[发明专利]光热自驱动材料制备及可穿戴设备制备、递送方法和应用

说明书

本发明提供了一种光热自驱动材料制备及可穿戴设备制备、递送方法和应用，所述光热自驱动材料由光热纳米粒子和弹性体复合而成，其表面具有微结构；光热自驱动材料上负载外源性物质得到可穿戴设备；可穿戴设备通过光照能够自驱动向细胞内递送外源性物质。本发明的弹性体能够快速负载各类外源性物质，可缩短外源性物质传输路径，制备的光热自驱动材料，在光照射后发生光热转换，产生的热能使细胞膜可逆破裂，使得细胞内递送效率及细胞活性得到进一步提升。

技术领域

本发明涉及生物医药领域，尤其涉及一种光热自驱动材料制备及可穿戴设备制备、递送方法和应用。

背景技术

细胞内物质递送是一种具有极高递送效率和细胞活性的外源性物质递送方式，在生物医学的基础研究中扮演着重要的角色。包括直接向细胞内递送外源性物质以赋予细胞特定性能(一级递送)以及通过向表皮细胞内递送外源性物质后，表皮细胞分泌含有目的基因的外泌体从而进一步向真皮细胞内递送并表达(二级递送)，实现无创的体内真皮细胞工程化。由于真皮层是毛囊、血管、神经及浅表肿瘤的聚集地，其细胞内物质递送可有效实现真皮细胞工程化，因而对皮下毛囊修复、血管生成、伤口愈合、神经治疗、肿瘤治愈甚至于糖尿病治疗皆具有重要的作用。因此，近年来，随着细胞治疗及精准医学的不断发展，治疗型可穿戴设备开启了一个以真皮细胞内物质递送为核心的新型透皮递送领域——透皮细胞工程化。无论是一级递送还是二级递送的方式，都需以高效率高安全性的一级递送为基础。现有方法的应用却一直受到其递送效率低和递送后细胞活性低的限制。

界面介导的细胞内物质递送方法，除了可以通过局部物理作用实现细胞破膜外，还可以将界面作为外源性物质的储存仓，从而促进外源性物质精准高效传输，对递送效率及细胞活性的提升具有重要意义。近年来，光热(包括但不限于紫外光、可见光、纯近红外光以及太阳光光源)界面介导的细胞内物质递送方法，通过光热作用使细胞膜发生可逆性破裂，来向细胞内递送外源性物质。这种方法因普适性强、操作简单且易于控制的特点，越来越受到科研人员和商业资本的关注。目前，已有研究通过光热点控制来改进光热界面细胞内物质递送体系，但体系中的递送效率和递送后细胞活性依然不足。

值得注意的是，外源性物质传输是细胞内物质递送的关键步骤之一，极大地影响细胞内物质递送效果，而界面外源性物质的传输方式又占据了极为重要的位置，且对于扩散系数及溶解度低的外源性大分子物质来说尤为重要。基于此，缩短外源性物质传输路径、提升外源性物质传输速率对细胞内物质递送效果的进一步提升至关重要。

(1)缩短外源性物质传输路径。

文献1(Biomater.Sci.2019,7,5177–5186)及文献2(ACS Appl.Bio Mater.2019,2676-2684)中公开了一种通过表面修饰的方式在界面上负载外源性物质以缩短外源性物质传输路径的方法。虽然表面修饰可使外源性物质牢固地负载在界面上，但外源性物质与界面的作用力限制了其向细胞内的传输。

文献3(ACS Appl.Mater.Interfaces.2019,11,46515-46524)中公开了一种表面通过二硫键交联的PEI修饰硅纳米线阵列以负载pDNA的方法。硅纳米线阵列上二硫键在谷胱甘肽作用下被破坏，导致负载的pDNA@PEI快速释放，可有效实现外源性物质传输。但是，这一方法仍然无法提升外源性物质传输速率。

(2)提升外源性物质传输速率。在光热破膜时，为保证细胞活性，可逆破裂的细胞膜将在几秒内恢复。因此，为了在有限的时间内高效地向细胞内递送外源性物质，提升外源性物质传输速率势在必行。

文献4(Nat Methods.2015,12,439-444)中公开了一种腔室中负载有外源性物质溶液的BLAST体系(biophotonic laser-assisted surgery tool)，光热破膜后，通过挤压腔室使外源性物质在外力作用下以最短距离进入细胞内，从而实现大分子物质的高效递送。然而这种方法外力作用与细胞膜之间的时间差会极大地影响递送效率的提升。