[发明专利]一种导入装置及导入方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将外源分子导入至细胞内容的导入装置及导入方法。

背景技术

在现代分子生物学中，安全有效的对生物个体或细胞进行药物(包括药物分子及基因)导入是很关键的一环。由于细胞的细胞膜会保护细胞内部不受外界分子的干扰，所以直接用外源药物或基因与细胞作用，能够达到的给药效果微乎其微。因此，人们研发了各种化学或物理给药方法来提高细胞膜的渗透性，从而提高外源分子进入细胞的速率及效率，达到治疗的效果。

化学给药方法通常利用重组病毒或化学合成载体与目标外源分子结合，减小其进入细胞内的阻碍，达到增强外源分子导入效率的效果。但是化学给药方法会引入外源的化学试剂，增加了机体变异或潜在免疫的风险。此外，化学给药方法需要复杂的合成及准备过程，增加了技术方法的复杂性。

“电穿孔”或“声穿孔”等物理给药方法利用物理激励在细胞膜上产生瞬时的孔，为目标外源分子(药物、基因等)进入细胞内部提供了临时通道，从而提高外源分子进入细胞的效率。尽管“电穿孔”给药方法无需化学试剂，但是所使用的强电场会很大程度上损伤细胞膜，并导致细胞凋亡，因此较高的细胞凋亡率限制了“电穿孔”技术的应用。“声穿孔”给药技术利用超声波打乱细胞膜分子的整齐排列，从而提高细胞膜的渗透性，增加外源分子进入细胞的效率。与“电穿孔”相比，“声穿孔”技术较温和，会减小细胞凋亡比率。但是“声穿孔”技术是基于空穴效应，所以通常需要配合使用微泡造影剂。但微泡造影剂有化学试剂带来的潜在风险，并且其对细胞来说不是一个安全的环境。

所以，需要提出一种无需要化学试剂引入的、且可以降低细胞凋亡率的给药方法。

针对相关技术中的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种将外源分子导入细胞的导入装置及导入方法，能够提高外源分子进入细胞的效率，同时将细胞凋亡比率控制在很低水平。

本发明的技术方案是这样实现的：

根据本发明的一个方面，提供了一种导入装置，用于将溶液中的外源分子导入至细胞内部，导入装置包括：至少一个的特超声生成装置，用于在含有细胞的溶液中生成特超声波；其中，特超声波的频率在1GHz以上，特超声波作用于细胞的细胞膜以在细胞膜上形成暂时性的穿孔，外源分子通过穿孔导入至细胞内部。

在一个实施例中，至少一个的特超声生成装置中的各个特超声生成装置均包括：交流电压源，用于提供交流电压，交流电压的频率在1GHz以上；以及微纳压电谐振器，置于溶液中且与交流电压源电连接，用于利用交流电压生成特超声波。

优选地，微纳压电谐振器为体声波谐振器。

其中，外源分子的导入效率与交流电压的功率、细胞与微纳压电谐振器的距离、以及外源分子的浓度相关。

其中，外源分子包括小分子药物、大分子药物、以及基因。

在一个实施例中，微纳压电谐振器的数量为一个或多个；其中，多个微纳压电谐振器呈阵列式排布。

在一个实施例中，微纳压电谐振器为叠层结构，包括：第一电极层；覆盖于第一电极层的压电层；以及覆盖于压电材料层的第二电极层。

在一个实施例中，第一电极层的材料和第二电极层的材料均为金属。

其中，第一电极层的材料包括钼、铝、金之中的任意一种；第二电极层的材料包括钼、铝、金之中的任意一种；以及压电层的材料包括氮化铝。

在一个实施例中，第一电极层、以及第二电极层均为正五边形形状。

根据本发明的另一方面，提供了一种导入方法，用于将外源分子导入细胞，导入方法包括：在含有细胞的溶液中生成特超声波；其中，特超声波作用于细胞的细胞膜以在细胞膜上形成暂时性的穿孔，外源分子通过穿孔导入细胞。

在一个实施例中，在与含有细胞的溶液中生成特超声波包括：提供交流电压，交流电压的频率在1GHz以上；以及通过微纳压电谐振器利用交流电压生成特超声波。

其中，外源分子的导入效率与交流电压的功率、细胞与微纳压电谐振器的距离、以及外源分子的浓度相关。

本发明通过特超声生成装置在含有细胞的溶液中激发出频率在GHz频段的特超声波，特超声波与细胞作用，能够使细胞膜上产生瞬时的纳米级的穿孔，为外源分子进入细胞提供临时通道，打破生物体表皮或单个细胞细胞膜的屏障，使外源分子快速进入皮下组织或细胞内部，从而实现对皮肤、器官和细胞的药物导入，提高导入效率。

附图说明