[發明專利]一種導入裝置及導入方法

在審

• 申請號: 201611244104.2
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106868049A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 段學欣;龐慰;王艷艷;張智欣
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C12N15/87
• 分類號: C12N15/87
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,盧軍峰

技術領域

本發明涉及一種將外源分子導入至細胞內容的導入裝置及導入方法。

背景技術

在現代分子生物學中，安全有效的對生物個體或細胞進行藥物(包括藥物分子及基因)導入是很關鍵的一環。由于細胞的細胞膜會保護細胞內部不受外界分子的干擾，所以直接用外源藥物或基因與細胞作用，能夠達到的給藥效果微乎其微。因此，人們研發了各種化學或物理給藥方法來提高細胞膜的滲透性，從而提高外源分子進入細胞的速率及效率，達到治療的效果。

化學給藥方法通常利用重組病毒或化學合成載體與目標外源分子結合，減小其進入細胞內的阻礙，達到增強外源分子導入效率的效果。但是化學給藥方法會引入外源的化學試劑，增加了機體變異或潛在免疫的風險。此外，化學給藥方法需要復雜的合成及準備過程，增加了技術方法的復雜性。

“電穿孔”或“聲穿孔”等物理給藥方法利用物理激勵在細胞膜上產生瞬時的孔，為目標外源分子(藥物、基因等)進入細胞內部提供了臨時通道，從而提高外源分子進入細胞的效率。盡管“電穿孔”給藥方法無需化學試劑，但是所使用的強電場會很大程度上損傷細胞膜，并導致細胞凋亡，因此較高的細胞凋亡率限制了“電穿孔”技術的應用?！奥暣┛住苯o藥技術利用超聲波打亂細胞膜分子的整齊排列，從而提高細胞膜的滲透性，增加外源分子進入細胞的效率。與“電穿孔”相比，“聲穿孔”技術較溫和，會減小細胞凋亡比率。但是“聲穿孔”技術是基于空穴效應，所以通常需要配合使用微泡造影劑。但微泡造影劑有化學試劑帶來的潛在風險，并且其對細胞來說不是一個安全的環境。

所以，需要提出一種無需要化學試劑引入的、且可以降低細胞凋亡率的給藥方法。

針對相關技術中的上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的上述問題，本發明提出一種將外源分子導入細胞的導入裝置及導入方法，能夠提高外源分子進入細胞的效率，同時將細胞凋亡比率控制在很低水平。

本發明的技術方案是這樣實現的：

根據本發明的一個方面，提供了一種導入裝置，用于將溶液中的外源分子導入至細胞內部，導入裝置包括：至少一個的特超聲生成裝置，用于在含有細胞的溶液中生成特超聲波；其中，特超聲波的頻率在1GHz以上，特超聲波作用于細胞的細胞膜以在細胞膜上形成暫時性的穿孔，外源分子通過穿孔導入至細胞內部。

在一個實施例中，至少一個的特超聲生成裝置中的各個特超聲生成裝置均包括：交流電壓源，用于提供交流電壓，交流電壓的頻率在1GHz以上；以及微納壓電諧振器，置于溶液中且與交流電壓源電連接，用于利用交流電壓生成特超聲波。

優選地，微納壓電諧振器為體聲波諧振器。

其中，外源分子的導入效率與交流電壓的功率、細胞與微納壓電諧振器的距離、以及外源分子的濃度相關。

其中，外源分子包括小分子藥物、大分子藥物、以及基因。

在一個實施例中，微納壓電諧振器的數量為一個或多個；其中，多個微納壓電諧振器呈陣列式排布。

在一個實施例中，微納壓電諧振器為疊層結構，包括：第一電極層；覆蓋于第一電極層的壓電層；以及覆蓋于壓電材料層的第二電極層。

在一個實施例中，第一電極層的材料和第二電極層的材料均為金屬。

其中，第一電極層的材料包括鉬、鋁、金之中的任意一種；第二電極層的材料包括鉬、鋁、金之中的任意一種；以及壓電層的材料包括氮化鋁。

在一個實施例中，第一電極層、以及第二電極層均為正五邊形形狀。

根據本發明的另一方面，提供了一種導入方法，用于將外源分子導入細胞，導入方法包括：在含有細胞的溶液中生成特超聲波；其中，特超聲波作用于細胞的細胞膜以在細胞膜上形成暫時性的穿孔，外源分子通過穿孔導入細胞。

在一個實施例中，在與含有細胞的溶液中生成特超聲波包括：提供交流電壓，交流電壓的頻率在1GHz以上；以及通過微納壓電諧振器利用交流電壓生成特超聲波。

其中，外源分子的導入效率與交流電壓的功率、細胞與微納壓電諧振器的距離、以及外源分子的濃度相關。

本發明通過特超聲生成裝置在含有細胞的溶液中激發出頻率在GHz頻段的特超聲波，特超聲波與細胞作用，能夠使細胞膜上產生瞬時的納米級的穿孔，為外源分子進入細胞提供臨時通道，打破生物體表皮或單個細胞細胞膜的屏障，使外源分子快速進入皮下組織或細胞內部，從而實現對皮膚、器官和細胞的藥物導入，提高導入效率。

附圖說明