本發(fā)明涉及一種將外源分子導(dǎo)入至細(xì)胞內(nèi)容的導(dǎo)入裝置及導(dǎo)入方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代分子生物學(xué)中，安全有效的對(duì)生物個(gè)體或細(xì)胞進(jìn)行藥物(包括藥物分子及基因)導(dǎo)入是很關(guān)鍵的一環(huán)。由于細(xì)胞的細(xì)胞膜會(huì)保護(hù)細(xì)胞內(nèi)部不受外界分子的干擾，所以直接用外源藥物或基因與細(xì)胞作用，能夠達(dá)到的給藥效果微乎其微。因此，人們研發(fā)了各種化學(xué)或物理給藥方法來(lái)提高細(xì)胞膜的滲透性，從而提高外源分子進(jìn)入細(xì)胞的速率及效率，達(dá)到治療的效果。

化學(xué)給藥方法通常利用重組病毒或化學(xué)合成載體與目標(biāo)外源分子結(jié)合，減小其進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的阻礙，達(dá)到增強(qiáng)外源分子導(dǎo)入效率的效果。但是化學(xué)給藥方法會(huì)引入外源的化學(xué)試劑，增加了機(jī)體變異或潛在免疫的風(fēng)險(xiǎn)。此外，化學(xué)給藥方法需要復(fù)雜的合成及準(zhǔn)備過(guò)程，增加了技術(shù)方法的復(fù)雜性。

“電穿孔”或“聲穿孔”等物理給藥方法利用物理激勵(lì)在細(xì)胞膜上產(chǎn)生瞬時(shí)的孔，為目標(biāo)外源分子(藥物、基因等)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部提供了臨時(shí)通道，從而提高外源分子進(jìn)入細(xì)胞的效率。盡管“電穿孔”給藥方法無(wú)需化學(xué)試劑，但是所使用的強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)很大程度上損傷細(xì)胞膜，并導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，因此較高的細(xì)胞凋亡率限制了“電穿孔”技術(shù)的應(yīng)用。“聲穿孔”給藥技術(shù)利用超聲波打亂細(xì)胞膜分子的整齊排列，從而提高細(xì)胞膜的滲透性，增加外源分子進(jìn)入細(xì)胞的效率。與“電穿孔”相比，“聲穿孔”技術(shù)較溫和，會(huì)減小細(xì)胞凋亡比率。但是“聲穿孔”技術(shù)是基于空穴效應(yīng)，所以通常需要配合使用微泡造影劑。但微泡造影劑有化學(xué)試劑帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，并且其對(duì)細(xì)胞來(lái)說(shuō)不是一個(gè)安全的環(huán)境。

所以，需要提出一種無(wú)需要化學(xué)試劑引入的、且可以降低細(xì)胞凋亡率的給藥方法。

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的上述問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)相關(guān)技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種將外源分子導(dǎo)入細(xì)胞的導(dǎo)入裝置及導(dǎo)入方法，能夠提高外源分子進(jìn)入細(xì)胞的效率，同時(shí)將細(xì)胞凋亡比率控制在很低水平。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種導(dǎo)入裝置，用于將溶液中的外源分子導(dǎo)入至細(xì)胞內(nèi)部，導(dǎo)入裝置包括：至少一個(gè)的特超聲生成裝置，用于在含有細(xì)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(xì)胞的細(xì)胞膜以在細(xì)胞膜上形成暫時(shí)性的穿孔，外源分子通過(guò)穿孔導(dǎo)入至細(xì)胞內(nèi)部。

在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)的特超聲生成裝置中的各個(gè)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(yōu)選地，微納壓電諧振器為體聲波諧振器。

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

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(gè)實(shí)施例中，微納壓電諧振器的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)；其中，多個(gè)微納壓電諧振器呈陣列式排布。

在一個(gè)實(shí)施例中，微納壓電諧振器為疊層結(jié)構(gòu)，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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種導(dǎo)入方法，用于將外源分子導(dǎo)入細(xì)胞，導(dǎo)入方法包括：在含有細(xì)胞的溶液中生成特超聲波；其中，特超聲波作用于細(xì)胞的細(xì)胞膜以在細(xì)胞膜上形成暫時(shí)性的穿孔，外源分子通過(guò)穿孔導(dǎo)入細(xì)胞。

在一個(gè)實(shí)施例中，在與含有細(xì)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(guò)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(dǎo)入效率與交流電壓的功率、細(xì)胞與微納壓電諧振器的距離、以及外源分子的濃度相關(guān)。

本發(fā)明通過(guò)特超聲生成裝置在含有細(xì)胞的溶液中激發(fā)出頻率在GHz頻段的特超聲波，特超聲波與細(xì)胞作用，能夠使細(xì)胞膜上產(chǎn)生瞬時(shí)的納米級(jí)的穿孔，為外源分子進(jìn)入細(xì)胞提供臨時(shí)通道，打破生物體表皮或單個(gè)細(xì)胞細(xì)胞膜的屏障，使外源分子快速進(jìn)入皮下組織或細(xì)胞內(nèi)部，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚、器官和細(xì)胞的藥物導(dǎo)入，提高導(dǎo)入效率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)入裝置將外源分子導(dǎo)入細(xì)胞的示意圖；

圖2是圖1中微納壓電諧振器件的側(cè)視示意圖；

圖3是圖1中微納壓電諧振器件的俯視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)入裝置，用于將溶液中的外源分子導(dǎo)入至細(xì)胞內(nèi)部，該導(dǎo)入裝置包括：至少一個(gè)的特超聲生成裝置，用于在含有細(xì)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(xì)胞的細(xì)胞膜以在細(xì)胞膜上形成暫時(shí)性的穿孔，外源分子通過(guò)穿孔導(dǎo)入至細(xì)胞內(nèi)部。特超聲生成裝置的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定，本發(fā)明對(duì)此不做出限定。

上述技術(shù)方案，通過(guò)特超聲生成裝置在含有細(xì)胞的溶液中激發(fā)出頻率在GHz頻段的特超聲波，特超聲波與細(xì)胞作用，能夠使細(xì)胞膜上產(chǎn)生瞬時(shí)的納米級(jí)的穿孔，為外源分子進(jìn)入細(xì)胞提供臨時(shí)通道，打破生物體表皮或單個(gè)細(xì)胞細(xì)胞膜的屏障，使外源分子快速進(jìn)入皮下組織或細(xì)胞內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)快速地給藥，從而提升外源分子進(jìn)入細(xì)胞的效率。另外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明不需要使用強(qiáng)電場(chǎng)或化學(xué)試劑，從而能夠降低細(xì)胞的凋亡比率。

其中，外源分子可以包括小分子藥物、大分子藥物、以及基因。進(jìn)一步地，給藥(外源分子)范圍可依據(jù)特超聲生成裝置的器件尺寸和作用距離而改變，因此可根據(jù)實(shí)際需要對(duì)給藥范圍進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定位點(diǎn)進(jìn)行局部藥物導(dǎo)入的功能。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，至少一個(gè)的特超聲生成裝置中的各個(gè)特超聲生成裝置均包括：交流電壓源(未示出)以及設(shè)置于含有細(xì)胞的溶液中且與交流電壓源電連接的微納壓電諧振器10，交流電壓源用于提供交流電壓，交流電壓的頻率應(yīng)在1GHz以上；微納壓電諧振器10用于根據(jù)交流電壓生成特超聲波。其中，微納是指微米、納米級(jí)尺寸，即0.1nm至1μm。

具體地，用于激發(fā)特超聲波的微納壓電諧振器10浸于溶液之中,細(xì)胞20與外源分子30也共同置于溶液中。為微納壓電諧振器10提供的頻率應(yīng)在1GHz以上的交流電壓使得微納壓電諧振器10工作在GHz頻段，從而在溶液中激發(fā)出頻率在GHz頻段的特超聲波。特超聲波作用于細(xì)胞20，使細(xì)胞20的細(xì)胞膜上產(chǎn)生瞬時(shí)的納米級(jí)穿孔，為外源分子30進(jìn)入細(xì)胞20提供了臨時(shí)通道，從而促進(jìn)外源分子30進(jìn)入細(xì)胞20。

優(yōu)選地，微納壓電諧振器10為體聲波諧振器。

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

微納壓電諧振器10的數(shù)量可以為一個(gè)或多個(gè)；其中，當(dāng)微納壓電諧振器10的數(shù)量為多個(gè)時(shí)，多個(gè)微納壓電諧振器10呈陣列式排布。由于微納壓電諧振器10的尺寸微小，能夠?qū)崿F(xiàn)陣列化的藥物導(dǎo)入。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖2所示，微納壓電諧振器10為疊層結(jié)構(gòu)，包括：第一電極層13、覆蓋于第一電極層13的壓電層12、以及覆蓋于壓電材料層的第二電極層11。

其中，第一電極層13的材料和第二電極層11的材料均為金屬。

進(jìn)一步地，第一電極層13的材料可以包括鉬、鋁、金之中的任意一種；第二電極層11的材料可以包括鉬、鋁、金之中的任意一種；以及壓電層12的材料可以包括氮化鋁。

在一個(gè)實(shí)施例中，結(jié)合圖2和圖3所示，第一電極層13、以及第二電極層11均為正五邊形形狀。需要說(shuō)明的是，第一電極層13以及第二電極層11的形狀不限于是正五邊形，任何能夠使微納壓電諧振器10工作在GHz頻段且能夠在溶液中激發(fā)特超聲波的形狀都在本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，還提供了一種導(dǎo)入方法，包括：在含有細(xì)胞的溶液中生成特超聲波的步驟；其中，特超聲波作用于細(xì)胞的細(xì)胞膜以在細(xì)胞膜上形成暫時(shí)性的穿孔，外源分子通過(guò)穿孔導(dǎo)入細(xì)胞。

在一個(gè)實(shí)施例中，在含有細(xì)胞的溶液中生成特超聲波可以包括以下步驟：

S1，提供交流電壓，交流電壓的頻率在1GHz以上；以及

S2，通過(guò)微納壓電諧振器利用交流電壓在含有細(xì)胞的溶液中生成特超聲波。

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

綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術(shù)方案，通過(guò)特超聲生成裝置在含有細(xì)胞的溶液中激發(fā)出頻率在GHz頻段的特超聲波，特超聲波與細(xì)胞作用，能夠使細(xì)胞膜上產(chǎn)生瞬時(shí)的納米級(jí)的穿孔，為外源分子進(jìn)入細(xì)胞提供臨時(shí)通道，打破體生物體表皮或單個(gè)細(xì)胞細(xì)胞膜的屏障，使外源分子快速進(jìn)入皮下組織或細(xì)胞內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對(duì)皮膚、器官和細(xì)胞的藥物導(dǎo)入，提高導(dǎo)入效率，并能夠保持細(xì)胞的凋亡比率在較低水平；同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定位點(diǎn)進(jìn)行局部藥物導(dǎo)入的功能，進(jìn)一步地還可以實(shí)現(xiàn)陣列化給藥。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。