[发明专利]一种向细胞内递送物质的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体地，涉及一种向细胞内递送物质的装置和一种向细胞内递送物质的方法，以及制备所述向细胞内递送物质的装置的方法。

背景技术

向活细胞内高效地递送物质是细胞生物技术的重要课题，在细胞生物学的基础研究、药物制备和临床治疗方面都具有十分重要的应用价值。例如，在体细胞内递送编码特定的转录因子的基因、蛋白或mRNA就能将体细胞重新编程为诱导多能干细胞(iPS)状态，这将解决再生医学所用的移植细胞的来源问题。siRNA、多肽和纳米颗粒等许多其它物质也具有潜在的医学应用价值，但这些物质的向活细胞内的高效递送是首先要解决的问题。

已经开发出来了多种促进物质跨膜迁移的方法。每个建立的方法在实际使用过程中都有自己的优点和缺点，具体体现在效率、表达水平、毒性、细胞生存能力和设备要求等方面。例如，使用病毒载体的方法仅限于递送核酸，但该方法的程序是劳动密集型的，并且常常涉及各种安全问题；如脂质体转染的化学方法相对比较简单，但对于后有丝分裂的细胞的效率通常很低(如对神经元细胞的效率仅有1-2％)，并且不适合蛋白和纳米材料等的跨膜递送；磷酸钙沉淀方法的成本效益较高，但很难产生可重复的结果，转染效率较低；电脉冲的方法通过施加电压脉冲暂时改变细胞膜的特性来允许带电材料进入细胞，但该方法通常需要细胞处于悬浮状态，并且细胞毒性可能根据不同的细胞类型显著不同。

最近，机械破坏细胞膜正在成为一种前景良好的向细胞内递送物质的手段。例如，直径800纳米以下的单一纳米针已被用于向细胞内递送物质且没有造成细胞的严重损害，但是使用这种单一纳米针需要使用原子力显微镜并且该方法的通量极低。纳米纤维或纳米针的阵列可以用于提高效率，但现有的装置和方法仍然需要将细胞悬浮起来，并且需要将待递送的物质先固定在纳米针上，还需要使用复杂的操作仪器，无法在贴壁细胞上使用，并且在非分裂期的细胞(如原代培养的神经元细胞)上无法使用。

发明内容

本发明的目的是克服纳米针的阵列无法在贴壁细胞上使用的缺陷，提供能够在贴壁细胞上使用的一种向细胞内递送物质的装置和一种向细胞内递送物质的方法。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种向细胞内递送物质的装置，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层。

另一方面，本发明还提供了一种向细胞内递送物质的方法，该方法包括如下步骤：(1)将细胞置于基板上的培养基中，所述培养基含有等待递送的物质；(2)将向细胞内递送物质的装置置于所述培养基的液面上，形成夹心结构，所述向细胞内递送物质的装置包括基底和附着于基底表面上并彼此间隔的纳米针，所述纳米针为金刚石形成的纳米针；所述纳米针的尖端指向所述细胞；(3)将所述夹心结构进行离心，离心的条件使得所述纳米针的尖端刺入所述细胞。

再一方面，本发明还提供了一种制备向细胞内递送物质的装置的方法，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，其中，所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层；该方法包括如下步骤：(1)在硅底层上沉积形成纳米金刚石膜，沉积的条件使得所述纳米金刚石膜的厚度比期望得到的纳米针的高度大0.5-5μm；(2)对形成的纳米金刚石膜进行偏压辅助的反应离子刻蚀，其中，偏压辅助的反应离子刻蚀的条件包括：反应压力为(4-8)×10^-3Torr，反应时间为20分钟至4小时；偏压为-50V至-250V；偏压辅助的反应离子刻蚀的气体包括H₂、Ar与H₂的混合气和CH₄与H₂的混合气中的至少一种。

通过上述技术方案，本发明能够对贴壁细胞(特别是非分裂期的细胞，例如原代培养的神经元)进行向细胞内递送物质。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的向细胞内递送物质的装置的扫描电镜图。

图2是本发明的向细胞内递送物质的装置的扫描电镜图的局部放大。

图3是现有技术中向细胞内递送物质的装置的扫描电镜图的局部放大。