题，实现了复杂背景下外泌体靶向的适配体高效、稳定和自动化筛选。